脱氮除磷新工艺课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,污水脱氮除磷,新,工艺,市政工程,唐琪,“,新,”,的体现,改良传统工艺,开拓新理论,太湖蓝藻,一级A与一级B对照表（GB18918-2002）,项目,COD,Cr,/mg/L,BOD,5,/mg/L,SS,/mg/L,NH,3,-N,/mg/L,TN,/mg/L,TP /mg/L,一级B标准,60,20,20,10,1.0,江苏省地方标准DB32,50,5(8),20,0.5,一级A标准,50,10,10,5(8),15,0.5,*括号外数值为水温12时的控制指标，括号内数值为水温12时的控制指标。,序,号,厂名,地区,处理规模（2010底规模）（万吨,/,日）,处理工艺,排放标准,1,芦村污水处理厂,市属,20（30）,A/A/O,一级B,2,城北污水处理厂,市属,15（20）,氧化沟,一级B,3,太湖新城污水处理厂,市属,5（15）,A/A/O,一级B,4,新城污水处理厂,新区,6（9）,M-SBR,一级B,5,硕放污水处理厂,新区,2（4）,AO,一级B,6,梅村污水处理厂,新区,3（6）,CAST,一级B,7,东亭污水处理厂,锡山区,5（7）,CAST,一级B,8,东港污水处理厂,锡山区,1,A/O,二级,9,惠山开发区污水处理厂,惠山区,2.5 （5）,CAST,一级B,10,钱惠（钱桥）污水处理有限公司,惠山区,2,CAST,一级B,11,石塘湾污水处理厂,惠山区,2.5,氧化沟,一级B,12,洛社污水处理厂,惠山区,1.5,生化,-,物化,二级,13,杨市污水处理厂,惠山区,0.5,生化,-,物化,二级,14,前洲污水处理厂,惠山区,4,生化,-,物化,二级,15,玉祁污水处理厂,惠山区,2,A/O,二级,16,阳山污水处理厂,惠山区,0.3,生化,-,物化,二级,17,马山污水处理厂,滨湖区,1.5,CAST,一级B,18,胡埭污水处理厂,滨湖区,1,CAST,一级B,19,安镇污水处理厂,锡山区,2,生化物化,一级B,20,鹅湖污水处理厂,锡山区,1,A/A/O,一级B,21,锡北污水处理厂,锡山区,0.5（2.25）,CAST,一级B,总计,78.3（117.55）,改良传统工艺以求高效化,*AAO系列,*SBR系列,*氧化沟系列,传统工艺的限制因素,回流污泥中硝态氮的问题,微生物混合培养问题,碳源争夺问题,泥龄问题,厌氧、缺氧、好氧时间或空间上的组合。,传统的脱氮理论,N,无机N,NO,x,-,-N,TKN,(凯氏氮),有机N,(,尿素、氨基酸、蛋白质,),氨氮,亚硝态氮,硝态氮,TN,氨化,有机氮 氨态氮,硝化,氨态氮 亚硝态氮 硝态氮,反硝化,亚硝态氮/硝态氮 NO、N,2,、N,2,O,同化,生物的同化代谢过程，能去除少部分氮，但这是生物脱氮的次要过程,异养型细菌,亚硝化菌,硝化菌,自养,自养,反硝化菌,异养,传统的除磷理论,对于生物除磷，曾经有两个机理，一个是生物诱导化学沉淀作用，还有就是目前比较认可的经典除磷理论。,经典生物除磷理论主要有压抑释磷、过渡积累以及奢量吸收三个过程。厌氧和好氧环境构成了生物除磷的基本体系。,对于生物系统的除磷效果也是在对脱氮系统研究的时候偶然发现的，70年代时，Barnard在研究A（缺）/O工艺时，发现前置反硝化池中存在厌氧区时，系统具有除磷功能。,因此生物脱氮除磷工艺主要是厌氧、缺氧、好氧环境的排列组合。,改良传统工艺以求高效化,*,AAO系列,*,SBR系列,*,氧化沟系列,传统工艺的限制因素,回流污泥中硝态氮的问题,微生物混合培养问题,碳源争夺问题,泥龄问题,厌氧、缺氧、好氧时间或空间上的组合,。,AAO系列,1932年,Wuhrman利用内源反硝化机理开发后置反硝化工艺,20世纪60年代,Luclzack和Ettinger首次提出前置反硝化,20世纪70年代,Barnard在前置反硝化基础上提出改进型工艺，历经4段 Bardenpho工艺、5段Bardenpho工艺到最后的3段Bardenpho工艺、即现在的AAO工艺,AAO,工艺,phoredox,工艺,改良一,倒置AAO,改良三,A+AAO,改良二,改良的AAO工艺,改良三,UCT（MUCT）工艺,改良四,JHB工艺,改良五,EASC工艺,改良六,JLS工艺,改良八,分段进水BNR工艺,分点进水高效除磷脱氨工艺（ECOSUNIDE）,SBR系列,20世纪70年代,最早由美国诺罗丹大学R.L.Irvine教授开发,20世纪80年代,出现连续进水的间歇式循环延时曝气活性污泥工艺（ICEAS），随后Goranzy教授开发了循环式活性污泥工艺（CASS）和周期循环式活性污泥工艺（CAST）,20世纪90年代,比利时的SEGHERS公司开发一体化活性污泥工艺（UNITANK），把经典的SBR时间推流与连续的空间推流结合起来,传统的SBR工序：,进水 反应 沉淀 滗水 闲置,脱氮改进工序：,进水 曝气 停顿搅拌 沉淀 排水 排泥,除磷改进工序：,进水 曝气 沉淀排泥 排水,脱氮除磷改进工序：,进水搅拌 曝气 停顿搅拌 沉淀排泥 排水,（沉淀的同时排泥是为了防止在沉淀的2h内磷重新释放）,改良一,CAST工艺,改良二,UNITANK工艺,改良三,MSBR工艺,改良四,BICT（双循环两相生物处理）工艺,改良五,多箱一体化活性污泥工艺,多箱一体化活性污泥工艺是东南大学研究开发的智能化中小型脱氮除磷新工艺,它是在UNITANK工艺三箱设置很难达到理想的除磷效果的基础上进行创新开发的,如果要提高除磷脱氮的效果,则需要增加反应器的分格数,充分创造厌氧环境。目前主要有五箱一体化和六箱一体化工艺。,五箱一体化除磷脱氮工艺最大的特点是不设单独的专用沉淀池及污泥回流设备,动力节省,容积利用率较UNITANK高。通过两边池交替沉淀,各池可以厌氧、缺氧、好氧状态相互交替,在时间和空间上实现AAO工艺各项功能,通过进水方向的周期性改变达到污泥自动回流的目的,不需要污泥及混合液回流设备。,六箱一体化工艺是将一个长方形的池体分为6格,共用池壁,其中1池是专门用于泥水分离的沉淀池,另外5池交替作为除磷脱氮反应池,这池可以作为厌氧池、缺氧池或好氧池,可根据工艺要求进行改变。,多箱一体化活性污泥工艺具有脱氮除磷效率高、占地面积小、自动化程度高、操作简便等优点,适合于分散式污水处理。,改良六,UniFed SBR,该工艺是在无需任何物理分区和循环条件下，在一个池子中达到很高的脱氮和除磷效果的新工艺。其主要特征是在污泥沉淀和浓缩阶段将进水均匀地引入池底。,澳大利亚Bathurst生活污水处理厂测试数据：,项目,进水,出水,TCOD,520,38,SCOD,220,22,BOD,210,2,TSS,260,13,氨氮,37,0.69,硝态氮,3.32,TN,54,6.2,无机磷,3.85,0.07,TP,7.96,0.17,在测试中对整个系统的各项参数作了具体分析，发现在池中出现了分层现象，在40min前，反硝化发生在各个层中，之后主要发生在池的底部。60min后，池底硝态氮500mg/L）废水，目前荷兰已有两家污水处理厂使用该工艺，主要处理城市污水二级处理系统中污泥消化的上清液和垃圾渗滤液处理，含氨量都比较高。,2）CANON（生物膜内自养脱氮）工艺,该工艺中也是以亚硝化菌为优势菌群，利用亚硝态氮和厌氧氨氧化菌的协同作用将氨转化为氮气。,从理论上讲，CANON工艺无需有机碳源，完全可以在无机碳源环境中完成，与此同时，厌氧氨氧化菌对氧气比较敏感，CANON工艺须在低氧下实施，以阻止由于氧气过量而使亚硝态氮积累。,有人研究了气提反应器对于CANON的适用性，并与SBR进行了比较，这些研究为其中试奠定了基础，但用于工程实践中还需进一步研究其操作参数。,厌氧氨氧化技术,在厌氧状态下，以亚硝态氮及硝态氮为电子受体，氨氮为电子供体，转化为氮气。这个过程是个自养的微生物过程，不需要有机物作为反硝化碳源，污泥产量低，还可以改善因硝化反应产酸、反硝化反应产碱而均需中和的情况。,技术特点：,氨直接用作电子供体，可免去有机碳源，碳源不足不再成为污水脱除营养元素的限制因素；,硝化反应每氧化1mol氨氮耗氧2mol，而在厌氧氨氧化中，每氧化1mol氨氮只需0.75mol氧，耗氧下降62.5%；,传统硝化氧化1mol氨氮产生2molH,+,，反硝化还原1mol硝态氮或亚硝态氮产生1molOH,-,，在厌氧氨氧化中，产酸量降至一半，产碱量为零；,碳排放角度，厌氧技术优于好氧技术。,主要研究进展：,*,Marc Strous等人分别采用流化床和固定床反应器进行厌氧氨氧化实验。研究结果显示，流化床中氨氮和硝态氮的去除率分别为82%和99%，固定床中氨氮和硝态氮的去除率分别为88%和99%。,同时通过这个实验，他们提出固定床反应器和流化床反应器是比较适合进行厌氧氨氧化的运行的。,*,Jetten等人对ANAMMOX工艺在流化床反应器和SBR中去除污泥消化上清液中氨氮的可行性做了研究比较，结果表明：流化床反应器和SBR反应器中氮的去除率分别为0.26TN/（kgSS,d）和0.17kgTN/(kgSS,d)，从效果上看，流化床优于SBR，但是，他们同时提出SBR能有效保持生物量（90%），适合世代长的ANAMMOX菌群生长。对于这一提法，,Marc Strous等人研究过SBR反应器中富集厌氧氨氧化菌的性能，其研究结果与Jetten等人的观点不谋而合。,基于该理论的工艺主要有ANAMMOX和OLAND工艺,1、ANAMMOX工艺,该工艺适用于高氨废水以及低碳氮比废水的处理，常与SHARON工艺联用，目前，该组合工艺已在实验室中成功应用于处理污泥硝化上清液，可以节约约50%的氧气、污泥产量少，无需外加碳源，减少碳排量。与传统工艺相比，可节省90%以上的运行成本。,2、OLAND（限制自养硝化反硝化）工艺,通过严格控制系统的DO，实现硝化阶段稳定的出水比例【氨氮：亚硝态氮=1：（1.2,+,0.2】，从而为厌氧氨氧化提供理想的进水，提高脱氮率。OLAND与CANON工艺原理是很相近的，但前者是在两个反应器中实现，而CANON在单一反应器中完成。,厌氧氨氧化技术的应用,2002年，荷兰研究者在实验室小试的基础上，通过数学模型模拟设计出世界上第一个生产性规模的ANAMMOX反应器。目前该反应器建在荷兰鹿特丹DOKHAVEN污水处理厂内，SHARON和ANAMMOX联用，主要用于污泥硝化液的脱氮处理。下表为两个反应器的设计参数：,该反应器是利用一废气浓缩池改建而成，设计负荷为800kgN/d,。,世界上第一座ANAMMOX反应塔于2002年6月投入运行，据估计，该反应器7年内能收回成本。,参数,SHARON,ANAMMOX,参数,SHARON,ANAMMOX,直径,/m,19.5,2.2,HRT,3d,3h,高度H/m,5.75,18,温度T/,35,35,流量/（,m,3,/d,）,550,550,pH,7-7.2,7.5,电极生物膜反硝化技术,电极生物膜反硝化技术是将电化学法与生物膜法相结合发展起来的新型水处理技术，采用在物理电极上生物挂膜、微电流驯化手段制得附有生物膜的电极，然后通直流电进行电解，电解时阴极表面产出的氢被固着在阴极上的反硝化生物膜高效利用，达到反硝化。由于脱氮效率高、运行管理方便、处理费用低廉，正逐渐成为国内外的研究热点。其主要技术特点：,1、在采用碳作为阳极的前提下，阳极上可能产生的电极反应有：,C+2H,2,O CO,2,+4H,+,+4e,-,H,2,O 0.5O,2,+2H,+,+2e,-,因此，该技术既可利用电极作为生物膜的载体，又可利用阴极微电解水释放出的氢气和碳氧化产生的二氧化碳为反硝化菌提供碳源和供氢体。,2、与其他以氢气为基质的自养反硝化工艺不同的是，通过微电解产生的氢最初是以原子形式吸附在电极上的，因此可以直接用于还原硝酸盐氮，而无需象外加氢气那样需要经过溶解-传质-吸附-解离成原子等一系列过程。,3、反应器中的电场可以影响细胞的代谢过程，细胞的基因表达，细胞增殖、酶活力、膜转移和细胞的通透性，影响细胞内的自由基反应和生物高分子（如DNA）的合成。,国外,，Y.Sakakibara等人用此法对含硝态氮的地面水和饮用水进行处理。实验用藻朊酸钠凝胶将反硝化细菌进行固定，在挂膜时投加有机碳（乙酸钠），挂膜后采用微电流进行驯化2个月。然后，将阴阳两极分别置于两个相连的反应器中。研究发现，当电流为0mA，无氮气析出，电流从10mA增加到40mA时，氮气产量增加了4倍。当水力停留时间为10h，亚硝酸盐氮有95%以上被固定在阴极表面的反硝化菌利用。,国内,，彭永臻等人在此基础上提出该工艺过程控制方法以及在线模糊控制系统，给出了相应的控制流程图，并且系统地介绍了电极生物膜脱氮法模糊控制器的设计及其计算机算法。,EM脱氮技术,EM-effective microorganisms，有效微生物群，它是20世纪80年代初期由日本琉球大学比嘉照夫教授发明、株式会社EM研究机构研制的一种新型复合微生物试剂，其代表产品为EM-1。它是基于头领效应的微生物群体生存理论和抗氧化学说，以光合菌为中心，与固氮菌并存、繁殖，采用适当的比例和独特的发酵工艺把经过仔细筛选出的好氧和兼氧微生物加以混合，培养出多种多样的微生物群落。各种微生物在其生长过程中产生的有用物质及其分泌物质，成为微生物群体互相生长的基质和原料，通过相互间的这种共生增殖关系，形成了一个复杂而稳定的微生物系统，协同发挥多种功能。,EM不是单一的，也不是特定的几种微生物，而是有效微生物的有机结合，是以光合细菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌等为主的5科10属80多种有益微生物复合培养而成的一种新型微生物活菌剂。正如比嘉照夫教授所说：,“,起着主要作用的是光合细菌、厌氧菌和好氧菌，其他性质不同的微生物便可以在一个环境中和睦相处。,”,EM技术优点：,1、工艺设备简单，可减少曝气时间，节约能耗，工程投资和运行费用少，无二次污染；,2、增加生物相，对污染物的分解能力强，减少病原性微生物及不良藻类；,3、提高处理出水的水质和水质的稳定性，减少剩余污泥量，抑制浮渣的产生；,4、减轻或消除废水处理过程中产生的恶臭，明显改善生产、生活环境的质量。,存在的问题：,1、在EM对水处理的实验研究过程中，单因子实验研究多，综合实验研究相对较少；,2、大多数试验只对EM作用表象进行研究，即应用效果研究多，而EM对各种污染物质的作用机理研究较少；,3、大多数研究都进行了小试、中试或者实践应用，但从理论上对EM研究较少。,EM在水处理的研究现状,EM环境净化技术已经在日本、泰国、美国、印度尼西亚、澳大利亚、巴西、法国等80多个国家的地区推广使用，因其优势日益显现，在我国也得到了重视。,1、在生活污水中的研究应用,*,日本冲绳县志川市立图书馆，运用EM处理生活污水，无臭无味，大肠杆菌极低，甚至达到饮用水标准，提高水资源的利用率，经济效益显著，每年水费由原来的120万日元减少到6万日元，污水处理电耗仅为原来的1/6。,*,中南林学院资源与环境学院采用在生活污水中投加EM的方法，系统评价了EM对污水中3种污染物去除率的影响。结果表明：好氧条件下可提高污水COD的去除率，当EM的投加率为0.5%时，能显著提高污水中氨氮的硝化程度，当EM投加量大于0.5%时，能显著提高除磷能力。,2、在工业废水中的应用,*,日本岐埠县吕町某食品制造厂用EM菌液处理其排出污水，取得显著效果，试验数据如下表：,项目,原水,出水,去除率,项目,原水,出水,去除率,臭气强度/级,4,1,COD/（mg/L）,136,12,91.2,pH值,4.63,7.73,含磷量/（mg/L）,7.7,4,48.1,浊度/级,236.3,10.0,含氮量/（mg/L）,1.68,0.04,97.6,DO/（mg/L）,4.20,6.41,*,广西工业微生物应用研究所利用EM结合原有的稳定塘系统，将日排量8000t COD为8000-12000mg/L、BOD为6000-8000mg/L的广西明阳农场高浓度有机废水排入与南湖贮水量相近的大氧化塘中，废水排入的同时加入EM复合菌液，3-4个月后，COD和BOD分别降为100mg/L和50mg/L以下，比原来没投EM菌液的自然氧化塘的净化时间缩短11个月。,*,兰州环境保护研究所所使用EM技术净化油污废水和豆腐废水，投加了0.1%的EM菌液得到了很好的效果，COD的去除率分别为81.8%和95%。,另外，中国环境科学研究院引进美国AM公司开发的复合微生物制剂用于云南滇池内湖草海进行小试实验，连续了5个月，在广西南宁南湖进行了中试试验，连续进行了10个月。研究表明，对于湖泊水具有良好的净化功能，COD、BOD、TN和TP的去除效果显著。,固定化微生物脱氮技术,固定化微生物技术（IMO）是现代生物工程领域中的一项新兴技术，是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用的方法。,固定化微生物的制备方法多种多样，目前国内外还没有统一的分类标准，但在水处理中常用的有结合法、吸附法、包埋法、共价法和交联法。应用于生物脱氮的主要还是包埋固定法。,微生物固定化后，微生物将通过与主体液相中经外部扩散和内部扩散作用输送到周围的有机底物接触，从而降解污染物，同时自身也得到生长增殖。该技术优点主要有：,1、能在生物处理装置内维持较高的生物量以提高处理能力，减少体积和占地面积；,2、能够有效利用一些特种微生物，可以有针对地培养一些微生物，不能形成絮体的微生物也能利用；,3、剩余污泥少，剩余污泥量仅为普通污泥量的1/5-1/4；,4、处理效率高，稳定性强，能纯化和保持高效菌种；,5、固液分离效果好。,技术研究及应用,*,Nilssion等人用海藻酸钙固定假单细胞反硝化菌，用填充柱对含20mg/L硝酸盐的地下水进行联续脱氮试验，效果良好，容积负荷达到3.6kgN/（m,3,d）。,*,葛文准等人研究以海藻酸钙、卡拉胶、PVA、ACAM固定化硝化细菌处理氨氮废水，氨氮去除率达到70%。,*,设乐等人用卡拉胶固定化脱氮菌，在填充率为30%的4L反应器中对合成废水进行了70天的连续脱氮实验。当负荷小于1.5kgNO,x,-N/(m3,d)时，出水中的NO,x,-N小于10mg/L。,目前，在日本已有将固定化硝化菌用于处理能力为11300m,3,/d的工业装置中。,反硝化除磷技术,近年来发现的一种兼性厌氧反硝化除磷细菌(DPB),可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体,氧化细胞内贮存物,并从环境中摄磷,实现同时反硝化和过度摄磷。与传统的好氧吸磷相比,在保证硝化效果的同时,系统对COD需求可减少50%,氧的消耗和污泥产量可分别下降30%和50%。COD消耗的减少,一方面解决含高氨磷工业废水存在碳源不足的问题,另一方面剩余的COD还可用于生产甲烷。,该技术革新之处：, 节省 50%COD 的消耗量, 避免了反硝化菌和聚磷菌之间对有机物的竞争, 适合处理 m(COD) /m(TN) 较低的污水;, 减少 30%的曝气量, 节省了电能。DPB的吸磷由于用硝酸盐代替了氧气, 故曝气量得到了节省;, 减少了除磷脱氮运行中产生的污泥量( 大约减少 50%) , 从而降低了污泥处理费用;,可缩小反应器的体积。,研究进展,*,Kuba等,人,对MUCT工艺型的污水处理厂进行研究后认为,污水处理过程确实发生了反硝化除磷,其中一个污水处理厂的活性污泥中30%,-,50%是聚磷菌,废水中50%的磷是通过反硝化除磷过程得以去除。,*,李勇智等,人,采用SBR反应器,研究了以硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷过程,结果表明,反硝化除磷菌存在于传统的强化生物除磷体系中,通过厌氧/好氧交替运行方式,反硝化除磷菌在聚磷菌中的比例从13.3%上升到69.4%,稳定运行的厌氧/缺氧SBR反应器具有良好的强化生物除磷和反硝化脱氮性能,缺氧结束时,体系中磷浓度小于1mg/L,除磷效率大于89%。,A,2,N,工艺,Dephanox,工艺,BCFS,（,反硝化及生物,化学沉淀除磷组合）工艺,A,2,NSBR,工艺,新型双泥生物反硝化除磷脱氮工艺,总结：,就目前国内水处理脱氮除磷的发展和实际应用来讲，大部分污水处理厂都是在原有的工艺基础上进行工艺微调。很多污水处理厂为了达到一级A排放标准，通常以生物脱氮除磷+化学除磷的工艺模式运行，而生物脱氮除磷工艺运行时以脱氮为主体，从新理论也可以看出，大部分都是针对脱氮而提出。对于新技术，国内尚处于研究或小试阶段，真正用于工程实践还需进一步的探索。,因此，国内污水脱氮除磷技术的研究还有很大的发展和研究空间。如何高效、稳定、节能地实现同步脱氮除磷还值得进一步思考。,The end,Thank you!,