污水脱氮工艺(全)

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,*,East China University of Science and Technology,*,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,*,East China University of Science and Technology,*,污水脱氮工艺介绍（全）,1.,水体中氮素的来源与危害,2.氮素污染控制,3.生物脱氮原理,4.生物脱氮技术,内容提要,5.生物脱氮新工艺,1.,水体中氮素的来源,水体中氮素的来源与危害,自然来源,人类活动,大气降,水,降,尘,非市区径流,生物固氮,城市污水,浸滤液,大气沉降,地表径流,水体,污染源,水体中氮素的来源与危害,点源(,Point sources),非点源，面源(,Non-point sources),通过排放口集中排放污染物,主要通过径流过程,点源污染,(Point source pollution,),非点源污染，面源污染,(Non-point source pollution),城市污水工业废水等,地表径流，养鱼投饵降尘，降雨等,2.,氨氮废水的工业来源,水体中氮素的来源与危害,有机氮废水的工业来源及其浓度,来 源,有机氮浓度（,mg/L,）,粪 肥,4001000,糖 厂,180,来 源,有机氮浓度（,mg/L,）,纺织废水,8,制药废水,500,锅炉渣洗水,10260,2.,氨氮废水的工业来源,水体中氮素的来源与危害,来 源,氨氮浓度（,mg/L),焦炉废水,:,稀氨水,氨蒸馏出水,4000 5000,50 200,煤的气化废水,:,焦碳,无烟煤,褐煤,1000,1000,2500,氨氮废水的工业来源及其浓度,2.,氨氮废水的工业来源,水体中氮素的来源与危害,氨氮废水的工业来源及其浓度,来 源,氨氮浓度,(mg/L),化肥废水,:,氨和尿素生产,氨,-,硝酸废水,混合化肥,200 940,130,600,铁,-,锰高炉废水,110,发电厂清洗水,2800,炼油废水,600 1400,酒厂废水,110 380,制革废水,80 160,2.,氨氮废水的工业来源,水体中氮素的来源与危害,氨氮废水的工业来源及其浓度,来 源,氨氮浓度,(mg/L),胶合板废水,400450,味精废水,1000,制药废水,90,羊毛加工废水,160,脂肪提炼厂,125,肉类加工厂,5080,畜禽废水,2004000,3.,氮在水体中的存在形态,水体中氮素的来源与危害,有机氮,无机氮,蛋白质(,C,O,N,H,N=1518%),多肽,氨基酸,尿素,CO(NH,2,),2,其他(硝基、胺及铵类化合物),COOH,H,R,C,NH2,氨氮(,NH,3,-N,NH,4,+,-N),亚硝态氮(,NO,2,-,-N),硝态氮(,NO,3,-,-N),水体中氮素的来源与危害,氨氮(,NH,3,-N,NH,4,+,-N),亚硝态氮(,NO,2,-,-N),硝态氮(,NO,3,-,-N),总氮,(,TN),有机氮,无机氮,凯氏氮,(TKN),=有机氮+氨氮,水污染控制中经常提到的几个术语,TN=TKN+NOx-N,水体中氮素的来源与危害,4.,氮素污染的危害,造成水体的富营养化(,eutrophication,),现象；,水生植物,和,藻类,异常增殖,水华赤潮,1998,年渤海湾赤潮,2004年6月浙江近海,2009,年中国近海赤潮情况,海洋赤潮发生的原因,20,世纪末中国海洋水质,水体中氮素的来源与危害,4.,氮素污染的危害,增加了给水处理的成本；,例如：加氯消毒810,gCl,2,/gNH3-N,引起水体缺氧；,14gN,64gO,2,每氧化1,gNH,4,-N,为,NO,3,-N，,共需要氧,4.57,g,水体中氮素的来源与危害,氨氮对水生生物有毒,游离氨1,mg/L,游离氨,Free Ammonium,25,时，氨的离解常数为,1.810,-5,水体中氮素的来源与危害,pH,和温度的升高将增强氨氮的毒性？,水体中氮素的来源与危害,硝酸盐影响人类健康,硝酸盐(,NO,3,-N),亚硝酸盐(,NO,2,-N),血红蛋白(,Fe,2+,)+O,2,氧和血红蛋白,(,Fe,2+,),(,红色,，,具有,输氧能力,),血红蛋白(,Fe,2+,)+NO,2,-,高铁血红蛋白,(,Fe,3+,),(,褐色,，,丧失,输氧能力,),高铁血红蛋白症,胃癌等,亚硝酸盐能与胺或酰胺反应生成,亚硝胺,或,亚硝酰氨,，后两者都有致癌作用。,氨氮浓度,毒理作用,资料来源,1mg/L,水生生物血液结合氧的能力降低,乌锡康等,3mg/L,14,日内克致金鱼、鳊鱼死亡,乌锡康等,NO,3,-_,N10mg/L,会引起婴儿高铁血红蛋白症,孔繁翔等,NH,3,-N=50mg/L,为未驯化甲烷菌活性的,50%IC,值,Koster,等,NH,4,+,-N400mg/L,严重抑制亚硝酸菌的生长繁殖,氨氮的浓度及其相应的毒理作用,自然来源,人类活动,大气降,水,降,尘,非市区径流,生物固氮,城市污水,浸滤液,大气沉降,地表径流,水体,氮素污染控制,面源污染控制技术,修建污水厂,1.废水脱氮技术,氮素污染控制,物化法,生物法,吹脱(气提)法,折点加氯法,离子交换法,磷酸氨镁沉淀法,其它方法,吹脱(气提)法,基本原理：将水中的游离氨转移到气体(空气或蒸汽)中去。,氨吹脱工艺的三个条件：,提高,pH，,一般用,NaOH;,在吹脱塔中反复形成水滴，减小表面张力，增大接触面积。,气体循环，增大浓度差；,影响氨气从水中向气体中转移的因素：,水气界面处的表面张力；,水和气体中氨的浓度差。,沉淀池,空气吹脱法工艺流程图：,空气吹脱法,(,ammonia stripping),pH,调节池,进水,氨和尾气,出水,空气,排泥,CaO,或,NaOH,吹脱塔,氨水蒸馏工艺流程图以焦化废水为例：,蒸氨供料槽,调节池,NaOH30%,pH,113蒸汽,103氨气,NH3-N4000mg/L,NH3-N250mg/L,生化,换热,冷却,蒸氨塔,pH=8.5-9,气提法,冷却,3035,106,重要的工艺参数：,(1),pH=10.5-11.5;,(2)m,3,/(m,2,.h);,(3),气液比：填料高度6,m,时，,G/L=2200-2300;,(4),蒸汽用量：0.125,3 t,蒸汽/1,m,3,水,泡罩塔：0.08,t,蒸汽/1,m,3,水，,浮阀塔：0.13,t,蒸汽/1,m,3,水。,空气吹脱(气提)法,低浓度氨氮废水：室温下空气吹脱；,高浓度氨氮废水：蒸汽吹脱。,1.0MPa,蒸汽价格在,180-200,元,/,吨,折点加氯法法,(,breakpoint chlorination),基本原理：,折点加氯法法,(,breakpoint chlorination),重要工艺参数：,(1)准确控制氯投加量：,理论投氯量(以氯气计)：,NH,3,-N=7.6:1,实际投加量(以氯气计)通常为:,(8:1)-(10:1),(2)控制,pH，,控制反应副产物,NO,3,-,和,NCl,3,;,控制,pH,在,中性条件,下进行。,(3)反应时间,：,1min,;,离子交换法,(,Ion exchange),基本原理：,废水中的,NH,4,+,与阳离子交换树脂中的阳离子进行交换。,对,NO,x,-,和有机氮没有效果。,常用的离子交换剂：,沸石(,Zeolite),沸石是含水的钙、钠以及钡、钾的硅铝酸盐矿物，,一般用化学式,(,M,N,2,)O,AlO,3,nSiO,2,mH,2,O,表示。,废水中的,NH,4,+,与沸石中的,M,+,N,2+,进行交换。,国产沸石有：,斜发沸石(,Clinoptilolite),丝光沸石(,Mordenite),离子交换法,(,Ion exchange),斜发沸石对不同阳离子的选择交换顺序如下：,沸石的再生：,化学再生法,气提再生法,NaOH,Ca(OH),2,NaCl,焚烧法,生物再生法,空气或蒸汽,500600 高温,NH,4,+,NH3,生物硝化，研究中,离子交换法,(,Ion exchange),工艺流程：,再生液贮槽,进水(二级处理+过滤),出水,沸石,离子,交换柱,吹,脱,塔,补充再生液,空气,空气和,NH3,Na,+,或,Ca,2+,NH,4,+,NH,4,+,Na,+,或,Ca,2+,离子交换法,(,Ion exchange),重要工艺参数：,(1),pH=48,;,(2)空床速度(,SV),SV=Q/V,Q，,流量，,m,3,/h;,V，,吸附柱体积，,m,3,;,SV=510h,-1,，,与沸石粒径有关。,(3),沸石粒径：0.81.7,mm;,(4),床深：0.91.8,m;,(5),进入吸附柱的,SS9.5，MAP,会释放出刺鼻的气味。,物化法脱氮的比较,常用物化法脱氮技术比较,处理,方法,处理范围及效果,缺点,费用估算,(元/,kgNH3-N,),进水(,mg/L),出水(,mg/L),空气吹脱,500,500,200左右,蒸汽费用高，,1520/,m,3,污水,折点氯化,30,40,离子交换,1050,13,沸石再生费用高。,1015,MAP,法,25,30,生物法脱氮的基本原理,有机氮,(氨化作用),氨化菌,NH,4,+,-N,(亚硝化作用),NO,2,-,-N,亚硝酸菌+,O,2,硝酸菌+,O,2,(硝化作用),NO,3,-,-N,反硝化菌+有机碳,(反硝化作用),N,2,生物法脱氮的基本原理,1。氨化作用(,Ammonification),氨化作用无论在好氧还是厌氧，中性、酸性还是碱性环境中,都能进行，只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一,2。硝化作用(,Nitrification),如果不考虑硝化过程中硝化细菌的增殖，硝化过程的氧化反应式为：,硝化作用(,Nitrification),1.每氧化1,gNH,4,+,-N,为,NO,3,-N,需要消耗碱度,7.,14g,(,以,CaCO,3,计)(,100/14=7.14,),注：每氧化,14gNH,4,+,-N,为,NO,3,-N,，产生,2molH,+,，需要,1mol,的,CaCO,3,(,分子量为,100),来中和。,2.,不计细菌增值，每氧化1,gNH4-N,为,NO3-N，,共需要氧,4.57,g,。,1,gNH,4,+,-N,1gNO,3,-N,碱度,7.14,g,(,以,CaCO,3,计),需要氧,4.57,g,硝化作用(,Nitrification),硝化反应动力学,生物硝化反应的动力学模型可用,Monod,公式表示:,硝化作用(,Nitrification),20,条件下硝化菌的,Monod,参数,底物,u,max,(d,-1,),Ks(mg/L),文献,NH,4,+,-N,0.53,3.6,Stratton,McCarty,NH,4,+,-N,0.34,1.0,Downing etc.,NH,4,+,-N,0.65,0.6,Knoles etc.,NO,2,-N,0.41,1.1,Stratton,McCarty,NO,2,-N,0.14,2.1,Downing etc.,NO,2,-N,0.84,1.9,Knoles etc.,硝化作用(,Nitrification),亚硝酸菌和硝酸菌,项目,亚硝酸菌,硝酸菌,异养菌,细胞形状,椭球或棒状,椭球或棒状,细胞尺寸,1.0,1.5m,0.51.0m,革兰氏染色,阴性,阴性,世代周期(,h),836,1259,2.318.69,自养性,专性,专性,异养,需氧性,严格好氧,严格好氧,最大比生长速率,m,(h,-1,),0.040.08,0.020.06,0.080.3,产率系数,Y(mg,细胞/,mg,基质),0.040.13,0.020.07,0.40.8,饱和常数,K,S,(mg/L),0.63.6,0.31.7,25100,硝化作用(,Nit