废水中磷的去除

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,废水的增强生物除磷,(Enhanced Biological Phosphorus Removal from Wastewater),陈银广,1,陈银广，,1969.8,出生，博士,/,博士后,/,教授,/,博士生导师，研究方向为环境生物。,1998.12,无锡轻工大学环境生物技术博士毕业，导师陈坚教授、伦世仪院士。,1999.3,2001.3,同济大学环境学院顾国维教授课题组（博士后）。,2001.4,2002.4,美国中佛罗里达大学土木与环境工程系（博士后）。,2002.4,2003.10,美国弗吉尼亚理工大学生物系统工程系（博士后）。,2003.12,作为国外引进人才被同济大学破格聘为教授，到环境科学与工程学院工作。,2004.12,被批准为博士研究生指导老师。,2,曾经参加的国家级科研项目,增强生物除磷污水处理系统的设计基础研究,(,美国国家自然基金项目,),有机废物资源化与新型生物农药生物合成组合系统的研究,(,美国国家发展基金项目,),有机废水厌氧酸化与聚羟基烷酸,(PHA),生物合成组合系统的研究,(,中国国家自然科学基金项目,),3,正在进行的国家级科研项目,剩余污泥生物转化为有机酸用于增强生物除磷的研究（国家高技术研究发展计划（,863,）前沿探索青年基金项目，负责人陈银广）,生物除磷系统中聚磷和聚糖微生物生理生态学与调控方法（国家自然科学青年基金项目，负责人陈银广）,城市污水处理系统的智能控制理论、方法与技术（国家自然基金重点项目分课题，分项目负责人顾国维教授）,4,取得的初步学术成绩,于,Water Research,Process Biochemistry,B,ioresources,Technology,Water Science and Technology,Chemical Engineering Journal,World Journal of Microbiology and Biotechnology,等,SCI,学术期刊上发表论文十多篇。,是,Process Biochemistry,Biotechnology Progress,Enzyme and Microbial Technology,的审稿人。,5,一、有关污水处理的简单介绍,6,废水处理过程,悬浮物一般经过预处理（一级处理）胶体杂质多采用属于二级处理的方法处理溶解杂质多采用属于三级处理的方法处理,7,一级处理,截留法沉砂法沉淀法,8,二级处理,浮上分离法絮凝沉淀法化学氧化还原法生物处理法,9,三级处理,电渗析法活性炭吸附法反渗透法离子交换法紫外线照射法超声波处理法液膜分离法,10,一种废水在确定采用何种处理方法之前，首先要了解废水的,pH,值、颜色、气味、悬浮物、,COD,、,BOD,等，然后根据水质的情况及需要达到的处理要求进行全面分析研究，确定采用何种处理方法。,11,废水生物处理的种类,湖塘和稳定池曝气塘生物滤池生物转盘厌氧分解活性污泥法,12,活性污泥法,推流式活性污泥法完全混合活性污泥法纯氧活性污泥法,13,根据参与废水处理中微生物代谢的类型，废水生物处理技术分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。废水的好氧生物处理根据微生物在废水所处的状态或存在的形式，可分为悬浮生长法和附着生长法两大类。活性污泥法是典型悬浮生长工艺。,14,随着人类环保意识的不断深入，特别是水体富营养化的出现使得科研工作者重视对污水中磷去除的研究。所谓富营养化是指大量营养盐类进入水体，导致一次生产者的异常增长。,15,富营养化的影响主要有以下几点：,（,1,）使湖泊产生水花，促进河流中附着藻类的增长，降低作为游览地区的价值；（,2,）由于水生植物茂盛和水花发生，影响行船；（,3,）用作饮用水水源时，容易使滤池堵塞和产生异臭味，而且在给水处理上需要高度处理技术；（,4,）当大量的藻类及水生植物枯死时，迅速分解而产生恶臭并消耗大量的溶解氧；（,5,）增长起来的藻类在水中产生代谢物质，如有机物（,COD,或,BOD,）以及其它对生物有影响的有害物质。因此，藻类在增长时，水质也在恶化。,16,水体的原初生产者藻类及水生植物等的增长除需要无机碳外，需要量较多的是氮和磷。对原初生产者的营养最为重要的磷的形态是正磷酸盐（,PO4-P),。水中的磷除,PO4-P,外，还有颗粒状磷（聚磷酸盐）及有机磷。它们在一定条件可转化为,PO4-P,。,17,一般认为，将污水中磷的浓度控制在,0.5mg/l,可以有效防止磷所引起的水体富营养化。,18,磷去除的常用方法,化学法生物处理法,19,化学法除磷是通过控制,pH,，使磷与,Ca,、,Fe,、,Al,等离子发生反应并沉淀，从而实现从废水中除磷的目的。,20,铝盐的混凝沉淀,Al,2,(SO,4,),3,+6H,2,O-2Al(OH),3,+3SO,4,2-,+6CO,2,Al,2,(SO,4,),3,+2PO,4,-2AlPO,4,+3SO,4,2-,在,pH,为,6.0,6.5,的条件下，每,1mol,的磷需要加铝,1.5-3.0 mol,。如果水显碱性，在加铝之前应先降低,pH,以减少,Al(OH)3,沉淀。,21,铁盐的混凝,沉淀,Fe,2,(SO,4,),3,+3HCO,3,-Fe(OH),3,+2SO,4,2-,+3CO,2,Fe,3+,+PO,4,3-,-FePO,4,每,1mol,磷需要加铁（,Fe,3+,)1.53 mol,，最佳,pH,为,5.0,。对磷含量为,5mg/l,左右的二级处理水，通过投加,100,200mg/l,的氯化铁（,Fe,Cl,3,.6H,2,O),就可以得到,90,以上的磷去除率。,22,石灰的混凝沉淀,5Ca,2+,+4OH,-,+3HPO,4,2-,-Ca,5,OH(PO,4,),3,+3H,2,O,为使磷的去除率达到,90,以上，需要把,pH,值调到,10.5-11.0,以上。,Ca/P,的重量比为,2.2:1,以上。,23,生物除磷的原理,微生物摄取磷的机理比较复杂，不仅摄取构成微生物体本身及代谢所必须的磷，而且在某种特殊的条件下，在细胞内能积累相当过量的磷磷的过剩摄取。这是细菌及藻类等一类微生物所具有的特殊现象。,24,生物法除磷,氧化塘,(,藻类,),除磷投加混凝剂的活性污泥法除磷,厌氧好氧增强生物除磷,25,氧化塘,(,藻类,),除磷,利用藻类生长繁殖时，能够消耗水中,N,、,P,等元素，同时水中的溶解氧也能保持在一个较高的水平。一般经过二级处理的处理水，再经过藻类处理，不仅可以降低水中的生化需氧量，而且能除去水中的营养物质，这对防止接纳处理水的水体富营养化和防止水体老化都是有意义的。,26,投加混凝剂的活性污泥法除磷,在曝气池中直接投加混凝剂的一种方法。它是使污水中的磷酸盐与铝及铁化合而变成不溶性状态之后去除沉淀物。这可以认为是活性污泥法的一种改良法，而且可以同时进行生物处理和化学处理，所以也称为生物化学同时处理法。缺点：在曝气池中直接投加混凝剂，铝和铁可能对活性污泥中的微生物产生不良影响。,27,厌氧好氧增强生物除磷,目前一般认为，厌氧条件下聚磷微生物利用分解胞内聚磷（同时释放磷）产生的能量吸收废水中的有机物（主要是短链脂肪酸）并在胞内合成聚羟基丁酸；在随后的好氧条件下聚磷菌利用分解胞内聚羟基丁酸产生的能量吸收磷。在运行稳定的生物除磷系统中，微生物的好氧吸磷量将超过厌氧释磷量，通过排泥可达到除去污水中磷的目的。因为二次污染小、操作费用低等特点成为近二十多年来国内外研究的热点。,28,二、,增强生物除磷的基本概念、机理及工艺,29,增强生物除磷的厌氧阶段,厌氧条件下聚磷微生物利用分解胞内聚磷产生的能量吸收废水中的有机物（主要是短链脂肪酸,SCFA,），并在胞内合成聚羟基烷酸（,PHA),，同时释放磷。在合成,PHA,时需要有还原力（,NADH,2,),，它可由,SCFA,通过三羧酸（,Tri-carboxylic acid,TCA,）循环或由糖原经,EMP,(,Embden-Meyerhof-Parnas,),或,ED(,Entner-Doudoroff,),途径提供。,30,增强生物除磷的好氧阶段,随后的好氧条件下聚磷菌利用分解胞内,PHA,产生的能量用于吸收磷、合成糖原及细胞生长。在运行稳定的生物除磷系统中，微生物的好氧吸磷量将超过厌氧释磷量，通过排泥可达到除去污水中磷的目的。,31,何为增强生物除磷,微生物的好氧吸磷量将超过厌氧释磷量及微生物正常生长所需的磷。,32,何为聚磷菌,(Phosphorus Accumulating Organisms-PAO),PAO,指的是生物除磷系统中一类微生物，它们在厌氧条件下吸收废水中的有机物并在胞内合成,PHA,，同时分解胞内糖原和聚磷并释放磷；在好氧时分解胞内,PHA,，吸收磷，合成糖原。在,PAO,占优势的生物除磷系统中，有明显的厌氧磷释放和好氧磷吸收，并且磷的吸收量大于释放量。,33,何为聚糖菌,(Glycogen Accumulating Organisms-PAO),GAO,指的是生物除磷系统中除了,PAO,以外的另一类微生物，它们在厌氧条件下吸收废水中的有机物并在胞内合成,PHA,，同时分解胞内糖原但不释放磷；在好氧时分解胞内,PHA,用于合成糖原和细胞生长。在,GAO,占优势的生物除磷系统中，没有明显的厌氧磷释放和好氧磷吸收，无磷的去除。,34,增强生物除磷的主要工艺,A/O,Bardenpho,Phoredox,UCT,等工艺,35,A/O,工艺,缺氧池,好氧池,沉淀池,36,Bardenpho,工艺,两级,A/O,工艺。,缺氧,好氧,缺氧,好氧,沉淀,37,Phoredox,工艺,在,Bardenpho,工艺的前面增加了一个厌氧池。,厌氧,缺氧,好氧,缺氧,好氧,沉淀,38,A/A/O(Anaerobic-anoxic-Oxic,),工艺,厌 氧,缺 氧,好 氧,沉 淀,39,影响生物除磷的因素,1,、溶解氧,一般认为，要取得较高的生物除磷效果，,厌氧区内必须控制严格的厌氧条件,，即没有分子态氧，也没有,NO3-,等化合态氧，以保证系统内的除磷菌吸收有机物并释放磷；好氧区内要供给充足的氧，以维持细菌的好氧呼吸，有效地吸收废水中的磷。,40,2,、氧化态氮,硝酸盐和亚硝酸盐的存在会抑制细菌释放磷，从而影响好氧条件下磷的吸收。但当,COD/TKN,大于,10,时，,NO3-N,对生物除磷的影响较小。,41,3,、污泥泥磷,由于生物除磷系统主要通过排除剩余污泥去除磷，因此剩余污泥量的多少将决定系统的脱氮效果。一般污泥龄较短的系统产生较多的剩余污泥，可以取得较高的除磷效果。有报道，泥龄为,30,天时的除磷率为,40,；年龄为,17,天时除磷率为,50,；年龄为,5,天时的除磷率可提高到,87,。,42,4,、,BOD,负荷和有机物性质,较高的,BOD,负荷可取得较好的除磷效果。一般认为，,BOD/TP,20,是正常进行生物除磷的低限。不同有机物为基质时磷的厌氧释放和好氧吸收也有差别。低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。,43,5,、温度,温度对磷去除的影响不明显。在,5,30,范围内，除磷效果都较好。,6,、,pH,在,6,8.5,范围内，一般认为磷的厌氧释放比较稳定。,44,