新型生物脱氮技术课件

,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,*,新型生物脱氮技术,一、传统生物脱氮简介,1、脱氮原理,2、传统脱氮工艺,二、新型生物脱氮技术,1、半硝化工艺（SHARON）,2、厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）,3、半硝化-厌氧氨氧化工艺（SHARON ANAMMOX）,4、生物膜内自养脱氮工艺（CANON）,5、总结,三、其他生物脱氮新技术简介,新型生物脱氮技术一、传统生物脱氮简介1、脱氮原理2、传统脱氮,1,一、传统生物脱氮简介,将废水中的有机氮转化为氨氮，通过硝化作用将氨氮转化为硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮还原为氮气从水中逸出，从而实现生物脱氮的目的。,有机氮,NH,4,+,NO,2,-,NO,3,-,N2,好氧或厌氧,氨化作用,硝化作用,反硝化作用,NO,2,-,有机氮通过酶和微生物作用下释放氨的过程,微生物将氨氧化成亚硝酸盐，进一步氧化成硝酸盐,硝态氮在反硝化细菌作用下还原成氮气,细菌,霉菌,亚硝化菌,硝化菌,反硝化菌,异养微生物：芽孢杆菌、节杆菌、木霉、曲霉、青霉等,以,HCO,3,-,为碳源，自养；硝化反应消耗碱度，,pH,下降；耗氧,4.2g/g,（,NH,4,+-,NO,3,-,）。,O,2,作为电子供体,。,异养兼性厌氧细菌，缺氧条件下反应；,有机物作为电子供体,，,硝酸盐（亚硝酸盐）作为电子受体,。,氨化作用,硝化作用,反硝化作用,微生物,1、脱氮原理,一、传统生物脱氮简介将废水中的有机氮转化为氨氮，通过硝化作用,2,传统的氨氮生物脱氮途径包括,硝化,和,反硝化,两个阶段。由于硝化菌和反硝化菌对环境条件要求不同，硝化和反硝化反应往往分开进行。由此形成分级硝化、反硝化工艺。,硝化过程：,O,2,为电子供体,NH,4,+,+,1.5 O,2,NO,2,-,+,2H,+,+,2H,2,O,NO,2,-,+,0.5 O,2,NO,3,-,反硝化过程：有机物（甲醇、乙醇、乙酸等）为电子供体,2 NO,3,-,+,10H,+,+,10e-,N,2,+,2OH,+,+,4H,2,O,2 NO,2,-,+,6H,+,+,6e-,N,2,+,2OH,+,+,4H,2,O,传统的氨氮生物脱氮途径包括硝化和反硝化两个阶段。由于硝化菌和,3,2、传统脱氮工艺,1932年，Wuhrmann利用内源反硝化建立了后置反硝化工艺。,1962年，Ludzack和Ettinger提出前置反硝化工艺。,1973年，Barnard结合前两种工艺提出A/O工艺。,后来出现的各种改进工艺，Bardenpho、A/A/O等等,以下是两种传统生物脱氮工艺：,a,、,传统三级生物脱氮工艺,：将含碳有机物的去除和氨化、硝化及反硝化在三个池中独立进行。,曝气池,沉淀池,硝化池,二沉池,反硝化池,终沉池,甲醇,污泥回流,污泥回流,污泥回流,进水,出水,b,、,A/O,工艺,：前置反硝化，单级活性污泥脱氮工艺。废水经缺氧池，再经过好氧池，并将好氧池出水和沉淀池污泥回流至厌氧池。,缺氧池,好氧池,沉淀池,进水,出水,回流,污泥回流,2、传统脱氮工艺1932年，Wuhrmann利用内源反硝化建,4,二、新型生物脱氮技术,传统的生物脱氮工艺存在着不少问题：,1,、工艺流程长，占地面积大（传统工艺认为硝化、反硝化不能同时进行）。,2,、硝化菌群繁殖速度慢，且难以维持较高浓度，需要较大曝气池，费用高。,3,、需进行污泥和硝化液回流，动力成本高。,4,、系统抗冲击能力弱，高浓度,NH,3,-N,和,NO,2,-,会抑制硝化菌生长。,5,、硝化过程产酸，需投加碱中和。,近年来，许多研究表明：,硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化作用；,反硝化不只在厌氧条件下进行，某些细菌也可以在好氧条件下进行；,许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌（,Thiosphaera pantotropha,），,能把,NH,4,+,氧化成,NO,2,-,后直接进行反硝化。,生物脱氮技术的发展，突破了传统理论的认识，产生了一些新型生物脱氮技术。下面几种主要的新型脱氮工艺,1、半硝化工艺（SHARON）,2、厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）,3、半硝化-厌氧氨氧化工艺（SHARON ANAMMOX）,4、生物膜内自养脱氮工艺（CANON）,二、新型生物脱氮技术传统的生物脱氮工艺存在着不少问题：1、工,5,1,、半硝化工艺（,SHARON,）,SHARON,（,single reactor system for high ammonia removal over nitrite),是由荷兰的,Delft,大学开发的一种新型生物脱氮工艺。,该工艺可以采用,CSTR,（连续搅拌反应器），适用,NH,4,+,-N,浓度（,0.5gN/L),较高的废水生物脱氮,反应常在,30,35,内进行,。,氨氮的氧化是,酸化,的过程，因此水体的,pH,是影响硝化反应的重要因子。,在碱度足够的条件下，废水中,50%,的,NH,4,+,-N,被亚硝化细菌氧化为,NO,2,N,。,NH,4,+,+HCO,3,-,+0.75 O,2,0.5NH,4,+,+0.5NO,2,-,+CO,2,+1.5H,2,O,半硝化工艺除了要有足够的,HCO,3,-,碱度外，还要求较高的温度。,当温度高于,25,时：,亚硝化菌群的世代时间比硝化菌群世代时间短,。为使硝化反应停留在亚硝化阶段，可以控制,泥龄,将硝化菌群清洗出反应器，留下亚硝化菌群。,出水对,NH,4,+,要求高时，可在缺氧条件下，用有机物作为电子供体，将亚硝酸盐反硝化成,N,2,脱去。,半硝化工艺的硝化、反硝化代谢过程如下：,1、半硝化工艺（SHARON）SHARON（single r,6,1-4,是,NH,4,+,的硝化阶段：包括亚硝化阶段，,NH,4,+,经氧化形成羟胺（,NH,2,OH,），再 经过,2,、,3,、,4,氧化成,NO,3,-.,5-8,是反硝化阶段,：,NO,3,-,经过反硝化细菌作用最终转化成,N,2,。,1-4是NH4+的硝化阶段：包括亚硝化阶段，NH4+经氧化,7,2,、厌氧氨氧化工艺（,ANAMMOX,）,是有荷兰,Delft,大学在,20,世纪,90,年代开发的一种新型脱氮工艺。,指在,厌氧条件下，微生物直接以,NH,4,+,为电子供体，,以,NO,3,-,或,NO,2,-,为电子受体，将,NH,4,+,、,NO,3,-,或,NO,2,-,转变成,N,2,的生物氧化过程,。,早在,1977,年，,Broda,就做出了自然界应该存在,反硝化氨氧化菌,（,denitrifying ammonia oxidizers,）的预言。,1994,年,Kuenen,发现某些细菌在硝化、,反硝化中利用,NO,2,-,或,NO,3,-,作电子受体，将,NH,4,+,氧化成,N,2,和气态氮化物。,1995,年,Mulder,等发现了,氨氮的厌氧生物氧化现象,。,Straous M.等用生物固定床和流化床反应器研究了厌氧氨氧化污泥，表明氨氮和硝态氮去除率分别高达82%和99%。,进一步的研究揭示：在,缺氧条件,下，,氨氧化菌可以利用,NH,4,+,或,NH,2,OH,作为电子供体将,NO,3,-,或,NO,2,-,还原，,NH,2,OH,、,NH,2,NH,2,、,NO,和,N,2,O,等为重要的中间产物。,2、厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）是有荷兰Delft 大学,8,氨氧化菌在厌氧条件下，利用,CO,2,作碳源,，无需外加有机碳源、,无需供氧,，以,NH,4,+,作电子供体，,NO,3,-,或,NO,2,-,为电子受体，将水体中的氮转变成,N,2,。,发生的反应为：,该工艺可将,NH,3,-N,从,1100mg/L,降到,560mg/L,。,在,NH,3,-N,和,NO,3,-,浓度为,1000mg/L,时不会受到抑制。但在,100mg/L,的,NO,2,-,条件下，厌氧氨氧化过程会受到抑制。,厌氧氨氧化过程是在,自养菌,作用下完成，这种自养菌生成速度慢，泥龄长，但产生的剩余污泥量较少。,厌氧氨氧化的化学计量方程式：,氨氧化菌在厌氧条件下，利用CO2作碳源，无需外加有机碳源、无,9,厌氧氨氧化的代谢途径：,1,：,NH,4,+,与羟胺氧化成联胺，联胺经过两次脱氢氧化（,2,、,3,），最终生成,N,2,。,生成的联胺与,NO,2,-,反应生成羟胺。,厌氧氨氧化的代谢途径：1：NH4+与羟胺氧化成联胺，联胺经过,10,3,、半硝化,-,厌氧氨氧化工艺（,SHARON ANAMMOX,）,将前面两种工艺联合起来，在反应系统中，进水,总,NH,4,+,的,50%,在半硝化反应器内发生如下反应：,半硝化反应器的出水（含有,NH,4,+,和,NO,2,-,）作为厌氧氨氧化反应器的进水。在厌氧氨氧化反应器内发生厌氧反应，有,95%,的氮转变成,N,2,，另外，还有少量的,NO,3,-,随出水排出。,3、半硝化-厌氧氨氧化工艺（SHARON ANAMMOX,11,半硝化,-,厌氧氨氧化工艺适合处理高浓度,NH,4,+,-N,废水和有机碳含量低的高,NH,4,+,-N,浓度工业废水。出水,NH,4,+,-N,可达到,6.7mg/L,、,TN,为,24mg/L,。,较之传统的硝化,-,反硝化工艺，该工艺耗氧量由,4.6kg O,2,/kg N,2,降到,1.9 kg O,2,/kg N,2,，,降低了耗氧,60%,，且,不需要添加碳源,。产生的,剩余污泥量很少,。,SHARON,工艺可采用,完全混合式好氧连续反应器,；,ANAMMOX,工艺可采用,生物膜法和生物流化床,。,半硝化-厌氧氨氧化工艺适合处理高浓度NH4+-N废水和有机碳,12,4,、生物膜内自养脱氮工艺,（,CANON,）,在,限氧,的条件下，利用,完全自养性微生物,将氨氮和亚硝酸盐同时去除的一种方法。,该工艺可用以低有机物浓度的废水生物脱氮，可以采用单一反应器或生物膜反应器。,反应器内进行部分硝化和氨的厌氧氧化。,在限氧条件下，系统中有两类自养微生物：,好氧硝化细菌,和,厌氧氨氧化细菌,。自养菌,经过,NO,2,-,中间体直接将,NH,4,+,转变为,N,2,。,在限氧条件下，,好氧硝化细菌将,NH,4,+,氧化成,NO,2,-,。反应如下：,然后，,厌氧氨氧化细菌将,NH,4,+,和,NO,2,-,转变成,N,2,和少量的,NO,3,-,。反应如下：,总的脱氮反应式为：,4、生物膜内自养脱氮工艺（CANON）在限氧的条件下，利,13,从上面反应式中看出，大部分的,N,都转变成,N,2,，也有少量的,N,转变为,NO,3,-,。,当反应器里的溶解氧（DO）浓度达到0.5mg/L时，氨化作用不受影响，但亚硝化作用受到强烈抑制。,生物膜内自养脱氮工艺适用于污水生物脱氮尤其是低有机物高氮废水。由于该工艺过程微生物是完全自养的，所以不需要外加碳源。另外，在整个脱氮过程中也不需要通风曝气，节约能耗。相对于传统脱氮工艺，该工艺的耗氧量降低63%。,从上面反应式中看出，大部分的N都转变成N2，也有少量的N转变,14,5,、总结：,新型脱氮工艺与传统脱氮工艺比较,5、总结：新型脱氮工艺与传统脱氮工艺比较,15,三、其他生物脱氮新技术简介,1、De-ammonification（反氨化)工艺,一种适用于处理高浓度含氮废水的新工艺。通过控制供氧，使该工艺中氨转化为氮气的过程不需要按化学计量式来消耗电子供体。这一过程被称为,好氧反氨化工艺,（,aerobic de-ammonification,）。,Binswangrer,等报道利用生物转盘反应器，通过硝化,-,反硝化工艺去除高浓度,NH,4,+,废水中的氮，结果表明：当表面负荷率为,2.05gN/(m,2,.d),时，去除速率达,90250gN/(m,2,.d),。不需添加任何可生物降解的有机碳化合物。总的来说，,De-ammonification,工艺目前还不成熟，尚未实现可行的工程应用。,1、De-ammonif