污水脱氮原理_罗茨风机

污水脱氮原理：废水处理中生物脱氮基本反应原理分析

　　北极星环保网讯:进行生物脱氮可分为氨化－硝化－反硝化三个步骤。由于氨化反应速度很快，在一般废水处理设施中均能完成，故生物脱氮的关键在于硝化和反硝化。生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和NH3-N转化为N2和NxO气体的过程。

　　废水中存在着有机氮、NH3-N、NOx－-N等形式的氮，而其中以NH3-N和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成NH3-N，而后经硝化过程转化变为NOx－-N，最后通过反硝化作用使NOx－-N转化成N2，而逸入大气。

　　1.氨化作用

　　氨化作用是指将有机氮化合物转化为NH3-N的过程，也称为矿化作用。参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨[2]。例如氨基酸生成酮酸和氨：

　　另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们是好氧菌，其反应式如下：

　　在厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。

　　2.硝化作用

　　硝化作用是指将NH3-N氧化为NOx－-N的生物化学反应，这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。该反应历程为：

　　亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌[22]。发生硝化反应时细菌分别从氧化NH3-N和NO2－-N的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如CO32－、HCO－、CO2等。假定细胞的组成为C5H7NO2，则硝化菌合成的化学计量关系可表示为：

　　由上式可以看出硝化过程的三个重要特征：

　　⑴NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；

　　⑵硝化过程细胞产率非常低，难以维持较高物质浓度，特别是在低温的冬季；

　　⑶硝化过程中产生大量的质子（H+），为了使反应能顺利进行，需要大量的碱中和，理论上大约为每氧化1g的NH3-N需要碱度5.57g(以NaCO3计)。

　　3.反硝化作用

　　反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件下，NOx―-N及其它氮氧化物被用作电子受体被还原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应，这个过程由反硝化菌完成。反应历程为：

　　可以是任何能提供电子，且能还原NOx―-N为氮气的物质，包括有机物、硫化物、H+等。进行这类反应的细菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。有分子氧存在时，利用O2作为最终电子受体，氧化有机物，进行呼吸；无分子氧存在时，利用NOx―-N进行呼吸。研究表明，这种利用分子氧和NOx―-N之间的转换很容易进行，即使频繁交换也不会抑制反硝化的进行。

　　大多数反硝化菌能进行反硝化的同时将NOx―-N同化为NH3-N而供给细胞合成之用，这也就是所谓同化反硝化。只有当NOx―-N作为反硝化菌唯一可利用的氨源时NOx―-N同化代谢才可能发生。如果废水中同时存在NH3-N，反硝化菌有限地利用NH3-N进行合成。

　　4.同化作用

　　在生物脱氮过程中，废水中的一部分氮（NH3-N或有机氮）被同化为异养生物细胞的组成部分。微生物细胞采用C60H87O23N12P来表示，按细胞的干重量计算，微生物细胞中氮含量约为12.5%。虽然微生物的内源呼吸和溶胞作用会使一部分细胞的氮又以有机氮和NH3-N形式回到废水中，但仍存在于微生物的细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二沉池中得以从废水中去除。

污水脱氮原理：污水处理中几种常见的脱氮方法

　　氨氮污水水体会造成水体黑臭，给水处理的难度和成本加大，甚至对人群及生物产生毒害作用，那么有什么好的氨氮污水处理方法呢？氨氮去除剂是污水处理中去除废水中氨氮的一类药剂总称，属于一种环保处理剂，特别对于中低浓度的氨氮废水去除效果很好。氨氮去除剂氨氮去除剂主要有两类，一类是化学药剂，另一类是微生物药剂。一般情况下在污水处理中所说的氨氮去除剂为化学药剂。氨氮去除剂适合用于各类工业废水，包括印刷、机械、表面处理、油漆涂料、造纸、食品等废水处理。废水中加入氨氮去除剂，不会产生沉淀物，分解物也不会重新结合。因为氨氮去除剂氧化性强，所以需要在生化后端加入，即生化池的清水池、沉淀池、过滤池等位置投加，一般在5-6分钟左右就会把氨氮降下来。另外氨氮去除剂对废水中的重金属离子也有一定的去除效果。

　　氨氮降解剂几种常见的脱氮方法：

　　1、物理蒸馏法物理蒸馏法基本原理：在非酸性条件下，游离氮从废水中化成气相被吹出，氨氮被去除的目的。对高浓度氨氮废水进行了吹脱处理，氨氮去除率达到96%以上。物理蒸馏法流程不复杂，操作容易，去除率不低，但是游离态的氨会对环境造成二次污染。由于物理蒸馏法过程要在非酸性条件下进行，消耗碱液多，成本比较高。

　　2、空气吹脱法空气吹脱法是使水作为不连续相与空气接触，利用水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异，使氨氮转移至气相而去除。氨吹脱法主要用于污水中含氨氮多的预处理，本方法的好处在于技术稳定，操作容易，控制简单。但存在二次污染问题。

　　3、化学沉淀方法化学沉淀方法是投加化学药剂到污水中，使之与溶解与污水中的污染物质发生化学反应，形成难溶解的盐类物质，并形成沉淀，达到水中溶解的污染物去除的方法。

　　4、离子交换法离子交换方法是指在表面上进行的离子交换反应。沸石作为离子交换法的交换树脂，沸石具有离子交换和吸附作用，分离出非离子氨与离子氨。氨氮去除剂使用说明：本品为白色颗粒粉末，溶解后呈混浊乳白液体，碱性。因溶解速度较慢，建议使用前先稀释成液体再投加，每投加100ppm(mg/L)氨氮去除剂，能去除大约8-12ppm氨氮值。

　　此药剂不产生任何副产物。无沉淀。适应PH值范围广，PH4-10都能使用。并能辅助脱色，投加后可直接排放。生活污水可生化性好，相对工业废水容易处理，但运行过程中也会存在一系列问题。生活污水出水氨氮升高很常见，之所以会出现这种情况原因有以下几点：

　　1.设备的老化我国城镇污水处理厂的兴建时间相对较早，在长期应用过程中，污水处理设备不断磨损老化，部分设备的损坏问题较为严重。随着城镇工业的不断发展，污水处理设备老化一方面会造成处理厂工作压力的增加，另一方面，也会限制处理厂污水处理的效率以及质量。

　　2.处理要求不断提高现阶段市政污水已被认为是向自然界中排放氮、磷的主要来源，水体中过量的氮和磷会导致水体富营养化，有学者对我国25个湖泊迚行调研，结果发现有52%的湖泊在2009~2010年处于富营养化状态。为了减轻河道水处理负担，提高整体水环境质量，我国对污水处理厂排水提出了新要求。目前大部分城市污水处理厂出水执行一级A标准，部分仍面临提标改造，出水要求甚至提升至地表水环境Ⅳ类标准。与于此同时我国社会经济发展迅猛，工业污水的排放量都在不断增大，污水处理厂的工作内容以及工作难度也不断增加。因此，处理需求与处理能力出现了严重的不平衡。

　　3.来水水质变化，污水收集与污水处理能力不协调市政污水为城市下水道系统收集到的各种污水，通常由生活污水、工业废水和城市降水径流等三部分组成，是一种混合污水。生活污水水质可生化醒性好，但处理过程中也存在一系列问题，例如：（1）进水中BOD、COD含量比设计值低，而氮、磷等指标则等于或高于设计值，从而增加污水脱氮除磷处理达标排放的难度。（2）工业废水中的夹带油污或有毒物质对城市污水处理厂的生物系统造成巨大影响，在极端情况下这些油污或有毒物质会使整个生物系统瘫痪，微生物菌种死亡，整个污水处理厂不得不重新培养活性污泥。（3）进水水质偏高，供氧与污泥脱水设备规格不能满足污水与污泥处理要求。其中垃圾渗滤液引入给城市污水处理厂运行所造成的影响需要重视。

污水脱氮原理：污水处理中的脱氮工艺原理及概略

　　废水中的氮通常以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等4种形状存在，生计污水中氮的存在办法是以有机氮和氨氮为主的，其间有机氮大约占到40％~50％，氨氮占50％~60％，通常情况下，生计污水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮含量很低，不跨过氨氮总量的1％。

　　氮的去掉办法主要有生物法和化学法两大类。生物法不但能去掉有机物，还能将污水中的有机氮和氨氮通过生物硝化和反硝化作用转化为氮气，结束从污水中去掉；而化学法通常只能去掉氨氮，且存在污水处理费用高，可能对环境构成负面影响以及再生办法（指离子沟通脱氮的丰满离子沟通剂）没有判定等难题，故当时仍以生物法较为有用。下面是生物脱氮的工艺原理。

　　废水的生物脱氮是在传统的二级生物处理将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化及反硝化细菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮并结束转化为氮气，然后抵达脱氮的目的的进程。生物脱氮通常包括以下几个时辰：

　　脱氮工艺概述

　　传统脱氮工艺

　　传统脱氮工艺可差异为生物脱氮和物理化学办法脱氮。在生物脱氮系统中，不但要去掉有机物，还要将污水中的有机氮和氨氮通过硝化—反硝化进程转化为氮气，结束从污水中去掉。物理化学脱氮办法不包括有机氮转化为氨氮和氨氮氧化为硝酸盐的进程，通常只能去掉氨氮。关于城市污水而言，通常来说生物脱氮的可行性和经济性要优于其他脱氮工艺。但在某些一起情况下，选用物理化学办法脱氮更适用。

　　物理化学脱氮办法

　　物理化学脱氮办法包括折点加氯法、空气吹脱法、选择性离子沟通法。

　　折点加氯法

　　折点加氯法脱氮是将氯气或次氯酸钠投入污水，将污水中NH4-N氧化成N2的化学脱氮工艺。氯投加于水中后与水中的氨氮发生如下反应：

　　空气吹脱法

　　空气吹脱法的原理是：污水中的氨氮存在着离解平衡：

　　，当水体pH值升高，水体中的氨氮向游离态氨转化。空气吹脱法选用跋涉污水pH值、重复构成水滴和通入许多循环空气以增加气水接触的办法来推进氨从水中向大气转移。

　　选择性离子沟通法

　　选择性离子沟通法是运用离子沟通树脂对各种离子所表现的不一样的亲和力或选择性，以沸石为材料，去掉水中的离子态氨，对污水进行除氨氮处理阳离子沟通树脂的离子沟通反应可用下式标明：

　　由沸石对离子沟通的选择沟通次第表可知沸石对氨离子有较高的选择性。

污水脱氮原理：污水生物脱氮除原理及工艺.ppt

　　二、生物除磷过程的影响因素 ①溶解氧： l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在； l好氧池内：充足的溶解氧。 ②污泥龄： l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果； l有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。 ③温度： l 5~30?C； 二、生物除磷过程的影响因素 ④pH值： l 6~8。 ⑤BOD5负荷： l BOD/TP > 20； l 小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强； l 磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。 ⑥硝态氮 l 硝酸盐应小于2mg/l；当COD/TKN ? 10，硝酸盐的影响就减弱了。 ⑦氧化还原电位： l好氧区的ORP: + 40~50mV；缺氧区的ORP: -160~? 5mV 第四节 废水生物脱氮工艺与技术 一、活性污泥法脱氮传统工艺 二、缺氧—好氧活性污泥法生物脱氮系统（A—O工艺） 三、氧化沟生物脱氮工艺 四、生物转盘生物脱氮工艺 一、活性污泥法脱氮传统工艺 1、三级活性污泥法流程： ①碳化： ②氨化： 1、三级活性污泥法流程： 由Barth首先开创； 三级各自具有独立的污泥系统； 优点： 氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底； 缺点： 处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。 2、两级活性污泥法脱氮工艺 二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺） ——又称“前置式反硝化生物脱氮系统” 二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺） 优点： 以污水中有机物为反硝化碳源，无须外加 在反硝化反应过程中产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右； 硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。 缺点： 出水中含有一定浓度硝酸氮，有可能在二沉池中进行反硝化，造成污泥上浮 三、氧化沟生物脱氮工艺 四、生物转盘硝化脱氮工艺 进 水 BOD去除 好氧碳化及硝化 缺氧 脱氮 好氧 第五节 废水生物除磷工艺与技术 厌氧—好氧生物除磷工艺 生物法与化学法结合的除磷工艺 一、厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺) 一、厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺) 工艺特点： 水力停留时间为3~6h； 曝气池内的污泥浓度一般在2700~3000mg/l； 磷的去除效果好（~70%），出水中磷的含量低于1mg/l； 污泥中的磷含量约为4%，肥效好； SVI小于100，易沉淀，不易膨胀。 二、Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合 二、Phostrip除磷工艺 工艺特点： 除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l； 污泥的含磷量高，一般为2.1~7.1%； 石灰用量较低； 污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。 第六节 同步脱氮除磷工艺 一、巴颠甫(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺 工艺特点： 各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能； 脱氮除磷的效果良好。 工艺复杂,反应器单元多,运行繁琐,成本高 二、A—A—O(A2/O)同步脱氮除磷工艺 工艺特点： 工艺流程比较简单；总的水力停留时间短 厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生； 无需投药，两个A段只需轻缓搅拌, 只有O段供氧, 运行费用低。 进水 沉淀池 厌氧池 缺氧池 好氧池 剩余污泥 出水 内回流 污泥回流 进 气 管 二、A—A—O同步脱氮除磷工艺参数 ? 水力停留时间 （h） 厌氧反应器 0.5~1.0 缺氧反应器 0.5~1.0 好氧反应器 3.5~6.0 污泥回流比(%) 50~100 混合液内循环回流比(%) 100~300 混合液悬浮固体浓度(mg/l) 3000~5000 F/M(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.15~0.7 好氧反应器内DO浓度(mg/l) ?2 BOD5/P 5~15(以?10为宜) 三、Phoredox同步脱氮除磷工艺 工艺特点： 在缺氧反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。 四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素 1. 脱氮除磷工艺及功能表 2. 脱氮除磷活性污泥法的影响因素 环境因素，如温度、pH、溶解氧。 工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间。 污水成分，如BOD5与N、P的比值。 进水磷浓度为10mg/L时，SRT和BODL的去除率对出水磷浓度的影响： BODL的去除量/ （mg

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