污水脱氮除磷研究新进展课件.pptx

1、污水脱氮除磷研究的新进污水脱氮除磷研究的新进展展-短程反硝短程反硝化化+厌氧氨氧化厌氧氨氧化彭永臻、操沈彬、杜睿彭永臻、操沈彬、杜睿北京工业大学北京工业大学2016年4月目录目录123研究背景研究背景短程反硝化的提短程反硝化的提出出 短程反硝化的实现及其微生物种群富集短程反硝化的实现及其微生物种群富集 短程反硝化短程反硝化 +厌氧氨氧化工艺与技术厌氧氨氧化工艺与技术 4应用前景应用前景2污污 水水 处处 理理 脱脱 氮氮 除除 磷磷 技技 术术新型脱氮除磷技术的研究开新型脱氮除磷技术的研究开发发，是，是实实现现 达标排放达标排放和和节能降耗节能降耗的重要基础的重要基础重点、难点重点、难点除磷除

2、磷脱氮脱氮生物法生物法化学法化学法生物法生物法1. 研究背景研究背景短程反硝化的提短程反硝化的提出出3是迄今最高效与节能的脱氮方式是迄今最高效与节能的脱氮方式传传统统生物生物脱氮脱氮NH4+ + NO2-优势：优势：N2厌氧厌氧氨氧氨氧化化菌菌 自养脱氮，自养脱氮，无需无需外外碳源；碳源； 比传统脱氮比传统脱氮节节省省60%曝曝气气量；量； 污泥产量低；污泥产量低； 氮的去除负氮的去除负荷高。荷高。(NO3 )-厌氧厌氧氨氧氨氧化化厌氧氨厌氧氨氧化氧化工程工程化化关键技关键技术术之一之一：NO2 -N的来源的来源-厌氧氨氧化（厌氧氨氧化（Anammox）4高效处理含硝酸盐废水是一项值高效处理含

3、硝酸盐废水是一项值得得研究研究的的课题：课题：基于基于NO3-NO2的的短程短程反反硝化硝化+厌厌氧氧氨氧化氨氧化是是最佳选最佳选择择。1. 研究背景研究背景短程反硝化的提短程反硝化的提出出3个问题的提出个问题的提出: 含高浓度含高浓度NO3- 的化肥、冶金、化工等工业废水处理问的化肥、冶金、化工等工业废水处理问题题：某些冶金废水不仅没有有机物，而且NO3 5000mg/L。 城市污水处理厂出水城市污水处理厂出水NO3- -N超标问题：超标问题：二级处理后的出水中经常出现NO3 -N20mg/L。 厌氧氨氧化工艺出水剩厌氧氨氧化工艺出水剩余余NO3-的问题：的问题：自身产生NO3 -N占占11

4、%，特别是高氨氮污水处理后出水， 如， 垃圾渗滤液、制药废水、污泥厌氧消化液等。-5传统传统生生物物脱脱氮氮NH4+NO2-NO3-NO2-N2硝化硝化反硝化反硝化O2有机 碳源氨氧化菌亚硝酸盐氧化菌反硝化细菌A反硝化细菌B短程硝短程硝化化脱氮新脱氮新技术技术好氧缺氧NO3-NO2-NO2-ONH4+NH4+NO2-NNOO23-NON-22N2-2有机物有机物短程硝化的局限短程硝化的局限短程硝化反硝短程硝化反硝化能化能从从3各方面节能各方面节能降降耗耗； 短程硝化短程硝化是是厌厌氧氨氧氨氧氧化（化（自自养养脱脱氮氮）的的必必要条要条件件；但短程硝化、厌氧氨氧化对含硝酸盐（但短程硝化、厌氧氨氧

5、化对含硝酸盐（NO3- ）污）污水水处理却都无能为力。处理却都无能为力。 短程生短程生物脱氮的理论与技术已经物脱氮的理论与技术已经 成为当前成为当前研究和应用的热点。研究和应用的热点。1. 研究背景研究背景短程反硝化的提短程反硝化的提出出NO3-NO2-N 2传统传统反硝化反硝化NO3-NO2-NON2ON 21. 研究背景研究背景短程反硝化的提出短程反硝化的提出短程短程反硝化反硝化短程反硝化的诱导因素短程反硝化的诱导因素微生物种微生物种群、碳源类型群、碳源类型、C/N、pH等因素，导致反硝等因素，导致反硝 化过程化过程出现不同程度的亚硝积累现象。出现不同程度的亚硝积累现象。8目录目录2短程反

6、硝化的实现及其短程反硝化的实现及其微微生物生物种种群富集群富集9结果结果1：短程反硝化的短程反硝化的发现与稳定维持发现与稳定维持1.反硝化生物膜反硝化生物膜2.厌厌/缺缺/好氧好氧污泥污泥3. 发酵耦合反硝化发酵耦合反硝化污泥污泥发现：发现：前两前两种污泥种污泥都都存存在短暂在短暂NO2N积累。积累。 发酵发酵耦合反耦合反硝硝化化污污泥泥: : 具有最具有最高高N NO O2 2积累积累率率（80%）; ; NO3耗耗尽时尽时NO2 积累积累达达到峰值。到峰值。三种污水处理活性污泥反硝化试三种污水处理活性污泥反硝化试验验Achieving partial denitrification wit

7、h sludge fermentation liquid as carbon source: The effect of seeding sludge. .Bioresource Technology. 149 (2013) 570574. SCI 一区一区10结果结果1：短程反硝化的短程反硝化的发现与稳定维持发现与稳定维持0102030405060时间 (d)708090 100 110010203040NO -N inatial3-NO -N eff2NAR-NO -N eff3NO -NX(mg/L)80%020406080100亚硝酸盐积累率(%) SBR中中接种高接种高亚亚硝酸积累硝

8、酸积累特性特性污泥污泥； 在长达在长达108天天运运行行过程过程中中实实 现稳定的短现稳定的短程反程反硝硝化。化。 连续流连续流中中成功成功实实现现NO2 转转-化率化率90%以上以上； 200天运行中天运行中稳稳定定维维持持。连续流中成连续流中成功实功实现现并维持并维持SBR中实现稳定中实现稳定维持维持0.0550.0000020406080100 120 140 160 180 200时间(天)NO -NNO -NNTR (%)T（320.100.150.200.250.300.35比反硝化活性 (g N gVSS h )-1 -120406080100温度()亚硝酸盐转化率 (%)转化转

9、化率率 = 90%1015202530）Nitrite production in a partial denitrifying upflow sludge bed (USB) reactor equipped with gas automatic circulation (GAC).Water Research. 90 (2016) 309316.11 发现发现短程反硝化特性短程反硝化特性菌群菌群04080120 160 200 240 280 320 360020406080100时间 （min）亚硝酸盐积累率 (%)SCOD/NO -N =13SCOD/NO -N =23-SCOD/NO

10、 -N =33-SCOD/NO -N =43菌群具有优先还原菌群具有优先还原NO3 特性：特性： NO3-存在时存在时，NO2-还还原能力原能力很弱，很弱，产生较产生较高高NO2- 积累；积累； NO3-耗尽后耗尽后， NO2-以较低速以较低速率被还率被还原；原； NO2-积累受碳氮比影响很小。积累受碳氮比影响很小。-结果结果2：短程反硝化特性菌群短程反硝化特性菌群的的优选优选和富集和富集12 实现实现短程反硝化菌的短程反硝化菌的富集富集富集后富集后300天的稳定运行：天的稳定运行： 短程短程反硝反硝化化效果效果稳稳定维定维持持， 高高NO2-积累积累特特性未性未退退化；化； 实现实现短程短程

11、反反硝化硝化的的功能功能菌菌Thauera菌属菌属比比例高达例高达 67%； 不同不同碳源碳源和和进水进水水水质条质条件件下下 均达均达到到稳稳定定维持维持。Mechanisms and microbial structure of partial denitrification withhigh nitrite accumulation .Applied Microbiology and Biotechnology (2015)DOI: 10.1007/s00253-015-7052-913NO3-NO2-5.降低运行费用降低运行费用1.提高厌氧氨氧化提高厌氧氨氧化 脱氮效率脱氮效率4.减少

12、碳源需求减少碳源需求2.处理硝酸盐废水处理硝酸盐废水6. 操控简单，运行稳定操控简单，运行稳定短程反硝化的短程反硝化的科学与工科学与工程程意意义义14目录目录3短程反硝化短程反硝化+厌氧氨氧化厌氧氨氧化工工艺与艺与技技术术15应用范围应用范围: 城市城市污污水水+ +含含高硝高硝酸酸盐盐工工业废业废水水（如如化肥化肥废废水水、冶金冶金废废水水等等） 城市污水处理厂城市污水处理厂出水出水+ +城市城市污污水水结果结果3 ：短程反硝化短程反硝化+厌氧厌氧氨氨氧化氧化技技术术 工艺工艺1短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮CODNH4+-NNH +-N + 1.32NO -N N

13、 + 0.26NO -N 422 3NO3-N + e- (COD) NO2-N工艺原理：工艺原理：161780706050403020100TN infTN effNH -N infNH -N eff44NO -N inf3ANAMMOX (%)NO -N eff3氮素浓度（mg/L）阶段阶段 阶段 阶段 TN=10mg/LTN=5mg/L 0.2(a)NH -N / NO -N 比例43反硝化与厌氧氨氧化作用占TN去除比重(%)TN 去除率 (%)0.01000.40.60.81.01.2NH -N / NO -N4 302040时间(day)6080100020406080100(b)D

14、enitrification (%)707580859095TN removal efficiency (%)短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺脱短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺脱氮氮性能性能可行性验证：可行性验证： 厌氧氨氧化厌氧氨氧化菌与菌与反反硝化菌硝化菌 稳定共稳定共存存； 出出水水TN5mg/L ； 最最高高TN去除效去除效率率达到达到97%。C/N=2.5C/N=3C/N=3.5050100150200250时间 (天)3003504004505000306090120150180TN 浓度 (mg/L)Inf.TNEff.TN020406080100TN removal efficienc

15、yTN去除率 （%）短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统处短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统处理理生活污水（脱氮）生活污水（脱氮） 出水出水TN5mg/L，TN去去 除率达到除率达到95.8%； 进水中进水中97%的的氮氮通通过厌氧过厌氧 氨氧化过程氨氧化过程被去被去除除，比国，比国 内内外同外同类类报报道道高高3倍以上；倍以上； 系统中系统中短程反硝短程反硝化化功能菌功能菌(Thauera)比比例例达达到到26.3%。18生活生活污水污水+ NO3-N +乙酸乙酸钠，钠，NH4+-N=60, NO3-N=70mg/LC/N=23。污泥表观特性污泥表观特性污泥内部结构污泥内部结构短程反硝化短程反硝化在该耦合

16、反应器中的在该耦合反应器中的关关键键作用作用Feasibility of enhancing the DEnitrifying AMmonium OXidation (DEAMOX) process for nitrogen removal by seeding partial denitrification sludge .Chemosphere(2015) DOI: 10.1007/s00253-015-7052-919还原还原N NO O3 3- -和去除有机物和去除有机物为厌氧为厌氧氨氧化氨氧化提提供稳定供稳定基基质质NONO2 2- -对厌氧对厌氧氨氧化过程自身产氨氧化过程自身产生生

17、NONO3 3- -实现进一步去除，实现进一步去除，实现硝酸盐废水与氨氮废水的同步深度脱氮实现硝酸盐废水与氨氮废水的同步深度脱氮短短 程程 反反 硝硝 化化技技 术术 优优 势势长期运行稳定维持 反应时间短 过程控制简单 所需有机碳源少短短 程程 反反 硝硝 化化厌厌 氧氧 氨氨 氧氧 化化+ +短程反硝化短程反硝化+厌氧氨氧厌氧氨氧化化技术技术用用于污于污水水脱氮脱氮的的优优势势厌厌 氧氧 氨氨 氧氧 化化技技 术术 优优 势势曝气电耗60%95%50%90%200%20脱氮药剂 污泥产量 温室气体 脱氮负荷 工艺工艺2 厌氧氨氧化厌氧氨氧化+短程反硝短程反硝化化深度深度脱脱氮氮注：（注：（

18、1）第一步厌氧氨氧化）第一步厌氧氨氧化（2）第二步厌氧氨氧化）第二步厌氧氨氧化应用范围应用范围： 高氨氮废水高氨氮废水厌氧厌氧氨氨氧化氧化处处理后理后出出水（水（含含较较多多NO3- ）；）； 城市污水处城市污水处理厂理厂二二级处级处理理后出后出水水（含含NO3- ） 。21进水 NO2 -N NH4 -N(进水携带少量 溶解氧）-+工艺原理：工艺原理：厌氧氨氧化厌氧氨氧化SBR脱氮脱氮 厌厌氧氨氧氨氧氧化化SBR出出水水中含中含有有大大量量硝硝态态氮氮（进（进水水总总氮的氮的15%）；）；- 通过通过短程反短程反硝化，硝化， NO3 化化为为NO2 （转化率在（转化率在80%以以上上）； 短

19、程反硝化短程反硝化出水出水回回流到流到厌厌氧氨氧氨氧氧化反化反应应器实器实现现深度深度脱脱氮；氮； 进水总氮进水总氮150mg/L时，时，出出水水TN90%。短程反硝短程反硝化化SBR+短程反硝化短程反硝化+厌氧氨氧化工艺厌氧氨氧化工艺实实现深现深度度脱氮脱氮22目录目录4应应 用用 前前 景景23短程反硝化短程反硝化+厌氧氨氧化厌氧氨氧化工艺工艺技技术的术的开开发发处理对象处理对象1：工业废水含高工业废水含高NO -同时同时缺缺少少有机有机物物（有（有时时NO - -N5000mg/L）33工艺选择：工艺选择：少量高硝酸盐废水少量高硝酸盐废水与与大大量城量城市市污水污水合合并处并处理；理；

20、处理对象处理对象2：城市污水处理厂城市污水处理厂二级二级处处理的理的出出水水（NO3 -N20mg/L）-工艺选择：工艺选择：大量二级处理大量二级处理含含NO3 出水与出水与少量少量城城市污市污水水合并合并处处理；理； 处理对象处理对象3：高氨氮工业废水高氨氮工业废水的厌的厌氧氧氨氧氨氧化化处理处理后后的出的出水水（含（含较较多多NO3-）工艺选择：工艺选择：该含该含NO3 出水与该类原污水出水与该类原污水合并合并后后耦合耦合处处理。理。-处理工艺类型既可处理工艺类型既可SBR，又可考虑连续流。，又可考虑连续流。241. 微生物学微生物学2. 反应动力学反应动力学这两项这两项基础研基础研 究有利究有利于短程于短程 反硝化反硝化的机理的机理 与应用与应用问题问题3. 联合工艺联合工艺 开发开发为污水为污水脱氮达脱氮达 标排放标排放和处理和处理 厂节能厂节能降耗提降耗提 供可行供可行的技术的技术4. 实际工程实际工程应用应用针对不针对不同水同水 质，解质，解决城决城 市污水市污水处理处理 厂关键厂关键问题问题研研 究究 与与 应应 用用 展展 望望4. 应应 用用 前前 景景25谢谢 谢谢请请 指指 正正