水污染控制工程：第十二章 活性污泥法2-3

1、12.6 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计 12.7 二次沉淀池 12.8 活性污泥法处理系统的设计、运行与管理,第十二章 活性污泥法,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮原理： 1、氨化：溶解性有机氮化合物经微生物降解释放出氨的过程。 1）、水解脱氨作用，产生羟基羧酸和氨 在缺氧条件下，氨化菌（异养菌）将有机会氮化合物（蛋白质）、脂肪等）分解转化为有机酸和氨,脱氨基酶,异养厌氧菌,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,异养好氧菌,脱氨基酶,3）、还原脱氨作用，产生饱和酸和氨,异养厌氧菌,脱氨基酶,2）、氧化脱氨作用，产生酮酸和氨,2 、 硝化反应：氨氮在有氧存在的情况下

2、被微生物氧化为亚硝酸盐并进一步被氧化为硝酸盐的过程。 第一步由亚硝酸菌将氨氮(NH4和NH3)转化成亚硝酸盐(NO2-N)；第二步再由硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO-3N）。具体反应如下,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2 硝化反应 若考虑硝化细菌新细胞的合成，则反应式为,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,硝化反应过程中氮元素的转化过程如下：NH4NH2OH(羟胺）NOH（硝酰基）(NO2. NHOH)NO2-NO3- NH4氧化为NO2-经历了3个步骤6个电子变化，这说明亚硝酸菌的酶系统十分复杂，而硝化反应只经历了1步和2个电子变化，相对简单些,第六节 脱氮、除磷活性污

3、泥法工艺及其设计,将两式合并，得,3 反硝化作用(脱氮反应) 生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3-N和亚硝态氮NO2-N，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。具体反应如下：NO2-3H1/2N2H2OOHNO3-5H1/2N22H2OOH 反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用完成的。同化作用是NO2-和NO3-被还原成NH3-N，用于新细胞的合成。异化作用是NO2-和NO3-被还原成N2,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,二、 生物脱氮工艺 （一）1 、三段生物脱氮工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥

4、法工艺及其设计,有机废水进入系统后，首先在第1级曝气池中进行好氧分解，其主要功能是氨化，使有机氮转化为NH3、NH4+ 去除BOD、 COD。 BOD5值可降至15-20mg/L 。经沉淀后，进入第2级硝化曝气池，使NH4+N氧化为NO3-N (硝化)，此级的硝化过程消耗碱度，使pH值下降，影响硝化反应的速度，因此要投加碱防止pH值下降。经沉淀后，进入第3级反硝化反应器，第3级需维持缺氧状态，不曝气，采用搅拌使污泥处于悬浮状态并与污水保持良好的混合。由于第3级中的反硝化菌是异氧型兼性菌，需有机物作为碳源，可投加甲醇CH3OH，也可引入原污水,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,二段生物脱

5、氮工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2、后置缺氧-好氧生物脱氮工艺,3、 前置缺氧好氧生物脱氮工艺 该工艺不需设中沉池和投加碳源，在反硝化后回收部分碱度，同时降解部分有机物，对好氧段有利，减少供氧量，并有利于难降解有机物降解,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,4、Bardenpho生物脱氮工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,5、同步硝化反硝化（SNDN）过程,同步硝化反硝化过程是指在没有明显独立设置缺氧区的活性污泥法处理系统内总氮被大量去除的过程。 对同步硝化反硝化过程的机理解

6、释主要是以下三个方面,1）反应器DO分布不均理论：该理论认为在反应器的内部，由于充氧不均衡，混合不均匀，形成反应器内部不同部分的缺氧区和好氧区，分别为反硝化菌和硝化菌的作用提供了优势环境，造成事实上硝化和反硝化作用的同时进行。除了反应器不同空间上的 DO不均外，反应器在不同时间点上的DO变化也可认为是同步硝化反硝化过程,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,5、同步硝化反硝化（SNDN）过程,左图是一种氧化沟处理系统,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2）缺氧微环境理论,基本观点：在活性污泥的絮体中，从絮体表面至其内核的不同层次上，由于氧传递的限制原因，氧的浓度分布是不均匀的，微生

7、物絮体外表面氧的浓度较高，内层浓度较低。在生物絮体颗粒尺寸足够大的情况下，可以在菌胶团内部形成缺氧区,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3）微生物学解释,传统理论认为硝化反应只能由自养菌完成，反硝化只能在缺氧条件下进行，有研究已经证实存在好氧反硝化菌和异养硝化菌。在好氧条件下很多反硝化菌可以进行硝化作用。在低浓度氧状态下，一些硝化菌可以进行反硝化作用；同样，发现许多异养反硝化菌也能完成氨氮的硝化过程,1、 硝化反应的条件与工艺参数1）微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。2） 碳氮比：C/N3或=2.863） DO：根据反应方程式：1摩尔氨氮转化成NO3，需2mol分子氧，即需要O24.

8、57g(硝化需氧量)，在曝气池中DO须维持在1.52.0mg/L,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,二）生物过程的影响因素,4）pH：高硝化速度出现在pH=7.8-8.4，当pH6或9时，硝化反应将停止；生活污水pH值稳定，要维持pH稳定，必须要有足够的碱度，每硝化1gN，需碱度7.1g,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,5）水温（t）：适应温度30-35，当t10以下（准确应是8以下时），硝化作用迅速降低,6） 泥龄（c）：c15d，最好2036d（若温度达40左右，减少泥龄，1015d 左右可实现短程反硝化）。7） 回流比(R)：R100200%,否则能耗大， 效果提高也不

9、明显。8） 水力停留时间（HRT）：3.56h,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2 反硝化的影响因素温度、溶解氧、pH、碳源有机物、C/N比和有毒物质。1） 微生物：反硝化细菌（异养菌）。2）BOD/N比：BOD/N3。3）DO0.5mg/L。4） pH值：适宜pH为6.57.5，过高过低（8或6）都将受到影响。5）温度：适宜20-38，当t15明显下降、3停止。6） HRT：由于反硝化速度快，510min基本完成，30min能达到85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT11.5h,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,四、生物脱氮工艺

10、过程设计-以前置缺氧/好氧生物脱氮工艺为例,1、缺氧区容积设计,NNOr缺氧池去除的硝酸盐，g/d； Vn缺氧区池体容积，m3； Kde反硝化速率常数，gNO3-N/（gMLVSSd）； Xv混合液挥发性悬浮固体浓度，g/m3,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,式中,Vn缺氧区池体容积，m3； Q生物脱氮系统设计污水流量，m3/d； Nk生物脱氮系统进水总凯氏氮浓度，g/m3； Nte生物脱氮系统出水总氮浓度，g/m3； Kde反硝化速率常数，gNO3-N/（gMLVSSd）； Xv排出生物脱氮系统的剩余污泥量，gMLVSS/d,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,反硝化速率常数

11、的影响因素,反硝化速率的影响因素很多，一个重要的因素是为还原硝酸盐提供足够量的电子供体所需要的碳源及碳源品质。其次是反应区温度等影响因素，故工程设计过程中最好通过试验研究确定系统的反硝化速率,对于一般城镇污水，没有试验资料时，前置反硝化系统利用原污水碳源作为电子供体时，在20情况下，Kde值可取0.030.06gNO3N/(gMLVSSd)；对于没有外碳源的后置反硝化系统Kde值可取0.010.03gNO3-N/(gMLVSSd,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,反硝化速率常数的影响因素,反硝化速率常数与缺氧区的有机负荷（F/M）联系进行修正,对于温度的影响，可用下式修正,第六节 脱氮

12、、除磷活性污泥法工艺及其设计,2、好氧区容积计算,式中：n硝化菌比生长速率，d-1； nm硝化菌最大比生长速率，d-1； Na氨氮浓度，g/m3； Kn硝化作用中半速率常数，g/m3； Kdn硝化菌的内源代谢系数，d-1； DO硝化反应池中溶解氧浓度，g/m3； Ko溶解氧影响的开关系数，g/m3,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,硝化反应池中DO浓度一般足够高， ，如果再忽略硝化菌的内源代谢作用，则,硝化菌比生长速率同样受温度影响，15 时硝化菌的最大比生长速率为0.47d-1，硝化菌比生长速率与温度的关系可表示为,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,式中：n（T）T 时硝化菌

13、比生长速率，d-1； T设计计算温度,根据硝化菌的比生长速率可以确定好氧硝化区的污泥泥龄,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,式中：co考虑硝化菌正常生长时的好氧区污泥龄； F污泥泥龄设计安全系数，可根据进水峰值总凯氏氮（TKN）浓度/TKN平均浓度确定，一般取1.52.5。 则好氧硝化区的容积根据下式确定,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,去除BOD5及氨氮的硝化反应过程的总需氧量,3、需氧量计算,式中：O2有机物降解和氨氮硝化需氧量，g/d； Q设计污水流量，m3/d； S0曝气池进水的平均BOD5浓度，g/m3； Se曝气池出水的平均BOD5浓度，g/m3； Xv系统每天排

14、除的剩余污泥量，g/d； 4.57氨氮的氧当量系数； Nk进水总凯氏氮浓度，g/m3； Nke出水总凯氏氮浓度，g/m3,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,在前置反硝化工艺中，总需氧量为,式中：O2生物脱氮系统总需氧量，g/d； Q设计污水流量，m3/d； 2.86单位硝酸盐还原提供的氧当量； Nt进水总氮浓度，g/m3； Nk进水总凯氏氮浓度，g/m3； Nke出水总凯氏氮浓度，g/m3； Noe出水总硝态氮浓度，g/m3,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,4、混合液回流量,可以通过系统氮的平衡来确定曝气池中产生多少硝酸盐的量及需要多大的混合液回流比才能满足出水硝酸盐浓度要求

15、。根据物料衡算： 好氧区产生的硝酸盐量内回流中的硝酸盐污泥回流硝酸盐出水中含的硝酸盐,式中：Ri内回流比（混合液回流比） R污泥回流比,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,左图给出了一定的NNO浓度，在污泥回流比R0.5时，内回流比Ri对出水NO3N的影响,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,5、碱度平衡,氨氮硝化过程要消耗碱度，前置反硝化过程可以补充约50的碱度。如果进水中碱度不足，影响硝化的进行，使出水的氨氮浓度偏高。必要时在硝化池中补充碱度,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,三、生物除磷工艺（一）除磷方法概述1、使磷成为不溶性的固体沉淀物从污水中除去(化学法) 2、使

16、磷以溶解态被微生物同化，与微生物一起被分离出去，从而达到除磷的目的(生物法,化学法除磷（1） 铝盐除磷 Al3+ + PO43- AlPO4（2 ） 铁盐除磷Fe3+ + PO43- FePO4（3） 石灰混凝除磷5Ca2+ + OH- + 3PO43- Ca5(OH)(PO4)3,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,二）生物除磷的机理生物超量积磷过程 生物除磷是一个由特异储磷微生物（PAOs，也称为聚磷菌）生长进行的复杂过程。包括厌氧区进行磷的释放和好氧区进行磷的超量摄取过程。1、厌氧区磷的释放 在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧环境条件下，兼性细菌通过发酵作用将溶解性BOD转化为VFAs

17、(低分子发酵产物挥发性有机酸)。PAOs聚磷菌吸收这些或来自原污水的VFAs，并将其运送到细胞内，同化成胞内磷源储存物（PHB：聚-羟基丁酸酯，PHAs：其他聚-羟基羧酸），所需的能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵解，并导致磷酸盐的释放,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2、好氧区磷的吸收： 聚磷菌对磷的过量摄取 在好氧区，聚磷菌的活力得到恢复，并以聚磷的形式存储超出生长需要的磷量，通过PHB/PHAs的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式捕积存储，磷酸盐从液相去除。产生的富磷污泥（新的聚磷菌细胞），将在后面的操作单元中通过剩余污泥的形式得到排放，从而

18、将磷从系统中除去,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,在好氧条件下，聚磷菌进行有氧呼吸，不断分解其细胞内储存的有机物，其释放的能量为ADP获得并结合正磷酸生成ATP，而利用的H3PO4基本上是通过主动运输从外部环境摄入细胞内的，除用于合成ATP外，其余被用于合成聚磷酸盐。从而出现磷过量摄取(luxury uptake)的现象。 从能量角度来看，聚磷菌在厌氧状态下释放磷获取能量以吸收废水中溶解性有机物，在好氧状态下降解吸收的溶解性有机物获取能量以吸收磷，在整个生物除磷过程中表现为PHB的合成和分解,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3、几个关系1）、磷的厌氧释放与好氧吸收之间的关系

19、 好氧吸收磷的前提条件是混合液必须经过磷的厌氧释放，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷能力。磷的厌氧释放可分成两部分：有效释放：指磷被释放的同时有机物被吸收到细胞内并在细胞内贮存，即磷的释放是有机物吸收转化和贮存这一耗能过程的偶联过程,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,无效释放：不伴随有机物的吸收和贮存，如内源损耗，pH变化，毒物作用引起的磷的释放均属无效释放。 在除磷系统的厌氧区中，含聚磷菌的回流污泥与污水混合后，经过2h的厌氧后，磷的有效释放已甚微。在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在良好的相关性。即每厌氧释放1mg P，好氧条件可吸收2.02.4mg P

20、。厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放每1mg P所产生的好氧吸磷能力将从2.4mg P 降到1mg P ，甚至下降到0.5mg P。 磷的吸收对磷释放也有影响，磷吸收完成得越彻底，聚磷量越大，相应地厌氧状态下磷的有效释放也越有保证,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2 ）、碳能源储存物（PHB）合成和分解的关系 从生物除磷的机理解释可知，PHB 的合成和降解，作为一种能量储存和降解过程，在聚磷菌的摄磷和释磷过程中起着十分重要的作用。正是因为聚磷菌在厌氧好氧交替进行的系统中有释磷和摄磷的作用，才使得它与其他微生物的竞争取得优势，从而使除磷作用得以进行，聚磷菌如何在竞争中取得优势

21、呢,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,其原因就在于聚磷菌在厌氧条件下能够将其体内储存的聚磷酸盐分解，以提供能量摄取废水中溶解性有机基质合成并储存PHB，而其他微生物可利用的基质减少，从而不能很好地生长。而在好氧阶段，由于聚磷菌的高能过量摄磷作用，使得活性污泥中其他微生物得不到足够的磷酸盐，也会使聚磷菌得到优势,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3 ）、生物除磷系统中的微生物 对于废水生物除磷工艺中的聚磷菌，早期的研究认为主要是不动杆菌，而且前有的研究认为是单细胞菌属和气单胞菌属才是生物除磷起主要作用的聚磷菌。但在生产性生物处理系统中不动杆菌储存聚磷菌的能力最强，分离出的细菌中不

22、动细菌数量居多,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,Osborn等人在硝酸盐异化还原过程中观测到了磷的快速吸收现象，这表明某些反硝化菌也能超量吸收磷。另外，在生物除磷过程中起重要作用的还有发酵产酸菌，其和聚磷菌在除磷方面的作用是密不可分的，只有发酵产酸菌将废水中的大分子物质降解为低分子脂肪酸类有机基质，聚磷菌才能加以利用合成PHB或通过PHB的分解来过量的摄取磷,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,三） 生物除磷工艺1、 Ap/O工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,1）工艺特点 工艺流程简单，无混合液回流，其基建费用和运行费用较

23、低，同时厌氧池能保持良好的厌氧状态。在反应池内水力停留时间较短，一般为36h，其中厌氧池12h，好氧池24h。 沉淀污泥含磷率高，一般（2.54）左右，故污泥 效好。混合液的SVI100,易沉淀，不膨胀 BOD90；P（7080）；当P/BOD5比值高，剩余污泥产量小，使P难以提高。 沉淀池应及时排泥和污泥回流，否则聚磷菌在厌氧状态下，产生磷的释放，降低P。反应池内X=27003000 mg/L,2）影响因素1. DO：厌氧池DO（0.20.3 mg/L）0,NOX0,以保证严格的厌氧状态，好氧池：DO2mg/L。2. 厌氧池BOD5 /T-P（2030），否则P下降。3. 厌氧池NOX：因为

24、NOX会消耗水中有机物而抑制聚磷菌对磷的释放，继而影响在好氧条件下对磷的吸收。所以NOXN1.52 mg/L，不会影响除磷效果,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,4. 当污水中COD/TKN10时，则NOXN对生物除磷影响较小。5. 污泥龄s：因为A2/O工艺主要是通过排除富磷剩余污泥而去除磷的，所以除磷效果与排放剩余污泥量多少直接有关。 6. LS：LS较高，P较好，一般LS0.1KgBOD5/KgMLSSd,其P较高。7. 温度：530其除磷效果较好。13时，聚磷菌对磷的释放和摄取与温度无关。8. pH68，聚磷菌对磷的释放和摄取都比较稳定,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计

25、,2 、 Phostrip除磷工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,1）工艺流程 废水经曝气好氧池，去除BOD5和COD，并在好氧状态下过量地摄取磷。在二沉池中，含磷污泥与水分离，污泥一部分流至好氧池，另一部分流至厌氧除磷池，一部分高磷剩余污泥被排出系统。在厌氧除磷池中，回流污泥在好氧状态时过量摄取的磷在此得到充分释放，释放磷的回流污泥回流到好氧池。而除磷池流出的富磷上清液进入混凝沉淀池，投加石灰形成Ca3（PO4）2沉淀，通过排放含磷污泥去除磷,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2）工艺特点 该工艺将An/O工艺的厌氧段改造成类似于普通重力浓缩池的磷解吸池，部分回流污泥在磷

26、解吸池内厌氧放磷，污泥停留时间一般为512h，水力表面负荷应小于20m3/（m2d）。经浓缩后污泥进入好氧池，解磷池上清液含有高浓度磷（可高达100mg/L以上），将此上清液排入石灰混凝沉淀池进行化学处理生成磷酸钙沉淀，该含磷污泥可作为农业肥料，而混凝沉淀池出水应流入初沉池再进行处理。Phostrip工艺不仅通过高磷剩余污泥除磷，而且还通过化学沉淀除磷。该工艺具有生物除磷和化学除磷双重作用，所以Phostrip工艺具有高效脱氮除磷功能,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,Phostrip工艺比较适合于对现有工艺的改造，只需在污泥回流管线上增设少量小规模的处理单元即可，且在改造过程中不必中

27、断处理系统的正常运行。总之，Phostrip工艺受外界条件影响小，工艺操作灵活，脱氮除磷效果好且稳定。但该工艺流程复杂、运行管理麻烦、处理成本较高等缺点,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,四）、生物除磷的影响因素,1）溶解氧：两方面，一是必须在厌氧区中控制严格的厌氧条件，这直接关系到聚磷菌的生长状况，释磷能力及利用有机基质合成PHB的能力。由于DO的存在，一方面DO将作为最终电子受体而抑制厌氧菌的发酵产酸作用，妨碍磷的释放；另一方面会耗尽能快速降解的有机基质，从而减少了聚磷菌所需的脂肪酸产生量，造成生物除磷效果差,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工

28、艺及其设计,1）溶解氧：两方面，其次是在好氧区中要供给足够的溶解氧DO，以满足聚磷菌对其储存的PHB 进行降解，释放足够的能量供其过量摄取磷之需，有效地吸收废水中的磷。 一般厌氧区的DO应严格控制在0.2mg/L一下，而好氧区段的DO控制在2.03.0mg/L之间，保证大于2.0mg/L。这一点除对保证聚磷菌过量摄磷特别重要外，也可防止在二沉池及以后流程中聚磷菌体的磷因DO的不足而重新释放,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2、厌氧区硝态氮 氧化态氮激发回流污泥中脱氮菌的活力，而脱氮菌具有较高的繁殖速度和同化多种基质的能力，导致聚磷菌得不到足够的营养物而抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响在

29、好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。另一方面硝态氮的存在会被部分生物聚磷菌利用作为电子受体进行反硝化从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，从而抑制了聚磷菌的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。因此，氧化态氮的存在将严重影响系统的除磷效果。但在生产实际中不可避免地要有一些氧化氮进入厌氧段，只要尽量控制其进入量，有文献报道厌氧区内氧化氮的浓度低于1.5mg/L时，对磷的释放影响较小,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3 温度 生物除磷对温度的影响较小，在530的范围内都可以得到很好的除磷效果。但在低温时厌氧区的停留时间要更长一些，以保证发酵作用的完成及基质的吸收,第六节 脱氮、除磷活性污

30、泥法工艺及其设计,4、 pH值 不管是否存在外源基质，pH值降低时，在极短的时间内磷被大量地释放出来，pH值越低，释放速率和释放量越大；pH值升高时则出现磷的吸收，随后出现磷的释放，吸收量不大，吸收量和吸收速率随pH升高而升高。pH降低时出现磷的快速和大量释放，其原因可能是pH降低时导致细胞结构和功能的损坏，细胞内聚磷菌在酸性条件下被水解，从而导致快速的无效释放。pH升高时液相磷浓度下降的原因可能是产生了Ca3(PO4)2类沉淀，使一部分磷沉淀到菌胶团表面。试验证明：pH在68范围内时，磷的厌氧释放比较稳定,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,5、 BOD负荷和有机物性质 污水生物除磷工

31、艺中，厌氧段有机基质的种类、含量及其与微生物营养物质的比值是影响除磷效果的重要因素。 有机物性质： 不同有机物为基质时，磷的厌氧释放和好氧摄取是不同的。 1980年Siebritz等人提出磷的去除取决于快速COD(Sbs)浓度（或溶解性BOD5/滤过性BOD5/简称SBOD5）和厌氧污泥比值。这一发现得到了广泛的证实。许多研究者观测到磷的释放与厌氧区的Sbs密切相关,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,根据Gerbcr等人的研究和基质与除磷微生物混合后出现的响应方式把能诱导磷释放的基质划分成三类。这三类是：A类：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有机酸；B类：乙醇、柠檬酸、甲醇和葡萄糖 ； C类：

32、丁酸和乳酸等。其中A类基质诱导磷的释放速率较大；B类的基质必须在厌氧状态下转化成A类物质后才能被聚磷菌利用，从而诱发磷的释放，因此实际上B类基质诱导的释放速率主要取决于B类基质转化或A类基质的速率； C类基质能否引起磷的释放与污泥的微生物组成有关，有的则能，有的则不能。 所以分子量小的易降解有机酸易于被聚磷菌利用，将其体内储存的多聚磷酸盐分解释放出磷，诱导磷的释放的能力较强，而高分子难降解的有机物诱导磷的能力较弱,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,5 、BOD负荷和有机物性质 BOD负荷 厌氧阶段磷的释放越充分，好氧阶段磷的摄取量就越大。另一方面，聚磷菌在厌氧段释放磷所产生的能量主要用

33、于其吸收进水中低分子有机基质合成PHB储存在体内，以作为其在厌氧条件压抑环境下生存的基础。因此，进水中是否含有足够的有机质提供给聚磷菌合成PHB是关系到聚磷菌在厌氧条件下能否顺利生存的重要因素,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,一般认为，进水中BOD5/TP要大于15，才能保证聚磷菌有着足够的基质需求而获得良好的除磷效果；若能测得溶解性BOD5即SBOD5/TP大于20， 除磷效果将更为理想。为此，有时可以采用部分进水和省去初沉池的方法来获得除磷所需要的BOD负荷。 有文献报道，通过试验确定：BOD负荷在0.210.5KgBOD5/KgMLSSd之间时，磷的去除和有机物的去除都达到较好

34、的效果；BOD负荷在0.20KgBOD5/KgMLSSd以下时，除磷效果有所下降；BOD负荷在0.10KgBOD5/KgMLSSd以下时，除磷效果极差,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,6、污泥龄 由于生物除磷系统主要是通过排除剩余污泥去除磷的，因此剩余污泥量的多少将决定系统的脱磷效果。而泥龄的长短对污泥的摄磷作用及剩余污泥的排放量有着直接的影响。有资料表明，以除磷为目的的生物处理工艺污泥龄一般控制在3.57d,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,五）生物除磷工艺过程设计,1、厌氧区容积设计,VP厌氧区池体容积，m3； Q设计污水流量，m3/h； tP厌氧区水力停留时间，一般取1

35、2h,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,二）生物除磷工艺过程设计,2、好氧区容积设计,1、 A2/O工艺 A2/O工艺是Anaerobic/Anoxic/Oxic的间称，它是在A/O除磷工艺基础上增设了一个缺氧区，具有同步脱氮除磷的功能。 1）工艺流程：如图,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,四、生物同步脱氮除磷工艺,工艺说明：由图可知，A2/O工艺一般采用推流式活性污泥系统运行，污水与回流污泥(R=50100%)先进入厌氧池完全混合，经0.51h的厌氧分解后，混合液进入缺氧池，好氧池混合液(r=100300%)也通过内循环回流至缺氧池混合, 经0.51h的缺氧反应后，接着混合

36、液进入好氧池反应3.56.0h，进入沉淀池，上清夜为出水，富磷污泥通过剩余污泥排出系统,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2）、基本原理： A：厌氧区，兼性厌氧发酵细菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA，聚磷菌可将其体内存储的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分能量供给聚磷菌主动吸收环境中的VFA并以PHB的形式在其体内储存起来。 B：缺氧区，反硝化菌利用好氧区回流混合液带来的NO3-N，以及污水中可生物降解的有机物作碳源进行反硝化，达到同时降低BOD5与脱氮的目的,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,C：好氧区，聚磷菌在吸收，利用污水中残

37、余的可生物降解有机物的同时，主要是通过分解体内储存的PHB释放能量维持其生长繁殖。同时过量摄取环境中的溶解性磷，以聚磷的形式在体内储积起来，使出水中溶解性磷浓度达到最低。有机物经厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后，达到好氧区时浓度已相当低，这时有利于自养型硝化菌的生长繁殖，并通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐。其工艺的特性曲线为,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,NO3-N,NO3-N,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,如图所示：在厌氧区，废水中的BOD5 或COD有一定程度的下降，NH4+ -N浓度由于细胞的合成也有一些降低，但NO3-N含量基本不变，P的含量却由于聚磷

38、菌的释放而上升；在缺氧区，污水中有机物被反硝化菌利用而下降，NH4+ -N变化小，NO3-N因反硝化作用被还原成N2，浓度大幅度下降，P的变化不大；在好氧区，有机物由于好氧降解会继续减少，NH4+ -N和P的含量由于硝化和聚磷菌摄磷的作用，以较快的速率下降，NO3-N含量却因硝化作用而上升,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3）、工艺参数 （1）污水中可生物降解有机物的浓度会影响脱氮除磷的效果，厌氧段进水溶解性磷与溶解性BOD之比应小于0.06，才会有较好的除磷效果。废水COD/TKN8时，氮的总去除率可达80%，COD/TKN时，不宜采用生物脱氮。 （2）泥龄：一般为1520d。 （

39、3）DO：厌氧池小于0.2mg/L，缺氧池小于0.5mg/L,好氧池2mg/L左右。 （4）低浓度的城市污水采用该工艺时可取消初沉池,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3）、工艺参数 （5）硝化的总氮的污泥负荷率应小于0.05kgTN/（kgMLSSd），反硝化进水溶解性BOD5浓度与硝态氮浓度之比应大于4； （6）厌氧反应器的总磷的污泥负荷率应小于0.06kgTP/（kgMLSSd）； （7）沉淀池要防止发生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释放磷而降低出水水质和反硝化产生N2，恶化沉淀效果,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,4）、A2/O工艺脱氮和除磷功能的固有矛盾和对策 A2/

40、O工艺脱氮和除磷功能的固有矛盾就是聚磷菌、硝化菌和反硝化菌在碳源需求、泥龄、有机负荷上存在着矛盾和竞争，很难在同一系统中同时高效去除氮、磷。 （1）厌氧环境下反硝化与释磷对碳源有机物的竞争 此矛盾是最主要的，如果厌氧区存在较多的硝酸盐，反硝化菌会以碳源有机物为电子供体进行反硝化，消耗进水中的碳源有机物，影响聚磷菌合成PHB，进而影响后续的除磷。COD/TN比值至少为4.5,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,4）、A2/O工艺脱氮和除磷功能的固有矛盾和对策 （2）泥龄：硝化菌的世代时间长，约30天（冬天）；聚磷菌的世代时间短，约3天。 （3）污泥负荷与硝酸盐：回流污泥全部进入厌氧区，为了

41、维持较低的污泥负荷，要求有较大的回流比，方可保证系统有良好的硝化效果，但回流污泥也将大量的硝酸盐带入厌氧区,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,4）、A2/O工艺脱氮和除磷功能的固有矛盾和对策 研究者们进行了三个方面的工艺改进：一是针对碳源不足而采取的措施；二是解决硝酸盐干扰释磷问题而提出的工艺；三是随着反硝化除磷菌DPB的发现形成了以厌氧污泥中PHB为反硝化碳源的工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,2、Phoredox工艺 改良Bardenpho工艺 Phoredox(五段)工艺是Bardenpho(四段)脱氮工艺的改进型，其差别在于在第一个缺氧池前增加了一个厌氧池，工艺流程如图所示,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,3、UCT脱氮除磷工艺 UCT(University of Capetown)工艺是开普敦大学开发的一种类似于A2/O工艺的一种脱氮除磷工艺,第六节 脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计,改良的UCT工艺 为了使进入厌氧池的硝态氮量尽可能少，保证污泥具有良好的沉淀性能，Capetown大学又开发了改良型的UCT工艺，流程如图,4、SBR工艺 Sequencing B