第四章_生物脱氮除磷技术

1、水体中的氮及其危害-存在形式:有机氮：蛋白质、氨基酸、偶氮、重氮、腓、腺、缩尿等。无机氮：氮气、氨氮、硝态氮及亚硝态氮等。 如氮磷等排入水体引起水体富营养化；另外， 有毒有害的金属离子对环境也可能构成巨'大危害:-据报道，1992年我国共发生赤潮50次，造 成鱼类和其他生物大量死亡，对海洋渔业 资源造成极大的破坏。2012年全海域共发 现赤潮73次，累计面积7971平方公里。赤 潮发现次数为近五年最多。氨氮排入水体还会因硝化作用而耗去水体中大量的氧造成水体溶解氧下降o此外,饮用水中硝态氮超过10mg/L会引起婴儿的高铁血红蛋白症，即蓝婴病。、基本原理1 硝化作用硝化（亚硝化）细菌（化能

2、自养菌）,在中性或弱碱性环境，将NH3氧化成NO厂然后再氧化成N0从而产生一定能量;以CO?为碳源，合成细胞物质。2 反硝化作用在厌氧条件下，微生物还原硝酸盐为HN02、HNO、NHf、心等过程。包括:同化硝酸盐还原和异化硝酸盐还原作用。同化硝酸盐还原硝酸盐被还原成亚硝酸盐和氨, 氨被同化成氨基酸的过程。异化硝酸盐还原在微氧或无氧条件下，微生物 进行硝酸盐呼吸，被还原成亚硝酸盐、氨或气 态氮含氮有机物（蛋白质、尿素）细菌分解和水解生化系统中氮的循环+ 同化J氨氮一 有机氮（细菌细胞）一 有机氮（净生化） 硝化上自溶和自身氧化V硝化*反硝化硝态氨（回）育才氮气傀）亚硝态氨（no2o水中氮元素的形

3、态变化氧化还原态厌氧氨氧化细+30-3nh4+ + no2->N2 + 2H2O二、微生物脱氮工艺要使废水中的氮最终转化成氮气而从废水 中逸出，需要通过好氧硝化作用将氨氮转 化为硝态氮，然后在缺氧条件下反硝化脱氮。传统的脱氮工艺釆用先硝化、后反硝化的 工艺流程。1 A/0工艺一一缺氧/好氧工艺A/0工艺流程2氧化沟工艺进水世氧区缺氧区回流50%曝气沉淀池出水污泥剩余污泥曝气机- _转碟可用来处理城市废水和工业废水3 桥本0/A工艺工艺流程简单，在缺氧池后设一后曝气池，可 除残余的有机物和吹脱污泥上的氮气泡。缺点：缺氧池出水中氮的形态为氨态氮，并且 旁路流入缺氧池提供反硝化碳源的废水流量不

4、易控 制。桥本0/A工艺流程4Bardenpho 工艺400%凰汛进水400%凰汛进水出水出水抗淀池抗淀池捌余芳泥捌余芳泥三、影响因素 1-pH硝化反应消耗碱，若污水中没有足够碱 度，则随着硝化的进行，pH会急剧下降，硝 化细菌对DH十分敏感；脱氮过程中，通常硝化段运行的pH控制在7.28.2,反硝化段pH控制在7.59.2。 2 温度两类硝化细菌的最适宜温度为30°C左右, 温度在535°C由低到高逐渐上升时，硝化反 应将随温度的增高而加快，当温度低于5°C硝 化反应几乎停止；反硝化作用温度范围在1535°C之间， 温度低于10°C,反硝化速

5、率明显下降，低于 3°C,反硝化作用停止。 3 溶解氧浓度硝化过程的溶氧浓度，一般建议维持在1.0 2.0mg/L；溶解氧浓度对反硝化作用有抑制；但氧的存在 对能进行反硝化作用的反硝化菌却是有利的，因为 这类菌为兼性厌氧菌，菌体内的某些酶系统组织在 有氧时才能合成，这类工艺最好使这些反硝化菌交 替处于好氧、缺氧的环境条件。4 碳源碳源物质主要通过影响反硝化细菌的活 性来影响处理系统的脱氮效率。1）废水中所含的有机碳源一般认为，废水所含BOD5与总氮的比值大于3：1,就无需外加碳源2）外加碳源当废水BOD5：总氮小于3： 1时，需投加 碳源才能达到理想的除氮效果。外加碳源多采用甲醇，其

6、氧化分解产物 多为二氧化碳和水。3）内碳源主要指活性污泥微生物死亡、自溶后释 放出来的有机碳，也称为二次基质。优点：在废水碳氮比低时不必外加碳源也可 达到脱氮目的，此外由于污泥产率低而降低 成本。缺点：反硝化速率极低5有毒物质某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对 硝化细菌有毒害作用。氨态氮和亚硝态氮对硝化细菌也有影响有研究，当污水中氨氮浓度小与200mg/L, 亚硝态氮浓度小于100mg/L时，对硝化作用没 有影响。基本原理 1废水中磷的存在形式常以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形 式存在于废水中；传统的生物处理中的出水 中，90%左右的磷以正磷酸盐的形式存在。po43-p,2 生物脱磷的基本原

7、理利用聚磷菌一类的细菌，过量的、超出其生理需要的从外部摄取磷，并以聚合形态贮藏在体内,形成高磷污泥，达到从废水中 除磷的效果。聚磷菌除磷经过好氧和厌氧两个阶段首先是厌氧放磷阶段，造成聚磷菌的“ 状态ATP+H2O ADP+H3PO4+能量然后是好氧聚磷阶段，摄入过量磷，除磷ADP+H3PO4+能量>atp+h2o 3.废水脱磷工艺中的微生物聚磷菌早期，认为主要是(Acin etobacter)目前多认为，起主要作用是(Pseudomonas) 和(Aeromonas)另外，有研究认为除上述几种聚磷菌外, 还有棒状菌群和肠状菌群聚磷菌一般只利用低级脂肪酸（如乙醇）, 若没产酸菌的作用或这种

8、作用受抑制（如硝酸盐 存在），则聚磷菌便难以利用放磷中产生的能量 合成聚卩-羟丁酸（PHB）,因此也难以在好氧 阶段通过分解PHB来获得足够的能量过量摄磷和 聚磷有些聚磷菌能利用NO3-作为电子受体，在 吸收磷的同时进行反硝化。Kuba在1994年发现具有反硝化能力的聚磷菌 (DPB),其除磷能力和传统A/0工艺中普通聚 磷菌相似，同时也具有建立在内源PHB和糖类物 质基础上的生物代谢机制。生物除磷常与生物脱氮工艺一起应用20世纪50年代到60年代初，Srinath等人在污水处理厂的生产性运行中，观察到生物超量吸 磷的现象。70年代所开展的研究工作弄清了生物 除磷所需的运行条件，并有意识地将其

9、工程化。80年代到90年代，通过全面的基础研究及生产性 研究和工程运转经验的总结，污水生物除磷的理 论及技术均获得了重大进展及突破。总的说来经 历了以下几个阶段:>对具有明显除磷能力的污泥和生产性污水处理厂进 行了观测和实验研究，证明了除磷作用的生物学本质和 生物诱导化学沉淀的辅助作用；> (2)认识到好氧区之前设置厌氧接触区，污泥进行厌氧 -好氧交替循环的必要性，从而开发了多种生物除磷工 艺流程，并开始工程化应用；A (3)在实验研究和工程实践中认识到避免缺氧或好氧性 电子受休(硝态氮或溶解氧)进入厌氧区的必要性，开发 了优化生物除磷性能的工艺技术和远行技术；> (4)认识

10、到简单低分子质量(可快速生物降解)基质的作用 及存在的必要性，物化学和生物力能学理论，使污水生 物除磷技术进入了定量化模拟与优化阶段；A (5)建立了污水生物除磷的数学模式。生物强化除磷工艺的主要机理：微生物以聚磷酸盐的形式超量储存磷O生物强化除磷工艺系统的基本特征：微生物在好氧区与厌氧区之间循环，废水自厌 氧区进入系统。河泥的无机相河泥的无机相鶴泥中的细菌磷溶解磷沉淀河泥的无机相生彬处理过程中除磷途泾小结结出除下 的下物括 用件生包 作条匙能 物些能可 生某可陈 是释磷去 要解除的 主全学磷 磷完化中 除能的统 量不导系 超并诱磷 ，磷物除 明除生物 表量，生 果超能在 结物性。B0 究生磷

11、充齡) 研但除补曲d 果现磷列处理系统的厌氧好氧交替导致微生物群体功能的变化，使污泥含磷量可达到3% 7%。（2）帀常磷的：微生物合成对磷的消耗。系统中的pH、阳离子浓度及各种沉淀抑制剂决 定总的液相沉淀效率。(4).在厌氧条件下通过分解聚磷使磷从菌胶团中释放出来，造成厌氧条件下的高磷浓度，加速了磷的 化学沉淀作用。(5)由细菌反硝化作用造成，使膜内pH升高，导致 磷从液相进入无机相。（二）工艺流程-1.A/0工艺（厌氧/好氧工艺）A/0工艺本工艺的特征及运行参数(1)反应器中水力停留时间为36h(2) 曝气池内污泥浓度在27003600mg/L之间(3) 磷去除效果较好，去除率在76%左右(

12、4) 沉淀污泥含磷4%,肥效好(5) SVI值W100,易沉淀，不膨胀存在问题：微生物对磷的吸收有限度，磷去除率难提高；在沉淀池易于产生磷的释放现象，应及时排泥和回流2.A2/0工艺（厌氧/缺氧/好氧工艺）在A/0工艺的厌氧池和好氧池之间增设一个 不曝气的缺氧池,并使好氧池中带有硝酸盐的混 合液回流到缺氧池，进行反硝化脱氮，在除磷的 同时达到脱氮目的。nr本工艺特征:(1) 简单的同步脱氮除磷工艺，总水力停留时间 少于其他同类工艺(2) 厌氧(缺氧)好氧交替进行，不宜丝状菌生长，无污泥膨胀(3)不需投药, 运行费用低厌氧和缺氧段只进行缓慢搅拌,(1) 脱氮效果难以提高(2) 污泥增长受到一定限

13、度，除磷效果不易提高(3) 沉淀池需要保持一定浓度溶解氧,应降低污 泥停留时间，防止厌氧状态和释放磷的现象，但 溶解氧含量不宜过高，以防止循环液对缺氧反应 器的干扰3 Bardenpho工艺以四个完全混合活性污泥反应池串联而成，其中第一、三池不曝气，搅拌器缓慢转动以防污泥沉淀，第二、四池好氧曝气。Barde npho 工艺硝化回潦污泥f含躋污泥）沉淀池變余活泥 富确污赢、阁4-3-6巴登福冋步脱氮除磷匸艺流程各项反应都反复进行两次以上，各反应单元 都有首要功能，并兼行二、三项功能。工艺脱氮、除磷效果良好。问题：工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐，成本高福列德克斯脱氮除磷工艺2内循环斗第1庆氧L释

14、放磷；:反硝化脱和沉淀池处理水d LaikJ这是巴登福脱氮除磷工艺的改进，主要 是在第1厌氧反应器（缺氧反应器）之前再加一 厌氧反应器，以强化磷的释放，从而能够保 证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力， 以提高除磷效果。反硝化脱拯去除BOR稈故鱗皱收瞬释放请 硝化反硝化脱氧去§k）d-=L 魅污泥回流污泥（含确污泥7,三、影响因素1 碳源的浓度和种类碳源浓度提高后诱发了反硝化作用，并迅速 耗去了硝酸盐，使得污泥放磷早、快。其次，可为发酵产酸提供养料 聚磷菌优先吸收小分子的低级脂肪酸，大分子、难降解物质需要经过产酸菌作用后才能被利研究发现:要使出水磷浓度小于1mg/L,进水总 BOD与总磷之比必须在2330： 1进水总BOD与总磷之比至少高于15,才 可使泥龄较短的除磷系统出水磷较低厌氧段，溶解氧浓度直接影响到聚磷菌的生长 情况、释放磷及利用有机质合成PHB的能力；好氧段，必须提供充足的溶解氧，来满足聚磷菌对其储存的PH B进行彻底降解所需的氧量。经验：厌氧放磷池溶氧浓度严格控制在 0.2mg/L以下，好氧池溶氧浓度大于2mg/L,最好 控制在34 mg/L。3 硝酸盐和亚硝酸盐厌氧区中如存在硝酸盐和亚硝酸盐，反硝 化细菌以它们为最终电子受体而氧化有机基质, 使厌氧区中厌氧发酵受到抑制而不产生挥发性 脂肪酸4 温度温