废水生物脱氮除磷工艺

1、l概述概述l生物脱氮原理生物脱氮原理l生物除磷原理生物除磷原理l生物脱氮工艺与技术生物脱氮工艺与技术l生物除磷工艺与技术生物除磷工艺与技术l同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺 一、营养元素的危害一、营养元素的危害 二、脱氮的物化法二、脱氮的物化法 三、除磷的物化法三、除磷的物化法l氨氮会消耗水体中的氨氮会消耗水体中的溶解氧溶解氧；l氨氮会与氯反应生成氨氮会与氯反应生成氯胺氯胺或氮气，增加氯的用量；或氮气，增加氯的用量；l含氮化合物对人和其它生物有含氮化合物对人和其它生物有毒害作用毒害作用： 氨氮对鱼类有毒害作用；氨氮对鱼类有毒害作用； NO3 和和NO2 可被转化为亚硝胺可被转化为亚硝胺一种一种

2、“三致三致”物质；物质； 水中水中NO3 高，可导致婴儿患变性血色蛋白症高，可导致婴儿患变性血色蛋白症“Bluebaby”；l加速水体的加速水体的“富营养化富营养化”过程；过程；1 1）氨氮的吹脱法：）氨氮的吹脱法：OHNHOHNH423调节pH值沉淀池吹脱塔出水出水 排泥排泥 进水进水 石灰或石灰或石灰乳石灰乳 吹脱法脱氨工艺流程吹脱法脱氨工艺流程2）折点加氯法去除氨氮：）折点加氯法去除氨氮：OHHClNHHOClNH224HOHClNHOClClNH332222每每mgNH4+-N被氧化为氮气，至少需要被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。的氯。加氯反应池加氯反应池活性活性炭吸炭吸附塔附塔

3、NaOCl进水进水出水出水3 3）选择性离子交换法去除氨氮：）选择性离子交换法去除氨氮：采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。澄清或澄清或过滤过滤沸石沸石离子离子交换交换床床出水出水再生再生液脱液脱氮氮NH3或或N2进水进水1）铝盐除磷铝盐除磷:羟磷灰石羟磷灰石一般用一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（）和铝酸钠（NaAlO2）2）铁盐除磷铁盐除磷：FePO4 、 Fe(OH)3一般用一般用FeCl2、FeSO4 或或 FeCl3 、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷石灰混凝除磷:4343AlPOPOAlOHPOOHCaHPOOHCa

4、23452423)(345一、生物脱氮的基本过程：一、生物脱氮的基本过程：氨化氨化(ammonification) 含氮有机物，在生物处理过程含氮有机物，在生物处理过程中被中被（好氧或厌氧好氧或厌氧）异养异养微生物氧化分解为氨氮；微生物氧化分解为氨氮；硝化硝化(nitrification) 由由好氧好氧自养自养硝化菌将氨氮转化为硝化菌将氨氮转化为NO2 和和/或或NO3 ；反硝化反硝化(denitrification) 缺氧缺氧条件下，在条件下，在异养异养反硝化菌反硝化菌的作用下将的作用下将NO2 和和NO3 还原转化为还原转化为N2。有机氮有机氮NH4+-NNO2 -NNO3 -NNO2 -

5、NN2氨化作用氨化作用亚硝化作用亚硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用反反硝化作用硝化作用O2O2O2或无氧或无氧异养细菌异养细菌氨氧化细菌氨氧化细菌（自养型）（自养型）硝化细菌硝化细菌（自养型）（自养型）有机物有机物有机物有机物反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）反硝化细菌反硝化细菌（异养型）（异养型）好氧或厌氧条件好氧或厌氧条件碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高绝对好氧条件绝对好氧条件碱度下降，碱度下降，pHpH值降低值降低绝对好氧条件绝对好氧条件碱度和碱度和pHpH值无变化值无变化碱度增大，碱度增大，pHpH值升高值升高确氧条件确氧条件 分为两步： 由两组自养型硝化菌分步完

6、成： 氨氧化细菌，或亚硝化细菌（Nitrosomonas）； 亚硝酸盐氧化细菌，或硝化细菌（Nitrobacter）24NONH32NONO 都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌；都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌； 强烈强烈好氧好氧，不能在酸性条件下生长；，不能在酸性条件下生长； 无需有机物，以无需有机物，以无机含氮化合物无机含氮化合物为为能源能源，以，以无机无机C（CO2或或HCO3-）为为碳源碳源； 化能自养型化能自养型； 生长缓慢，生长缓慢，世代时间长世代时间长。亚硝化反应：亚硝化反应：HOHNOONH2512224.322227532410457541097655COHOHNONO

7、HCHCOONH 亚硝酸盐细菌的产率是：亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/g NH4+-N（113/55/14）；）； 氧化氧化1mg NH4+-N为为NO2-N，需氧，需氧3.16mg（76 32/55/14）； 氧化氧化1mg NH4+-N为为NO2-N，需消耗，需消耗7.08mg碱度以碱度以(CaCO3计计)（109 50/55/14）加上合成，则：加上合成，则：硝化反应：硝化反应：3225 . 0NOONO3227523324240031954400NOOHNOHCOHCOCOHNHNO 硝酸盐细菌的产率是：硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2 -N(113/400/14) 氧化

8、氧化1mg NO2 -N为为NO3 -N，需氧，需氧 1.11mg(195*32/400/14) 几乎不消耗碱度几乎不消耗碱度加上合成，则：加上合成，则：总反应：总反应：HOHNOONH22232432322753248819800410025001810981861COHNOOHNOHCHCOONH.).(. 总的细菌产率是：总的细菌产率是： 0.02g/gNO2 -N(113/400/14)； 氧化氧化1mgNH3-N为为NO3-N，需氧，需氧4.27mg；需碱度；需碱度7.07mg(以以CaCO3计计)； 不考虑合成，则：氧化不考虑合成，则：氧化1 mg NH4+-N为为NO3N，需氧需

9、氧4.57mg，其中亚硝，其中亚硝化反应化反应3.43mg，硝化反应，硝化反应1.14mg，需消耗碱度需消耗碱度7.14mg(以以CaCO3计计)加上合成，则：加上合成，则：好氧条件好氧条件(DO不小于不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以，并能保持一定的碱度以维持稳定的维持稳定的pH值值(适宜的适宜的pH为为8.08.4)；一般要求一般要求进水进水BOD5在在1520mg/l以下；以下；适宜适宜温度：温度：2030 C； 15 C，速率下降；，速率下降；35时，即可；时，即可； 外加碳源，多为甲醇；外加碳源，多为甲醇； 适宜适宜pH：6.57.5； 溶解氧溶解氧应控制在应控制在0.5mg/

10、l以下；以下； 适宜适宜温度：温度：2040 C生化反应类型去除有机物硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌自养型菌自养型菌兼性菌异养型菌能源有机物化能化能有机物电子受体O2O2O2NO2- 、NO3-溶解氧12mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上00.5mg/l碱度无变化7.14mg/ 1mgNH4+-N 无变化还原1mgNO3-N或NO2-N生成3.57mg碱度耗氧分解1mg有机物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+-N需氧3.43mg氧化1mg NO2-N需氧1.14mg分解1mg有机物需NO2-N 0.58mg，NO3-N0.35mg最适pH值6878.567.5 68最适水

11、温1525C30C30C3437C增殖速度(d-1)1.23.50.211.080.281.44好氧分解的1/21/2.5综合：综合： （1）硝化反应每氧化）硝化反应每氧化1.0gNH+4- -N耗氧耗氧4.57 g，消耗碱度消耗碱度7.14 g，表现为，表现为PH值下降；值下降； （2）反硝化过程，去除）反硝化过程，去除1.0gNO3 - -N，可以，可以消耗消耗2.6 g BOD，补偿碱度，补偿碱度3.57g. （3）硝化需要）硝化需要BOD/TKN不能高，污泥负荷不能高，污泥负荷需在需在0.15 kg/BOD/1gSS.d以下，反硝化需要充足以下，反硝化需要充足的碳源，的碳源，BOD/T

12、KN4- -6。 （4）PH值范围不同。硝化值范围不同。硝化7.5-8.5，反硝化，反硝化6.5-7.5。 （5）硝化反硝化与去除有机物有矛盾的地方）硝化反硝化与去除有机物有矛盾的地方。（1 1）有关废水中的磷的基本概念：）有关废水中的磷的基本概念： l l废水中的存在形式：废水中的存在形式： 无机磷酸盐（无机磷酸盐（H H2 2POPO4 4- -、HPOHPO4 42-2-、POPO4 43-3-）、）、 聚磷酸盐聚磷酸盐 有机磷，等；有机磷，等； l l所有细菌都从环境中摄取磷；所有细菌都从环境中摄取磷； l l磷细菌磷细菌（也称为（也称为聚磷菌聚磷菌、除磷菌除磷菌），可，可过量过量、超

13、出生、超出生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，内， l l从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。IPHB（聚羟基丁酸）S聚合磷酸盐厌氧条厌氧条件下，件下，除磷菌除磷菌将磷释将磷释放放好氧条好氧条件下，件下，除磷菌除磷菌过量摄过量摄取磷取磷高含磷高含磷污泥的污泥的排出排出l（1 1）在厌氧区）在厌氧区: : l 在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌通过发酵作用将溶解性兼性细菌通过发酵作用将溶解性BODBOD转化为转化为VFAVFA（低

14、分子发酵产物（低分子发酵产物挥发性有机酸）。聚磷菌挥发性有机酸）。聚磷菌吸收这些或来自原污水的吸收这些或来自原污水的VFAVFA，并将其运送到细，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳能源储存物（胞内，同化成胞内碳能源储存物（PHB/PHVPHB/PHV），），所需的能量来源于聚磷的水解以及细胞内糖的酵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解，并导致磷酸盐的释放。l（2 2）在好氧区）在好氧区: : l 聚磷菌的活力得到恢复，并以聚磷的形式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，通过存储超出生长需要的磷量，通过PHB/PHVPHB/PHV的氧的氧化代谢产

15、生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，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，从而将磷从系统中除去。形式得到排放，从而将磷从系统中除去。l 从能量角度来看，聚磷菌在厌氧状态下释从能量角度来看，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好氧状态下降解吸

16、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以吸收磷，在整个生物除磷过程中表现为PHBPHB的合成和分解。的合成和分解。 l （3 3）除磷系统的关键所在就是厌氧区的设置，）除磷系统的关键所在就是厌氧区的设置，可以说厌氧区是聚磷菌的可以说厌氧区是聚磷菌的“生物选择器生物选择器”。由于。由于聚磷菌能在这种短暂性的厌氧条件下优先于非聚聚磷菌能在这种短暂性的厌氧条件下优先于非聚磷菌吸收低分子基质（发酵终产物）并快速同化磷菌吸收低分子基质（发酵终产物）并快速同化和储存这些发酵产物，厌氧区为聚磷菌提供了竞和储存这些发酵产物，厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势。同化和储存发酵产物的能源来自聚磷的

17、争优势。同化和储存发酵产物的能源来自聚磷的水解以及细胞内糖的酵解，储存的聚磷为基质的水解以及细胞内糖的酵解，储存的聚磷为基质的主动运输、乙酰乙酸盐（主动运输、乙酰乙酸盐（PHBPHB合成前体）的形成合成前体）的形成提供能量。提供能量。l 这样一来，能吸收大量磷的聚磷菌群体就能这样一来，能吸收大量磷的聚磷菌群体就能在处理系统中得到选择性增殖，并可通过排除高在处理系统中得到选择性增殖，并可通过排除高含磷量的剩余污泥达到除磷的目的。含磷量的剩余污泥达到除磷的目的。 l （4 4）聚磷菌在生物除磷过程中的作用机理）聚磷菌在生物除磷过程中的作用机理 l PHBPHB的合成和降解，作为一种能量的储存和的合

18、成和降解，作为一种能量的储存和释放过程，在聚磷菌的摄磷和放磷过程中起着释放过程，在聚磷菌的摄磷和放磷过程中起着十分重要的作用，即聚磷菌对十分重要的作用，即聚磷菌对PHBPHB的合成能力的的合成能力的大小将直接影响其摄磷能力的高低。应当指出，大小将直接影响其摄磷能力的高低。应当指出，正是因为聚磷菌在厌氧正是因为聚磷菌在厌氧好氧交替运行的系统好氧交替运行的系统中有释磷和摄磷的作用，才使得它在与其他微中有释磷和摄磷的作用，才使得它在与其他微生物的竞争中取得优势，从而使除磷作用向正生物的竞争中取得优势，从而使除磷作用向正反馈的方向发展。其原因就在于聚磷菌在厌氧反馈的方向发展。其原因就在于聚磷菌在厌氧条

19、件下能够将其体内储存条件下能够将其体内储存PHBPHB，这样使得其在与，这样使得其在与其他微生物竞争中，其他微生物可利用的基质其他微生物竞争中，其他微生物可利用的基质减少，从而不能很好地生长。在好氧阶段，由减少，从而不能很好地生长。在好氧阶段，由于聚磷菌的高能过量摄磷作用，使得活性污泥于聚磷菌的高能过量摄磷作用，使得活性污泥中其他非聚磷微生物得不到足够的有机基质及中其他非聚磷微生物得不到足够的有机基质及磷酸盐，也会使聚磷菌在与其他微生物的竞争磷酸盐，也会使聚磷菌在与其他微生物的竞争中获得优势。中获得优势。 l 总的来讲，聚磷菌对环境因素的响应与反硝总的来讲，聚磷菌对环境因素的响应与反硝化菌、好

20、氧异养菌相似，为了能够积累聚磷，化菌、好氧异养菌相似，为了能够积累聚磷，以下两项要求实际上非常重要。以下两项要求实际上非常重要。l （1 1） 厌氧好氧条件的交替；厌氧好氧条件的交替；l （2 2）厌氧阶段不存的硝酸盐。）厌氧阶段不存的硝酸盐。l l （1 1）厌氧好氧条件）厌氧好氧条件l 厌氧条件对于污水处理厂选择机理非常重厌氧条件对于污水处理厂选择机理非常重要。引入这一条件，我们就加强了聚磷菌的优要。引入这一条件，我们就加强了聚磷菌的优势选择，结果是大部分生物量由这类菌组成。势选择，结果是大部分生物量由这类菌组成。l 2 2硝酸盐硝酸盐l 厌氧阶段硝酸盐有两个负作用：厌氧阶段硝酸盐有两个负

21、作用：l 1 1）反硝化去除了某些本应贮存在聚磷菌细）反硝化去除了某些本应贮存在聚磷菌细胞内的易降解有机物。结果是由于易降解有机胞内的易降解有机物。结果是由于易降解有机物数量的减少，使磷的去除也减少了。存在乙物数量的减少，使磷的去除也减少了。存在乙酸的反硝化过程可依据例酸的反硝化过程可依据例3.103.10的表达式，据此的表达式，据此可知可知4.964.96 molmol HAc/3.94HAc/3.94 molmol NO- 3=1.26NO- 3=1.26 mol mol HAc/molHAc/mol NO- 3NO- 3被消耗。由于反硝化消耗了有被消耗。由于反硝化消耗了有机物质，使除磷过

22、程受到损害。机物质，使除磷过程受到损害。l 2 2）显然，硝酸盐影响聚磷菌的代谢，因）显然，硝酸盐影响聚磷菌的代谢，因此不再贮存聚磷酸盐。此不再贮存聚磷酸盐。 溶解氧溶解氧： l l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在；等也不允许存在； l l好氧池内：充足的溶解氧。好氧池内：充足的溶解氧。污泥龄污泥龄： l 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；污泥多，可以取得较好的除磷效果； l l有报道称：污泥龄为有报道称：污泥龄为30d，除磷率为，除磷率为40%

23、；污泥龄为；污泥龄为17d，除，除磷率为磷率为50%；而污泥龄为；而污泥龄为5d时，除磷率高达时，除磷率高达87%。温度温度： l l 530 C；pH值值： l l 68。BOD5负荷负荷： l l BOD/TP 20； l l 小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强； l l 磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。硝态氮硝态氮 l l 硝酸盐应小于硝酸盐应小于2mg/l；当；当COD/TKN 10，硝酸盐的影响就，硝酸盐的影响就减弱了。减弱了。氧化还原电位氧化还原电位： l l好氧区的好氧区的ORP: + 405

24、0mV；缺氧区的；缺氧区的ORP: -160 5mV一、活性污泥法脱氮传统工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺二、缺氧二、缺氧好氧活性污泥法生物脱氮系统（好氧活性污泥法生物脱氮系统（AO工艺）工艺）三、氧化沟生物脱氮工艺三、氧化沟生物脱氮工艺四、生物转盘生物脱氮工艺四、生物转盘生物脱氮工艺1、三级活性污泥法流程：、三级活性污泥法流程： 碳化：碳化： 氨化：氨化：l由由Barth首先开创；首先开创；l三级各自具有三级各自具有独立的污泥系统独立的污泥系统；l优点：优点： 氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进氨化、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；行，反应速率快且较彻底；l缺点：缺

25、点： 处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。又称又称“前置式前置式反硝化生物脱氮系统反硝化生物脱氮系统”l 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；度的一半左右；l 硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，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。无需增建后曝气池。进进水水BOD去除去除好氧碳化及硝化好氧碳化及硝化缺氧缺氧脱氮脱氮好氧好氧l厌氧厌氧好氧生物除磷工艺好氧生物除磷工艺l生物法与化学法结合的除磷工艺生物法与化学法结合的除磷工艺IPHB（聚（聚 羟基丁酸羟基丁酸）S聚合磷酸盐聚合磷酸盐厌氧条件下，厌氧条件下，除磷菌将磷除磷菌将磷释放释放好氧条件下，好氧条件下，除磷菌过量除磷菌过量摄取磷摄取磷高含磷污高含磷污泥的排出泥的排出工艺特点：工艺特点：l水力停留时间为水力停留时间为36h；l曝气池内的污泥浓度一般在曝气池内的污泥浓度一般在27003000mg/l；l磷的去除效果好（磷的去除效果好（70%），出水中磷的含量低于），出水中磷的含量低于1mg/l；l污泥中的磷含量约为污泥中的磷含量约为4%，肥效好；，肥效好；lSVI小于小于100，易沉淀，不易膨胀。，易