环境工程中级职称考试复习资料污水处理的脱氮除磷工艺

1、环境工程中级职称考试复习资料污水处理的脱氮除磷工艺5.1 生物脱氮原理5.1.1 氮在水中的存在形态与分类5.1.2 微生物的脱氮原理过程1）先氨化/硝化，再反硝化：这是一个先好氧、后缺氧的组合过程。2）氨化与硝化反应过程氨化反应：硝化反应：3）硝化反应的条件（1）好氧状态：DO2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.14g（以CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH值不变。（3）污泥龄C15d。（4）BOD520mg/L。4）反硝化反应反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主,反硝化菌在DO浓度很

2、低的环境中，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用的碳源为甲醇时：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.056C5H7CO2+0.47N2+1.68H2O + HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7CO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3-反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧，每还原1gNO3-N所利用的氧量约2.6g。5）反硝化反应条件DO0.5mg/L，一般为0.20.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3-O成为电子受体而使

3、N难还原成N2。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的环境中生活为宜。BOD5/TN56，否则需另投加碳源，现多采用CH3OH，其分解产物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。还原1g硝态氮能产生3.57g碱度，而在硝化反应中，1gNH3N氧化为NO3-N要消耗7.14g碱度，在缺氧-好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。5.1.3 影响硝化反硝化反应过程的主要因素1）温度硝化反应的适宜温度范围是3035，温度不但影响硝化茵的比增长速率，而且影响硝化菌的活性

4、，在535的范围内，硝化反应速率随温度的升高而加快，仅超过30时增加幅度减少，当温度低于5时，硝化细菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于15即发现硝化速率迅速降低，低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，因此在低温1214时常出现亚硝酸盐的积累。在3035较高温度下，亚硝酸菌的最小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制温度和污泥龄，也可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。反硝化反应的最佳温度范围为3545，温度对硝化菌的影响比反硝化菌大。 2）溶解氧 硝化反应必须在好氧条件下进行，一般应维持混合液的溶解氧浓度为23mg/L，溶解氧浓度0.50.7 mg/L，是硝化菌可以忍受

5、的极限。硝化可在高溶解氧状态下进行，高达60mg/L的溶解氧浓度也不会抑制硝化的进行，为了维持较高的硝化速率，污泥龄降低时要相应地提高溶解氧浓度。溶解氧对反硝化反应有很大影响，主要由于氧会同硝酸盐竞争电子供体。同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性，3）pH值 硝化反应的最佳pH值范围为7.58.5，硝化菌对pH值变化十分敏感，当pH值低于7时，硝化速率明显降低低于6和高于9.6时，硝化反应将停止进行。反硝化过程的最佳pH值范围为6.57.5，不适宜的PH值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。当pH值低于6.0或高于8.0时，反硝化反应将受到强烈抑制。4）C/N比 C/N比值是影

6、响硝化速率和过程的重要因素。硝化菌是自养菌，硝化菌产率或比增长速率比活性污泥异养菌低得多，若废水中BOD5值太高，将有助于异养菌迅速增殖，从而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般认为，只有BOD5低于20mg/L时，硝化反应才能完成。反硝化过程需要充足的碳源，理论上lgNO2还原为N2需要碳源有机物2.86g。一般认为，当废水的BOD5/TKN值大于46时，可认为碳源充足，不需另外投加碳源，反之则要投加甲醇或其他易降解的有机物作碳源。5）污泥龄 为使硝化菌能在连续流的反应系统中存活并维持一定数量，微生物在反应器的停留时间即污泥龄应大于硝化菌的最小世代期。一般应取系统的污泥龄为硝化最小世代期的两倍

7、以上。较长的污泥龄可增强硝化反应的能力，并可减轻有毒物质的抑制作用。6）抑制物质 对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、重金属、有毒物质以及有机物。一般来说，同样毒物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与一般好氧异养菌相同。在应用一般好氧异养菌文献数据时，应该考虑驯化的影响。 生物脱氮工艺包括含碳有机物的氧化、氨氮的硝化、硝态氮的反硝化等生物过程，即碳化-硝化-反硝化过程。从完成这些过程的反应器来分，脱氮工艺可分为活性污泥脱氮系统和生物膜脱氮系统，其分别采用活性污泥法反应器与生物膜反应器作为好氧/缺氧反应器，实现硝化/反硝化以达到脱氮的目的。从完成这些

8、过程的时段和空间不同，活性计泥脱氮系统的碳化、硝化、反硝化可在多池中进行，也可在单池中进行。生物脱氮反应过程各项生化反应特征5.2 生物脱氮工艺A/O工艺5.2.1 基本原理A/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=24mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机

9、物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为HO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。 注意：A/O、A2/O中的英文符号A代表缺氧和厌氧两个意义，区别为：缺氧缺氧就是没有或是很少有单质氧（O2，DO00.5），只有化合态的氧（NOxO、SOxO）。厌氧既没有单质氧（氧气O2, D

10、O0），也没有化合态的氧（NOxO +SOxO0）。又名“绝氧”。5.2.2 主要工艺特点缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的减度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。BOD5的去除率较高可达9095%以上，但脱氮除磷效果稍差，脱氮效率7080%，除磷只有2030%。尽管如此，由于A/O工艺比较简单，也有其突出的特点，目前仍是比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建，中间隔以档板，降低工程造价，所以这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造。5.2.3 A

11、/O工艺的影响因素A/O工艺运行过程控制不要产生污泥膨胀和流失，其对有机物的降解率是较高的（9095%），缺点是脱氮除磷效果较差。如果原污水含磷浓度4以保证足够的碳/氮比，否则反硝化速率迅速下降；但当进入硝化池BOD5值又应控制在80mg/L以下，当BOD5浓度过高，异养菌迅速繁殖，抑制自养菌生长使硝化反应停滞。（8）硝化池溶解氧：DO2mg/L，一般充足供氧DO应保持24mg/L，满足硝化需氧量要求，按计算氧化1gNH4+需4.57g氧。（9）水力停留时间：硝化反应水力停留时间6h；而反硝化水力停留时间2h，两者之比为3:1，否则脱氮效率迅速下降。（10）pH：硝化反应过程生成HNO3使混合

12、液pH下降，而硝化菌对pH很敏感，硝化最佳pH =8.08.4，为了保持适宜的pH就应采取相应措施，计算可知，使1g氨氮（NH3-N）完全硝化，约需碱度7.1g（以CaCO3计）；反硝化过程产生的碱度（3.75g碱度/gNOx-N）可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右。 反硝化反应的最适宜pH值为6.57.5，大于8、小于7均不利。 （11）温度：硝化反应2030，低于5硝化反应几乎停止；反硝化反应2040，低于15反硝化速率迅速下降。 因此，在冬季应提高反硝化的污泥龄ts，降低负荷率，提高水力停留时间等措施保持反硝化速率。5.2 同步脱氮除磷工艺A/O法脱氮除磷的工艺5.2.1 A/O工艺简介A

13、2/O是AnaerobicAnoxicOxic的英文缩写，它是厌氧缺氧好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O工艺是在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解，其基本工艺流程如下图所示：由图可知，污水首先进入厌氧区，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（挥发性脂肪酸类较高级有机酸）这类低分子发酵中间产物。而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，另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中的VFA类分子有机物，并以PHB（聚羟丁酸）的形式在其体内储存起来。随后污水进入缺氧区，反硝化菌就利用好氧区回流

14、混合液带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解有机物作碳源进行反硝化，达到同时降低BOD5与脱氮的目的。接着污水进入曝气的好氧区，聚磷菌在吸收、利用污水中残剩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释放能量来维持其生长繁殖。同时过量的摄取周围环境中溶解磷，并以聚磷的形式在体内储积起来，使出水中溶解磷浓度达到最低。而有机物经厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后，到达好氧区时浓度已相当低，这有利于自养型硝化菌的生长繁殖，并通过消化作用将氨氮转化为硝酸盐。非除磷的好养性异养菌虽然也能存在，但他在厌氧区中受到严重的压抑，在好氧区又得不到充足的营养，因此在与其他生理类群的微生物竞争中处

15、于相对劣势。排放的剩余污泥中，由于含有大量能超量储积聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可以达到6%（干重）以上。从以上分析可以看出A/O工艺具有同步脱氮除磷的功能。5.2.2 A/O工艺的特点（1）A/O工艺中三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮、除磷的功能；（2）在同时脱氮、除磷、去除有机物的工艺中，该工艺流程简单，总水力停留时间也较小；（3）在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀；（4）污泥中磷的含量较高，一般为2.5%以上；（5）厌氧-缺氧池只需缓慢搅拌，使之混合，而以不增加溶解氧为度；（6）沉淀池要防止发生

16、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氮气而干扰沉淀；（7）脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果受回流污泥中挟带DO和硝酸盐氮的影响，因而脱氮除磷效率受到一定限制。5.2.3 A/O工艺的优点A/O工艺的优点是厌氧、缺氧、好氧交替运行，可以达到同时去除有机物、脱氮、除磷的目的，而且这种运行状况丝状菌不宜生长繁殖，基本不存在污泥膨胀问题。A/O工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同类工艺，并且不需外加碳源，缺氧、缺氧段只进行缓速搅拌，运行费用低。5.2.4 A/O工艺的缺点A/O工艺的缺点是除磷效果因受到污泥龄、回流污泥中挟带的溶解氧和NO3-N的限制，不可能十分理想

17、；同时，由于脱氮效果取决于混合液回流比，而A/O工艺的混合液回流比不宜太高（200%），脱氮效果不能满足较高要求。5.2.5 A/O工艺的影响因素1）溶解性有机底物浓度的影响 由于厌氧段中聚磷菌只能利用可快速生物降解的有机物，若此类物质浓度较低，聚磷菌则无法正常进行磷的释放和吸收。研究表明，厌氧段进水S-TP和SBOD5的比值应小于0.06。在缺氧段，若有机底物浓度较低，则反硝化脱氮速率将因碳源不足而受抑制，一般来讲，废（污）水中COD/TKN值大于8时，氮的总去除率可达80%，工程设计中也可按照BOD5/NOxN4进行控制。2）污泥龄c的影响A/O工艺的污泥龄受两方面影响，其一是硝化菌世代时

18、间的影响，一般为25d左右；其二是除磷主要通过剩余污泥排出系统，要求A/O工艺中污泥龄不宜过长，应为5-8d。权衡两方面，一般A/O工艺污泥龄为15-20d。3）溶解氧DO的影响A/O工艺的溶解氧应满足三方面要求，即好氧段氨氮完全氧化为硝态氮所需、满足进水中有机底物的氧化所需及好氧段聚磷菌所需。为防止DO过高而随污泥回流和混合液回流带至厌氧段和缺氧段，造成厌氧不完全而影响聚磷菌的释磷和缺氧段反硝化。一般好氧段DO在2.0/L，厌氧段DO浓度小于0.2/L，缺氧段DO浓度小于0.5/L。4）硝化区和反硝化区容积比的影响硝化区和反硝化区容积比受尽水水质、水温等变化而变化。一般硝化区和反硝化区容积比为（87）（23），但在水质较差或脱氮要求较高时，该容积比最小为11。5）有机底物污泥负荷Ns的影响好氧池Ns应不超过0.18BOD5/(MLSSd)，否则异养菌数数量超过硝化菌而抑制硝化过程；而厌氧池的Ns应大于0.10BOD5/(MLSSd)，否则聚磷菌底物不足，除磷效果下降。6）氮的污泥负荷影响氮的污泥负荷过高会对硝化菌产生抑制，一般小于0.05TKN/(MLSSd)，相应反应池内污泥浓度MLSS取3000-4000/L。7）污泥回流比R和混合液回流比Rn的影响污泥回流比R一般为25%-100%，如果R太高，污泥将DO和硝态氮带入厌氧池太多，影响其厌氧状态且反硝化产生，会抑制厌氧释