污水生物脱氮除磷新工艺

一、脱氮除磷的传统工艺1、脱氮的传统工艺

2、除磷的传统工艺

第一页，共四十一页。1、脱氮的传统工艺

自然界中氮一般有四种形态：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮硝酸盐氮第二页，共四十一页。生活污水中的氮主要形态是有机氮和氨氮。有机氮占生活污水含氮量的40-60%，氨氮占50-60%，亚硝酸盐和硝酸盐氮仅占0-5%。第三页，共四十一页。污水生物脱氮的可能途径

第四页，共四十一页。传统上，通过两步生物反应，即硝化(NH+4→NO-3)与反硝化(NO-3→N2)，实现污水的生物脱氮。第五页，共四十一页。硝化反应可表示为:亚硝化反应

NH4++O2+HCO3-→

NO2-+H2O+H2CO3+亚硝酸菌硝化反应

NO2-+NH4++H2CO3+HCO3-+O2→

NO3-+H2O+硝酸菌总反应NH4++O2+HCO3-→

NO3-

+H2O+H2CO3+微生物细胞第六页，共四十一页。反硝化反应如下：

NO3-

+CH3OH+H2CO3→

N2↑+H2O+HCO3-+微生物细胞

第七页，共四十一页。生物脱氮工艺第八页，共四十一页。传统生物脱氮存在问题?首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗大量能源(因为曝气)；其次，还需要有足够碳源(COD)来还原硝酸氮到氮气。第九页，共四十一页。磷最常见的形式有：无机磷:磷酸盐（H2PO4-、HPO42-、PO43-）；聚磷酸盐；有机磷。生活污水中的含磷量一般在10-15mg/L左右，其中70%是可溶性的。1.2除磷传统工艺第十页，共四十一页。活性污泥在好氧、厌氧交替条件下时，活性污泥中可产生所谓的“聚磷菌”。聚磷菌在好氧条件下从废水中过量摄取磷，形成多聚磷酸盐作为贮藏物质。排放的剩余污泥中的含磷量在6%左右（污泥干重）。第十一页，共四十一页。

A/O除磷工艺系统

厌氧池好氧池二沉池进水剩余污泥出水

污泥回流（0.5Q）第十二页，共四十一页。为防止水体富营养化，一般污水处理既需要脱氮,也需要除磷，是否可以把两者结合起来实现氮磷同时去除？第十三页，共四十一页。A2/O工艺

第十四页，共四十一页。除磷脱氮工艺在涉及泥龄上的矛盾：1）除磷需要泥龄短生物除磷主要靠排出剩余污泥而带走磷，因此，如要除磷效率高，就必须加大污泥排泥量。从θ=VX/ΔX

可以看出，VX是系统效率的基本参数，ΔX可以看作变量，调整ΔX可以调整泥龄。第十五页，共四十一页。2）脱氮需要泥龄长脱氮的关键步骤是硝化，硝化过程不充分，则无法提高脱氮效率。但是，硝化菌（包括亚消化菌）是一类增值速度较慢的微生物，所需要的世代时间比较长，通常需要3-5天，因此在泥龄短的系统中，硝化菌量极少。因此，如何确定合理的泥龄是提高除磷脱氮效率的技术关键。不可只偏重于其中一个方面。在特殊的情况下，可以改变泥龄的长短来调节除磷脱氮的重心。第十六页，共四十一页。二、脱氮除磷的新工艺2.1脱氮新工艺2.2除磷新工艺第十七页，共四十一页。2.1脱氮新工艺中温亚硝化(SinglereactorforHighAmmoniumRemovalOverNitrite，简称为SHARON)亚硝化/反硝化脱氮即(NH+4→NO-2)，(NO-2→N2)第十八页，共四十一页。硝化作用NH+4+1.5O2→→→→NO-2+H2O+2H+NH+4+2O2

→→→→NO-3+H2O+2H+节约O225%第十九页，共四十一页。脱氮作用6NO-2+3CH3OH+3CO2→→→→3N2+6HCO3-+3H2O6NO-3+5CH3OH+CO2→→→→3N2+6HCO3-+7H2O节约CH3OH40%第二十页，共四十一页。亚硝化细菌和硝化细菌的

最小污泥龄与温度关系0.8d0.4d第二十一页，共四十一页。SHARON工艺的基本工作原理便是利用温度高有利于亚硝化细菌增殖这一特点，使硝化细菌失去竞争。第二十二页，共四十一页。2.2除磷新工艺

2.2.1反硝化除磷细菌

反硝化除磷工艺

第二十三页，共四十一页。2.2.1反硝化除磷细菌脱氮要经历好氧(硝化)/厌氧(反硝化),除磷要经历厌氧(释放磷)/好氧(积聚磷).如果能使反硝化细菌同时具有生物摄/放磷作用则可以将反硝化脱氮与生物除磷有机地合二为一。第二十四页，共四十一页。在缺氧(无氧但存在硝酸氮)条件下，反硝化除磷细菌DPB(DenitrifyingPhosphorusremovingBacteria)能够象在好氧条件下一样，利用硝酸氮充当电子受体，产生同样的生物摄磷作用。在生物摄磷的同时，硝酸氮被还原为氮气。第二十五页，共四十一页。3、同步脱氮除磷连续流脱氮除磷工艺的发展主要是围绕着在同一污水处理系统中实现脱氮与除磷所存在的矛盾展开的。最初，脱氮和除磷是在不同的生物处理工艺中实现的。1972年，Barnard在研究缺氧、好氧交替进行的Bardenpho脱氮工艺时发现废水中的磷也得以高效率的去除。于是，他在流程之初增加了一个厌氧区，提出同时实现脱氮除磷的Phoredox工艺，它的简化流程就是Ａ2/Ｏ。第二十六页，共四十一页。厌氧缺氧好氧二沉池内回流污泥回流Ａ2/Ｏ工艺第二十七页，共四十一页。从此之后，脱氮除磷被统一在一个系统中，既简化了污水处理的操作，又增加了处理工艺的功能然而实际应用表明脱氮与除磷之间存在一些矛盾，很难在同一系统中同时获得氮磷的高效去除。其中最主要的矛盾是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争。根据生物除磷原理，在厌氧条件下，聚磷菌通过菌种间的协作，将有机物转化为挥发酸，借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内，并以聚β羟基丁酸（PHB）贮存，提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的磷源和能量。如果厌氧区存在较多的硝酸盐，反硝化菌会以有机物为电子供体进行反硝化，消耗进水中有机碳源，影响厌氧产物PHB的合成，进而影响到后续除磷效果。第二十八页，共四十一页。一般而言，要同时达到氮磷的去除目的，城市污水中碳氮比(COD/TKN）至少为9。当城市污水中碳源低于此要求时，由于大多数处理工艺流程都把缺氧反硝化置于厌氧释磷之后，反硝化效果受到碳源量的限制，大量的未被反硝化的硝酸盐随回流污泥进入厌氧区，干扰厌氧释磷的正常进行，最终影响到整个营养盐去除系统的稳定运行。为了改善城市污水脱氮除磷系统在进水碳源不足时的处理效果，研究者们进行了大量工艺改进。第二十九页，共四十一页。第一种思路是改进污泥回流路线或增加反硝化环节，以控制厌氧区回流污泥中的硝酸盐含量。UCT、VIP、JHB等工艺都属于这种思路的产物。南非CateTown大学的UCT工艺将Ａ2/Ｏ中的污泥回流由厌氧区改到缺氧区，使污泥经反硝化后再回流至厌氧区，减少了回流污泥中硝酸盐含量第三十页，共四十一页。第三十一页，共四十一页。与Ａ2/Ｏ工艺相比，在适当的COD/TKN比例下，缺氧区的反硝化可使厌氧区回流污泥中硝酸盐含量接近于0。当进水COD/TKN较高时，缺氧区无法实现完全的脱氮，仍有部分硝酸盐进入厌氧区，因此又产生改进UCT工艺(MUCT）第三十二页，共四十一页。改进依据：A2/O工艺污泥中的NO3--N回流至厌氧段，干扰聚磷菌磷的厌氧释放，降低磷的去除率。

改进办法：污泥首先回流至缺氧段，回流污泥带回的NO3--N在缺氧段被反硝化脱氮，然后将缺氧段出流混合液一部分再回流至厌氧段，避免NO3--N对厌氧段聚磷菌释磷的干扰，提高了磷的去除率，对脱氮没有影响，该工艺对氮和磷的去除率都大于70%。

适应场合：如果原污水的BOD5/TKN或BOD5/TP较低时，为了防止NO3--N回流至厌氧段产生反硝化脱氮，发生反硝化细菌与聚磷菌争夺溶解性BOD5而降低除磷效果，可以考虑采用UCT工艺。存在问题：二套混合液内回流交叉，混合液中的DO经缺氧段进入厌氧段而干扰磷的释放第三十三页，共四十一页。MUCT工艺有两个缺氧池，前一个接受二沉池回流污泥，后一个接受好氧区硝化混合液，使污泥的脱氮与混合液的脱氮分开，进一步减少硝酸盐进入厌氧区的可能。

厌氧缺氧1缺氧2好氧二沉池内回流污泥回流图3MUCT工艺内回流第三十四页，共四十一页。OWASA工艺第三十五页，共四十一页。改进依据：很多城市污水BOD5浓度较低，造成城市污水中的BOD5/TP和BOD5/KN太低，使A2/O工艺脱氮除磷效果显著下降。

改进办法：将初沉池污泥排至污泥发酵池，发酵后的上清液含大量挥发性脂肪酸，将此上清液投加至缺氧段和厌氧段，使入流污水中的可溶解性BOD5增加，提高了BOD5/TP和BOD5/TKN的比值，促进磷的释放与NO3--N反硝化，从而使脱氮除磷效果得到提高。

适应场合：原污水的BOD5/TKN或BOD5/TP比较低。第三十六页，共四十一页。OCO工艺OCO工艺流程1－厌氧区2－缺氧区3－好氧区1－厌氧区；2－缺氧区；3－好氧区；4－整流板；5－搅拌器；6－出水渠；7－进水管OCO反应池构造图

第三十七页，共四十一页。OCO工艺

OCO工艺是丹麦PuritekA/S公司推出的，它集BOD、N、P去除于一池。该工艺具有强大的脱氮除磷功能，同时具有自动化水平高、投资省等优点。原水预处理后进入OCO池的厌氧区，并与回流污泥混合。混合液流入缺氧区，并在缺氧区和好氧区之间循环一定时间后，流入沉淀池，澄清液外排。OCO工艺实际上是将A2/O工艺的厌氧、缺氧、好氧池合并成具有三个反应区的圆形生化反应池，大大减少了工艺构筑物。特点：①集厌氧-缺氧-好氧于一池，完成BOD去除、脱N、除P；②占地少，土建投资低，较传统活性污泥法可减少25%~30%；③运行维护费用降低；④OCO工艺污泥浓度高、污泥负荷低，污泥絮凝沉降好且沉降污泥稳定，剩余污泥少；⑤操作运行灵活，可实现全自动控制。各OCO池单独运行，可根据污水处理厂规模增大而增加OCO反应池数。

第三十八页，共四十一页。而随着研究的深入，“聚磷菌释磷需绝对厌氧环境（即DO≈0且NO3—Ｎ≈0）”的认识被打破，人们发现通过补充碳源可以缓解厌氧区反硝化与释磷之间的竞争，从而保证脱氮除磷系统的稳定运行。于是改善进水水质、改变进水方式成为第二种改进思路。由中国矿业大学张雁秋教授提出，这种思路是用生态学思想指导技术改革，并根据他提出的统一动力学理论、动力学负荷理论、污泥浓度优化理论、种群密度控制理论、种群营养控制理论等先进理论作为新工艺的主要理论基础。第三十九页，共四十一页。缺氧+厌氧