废水脱氮除磷技术

现代水处理技术之七废水中的脱氮除磷技术内容氮的存在状态化学方法脱氮生物方法脱氮新型的生物脱氮工艺化学方法除磷生物方法除磷前言随着我国社会经济的快速发展，工业化和城市化程度的不断提高，我国的水环境污染也日益严重，来自生活污水和一些工业废水的氮、磷进入水体，引发水体的富营养化，给工农业生产带来了巨大的损失。硝态氮或亚硝态氮也严重影响鱼类的生长并形成对人类具有“三致”作用的有害物质。这些不仅严重制约国民经济的可持续发展，造成相当可观的经济损失，而且对人民生活和健康，甚至对人民的基本生存条件造成了很大威胁。废水中，以有机氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮四种形式存在。在生活污水中，主要含有有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。新鲜的生活污水中有机氮约占总氮的60%，氨氮约占40%。当污水中的有机物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化为氨氮。经活性污泥法处理的污水有相当数量的氨氮排入水体，可导致水体富营养化。水体若为水源，将增加给水处理的难度和成本。一、氮的存在状态有关氮污染对水环境质量的危害主要有以下几个方面：⑴使水体感官形状恶化，从而降低水体美学价值；⑵使水体正常的溶解氧平衡遭受干扰，并进一步促使水体恶化；⑶降低了供水质量，增加水处理负担，从而使水厂不能正常运转；⑷破坏了水体生态平衡，使水体经济价值降低。因而防止水体氮磷污染对社会经济持续协调发展至关重要。2006年4月13日，中国工程院院士魏复盛在山东大学作过讲座《中国的环境污染及健康危害》，指出造成水体水质超标的污染物依次为：TN、类大肠菌群、石油类和氨氮等。一、氮的存在状态1999年7月16日辽东湾夜光虫赤潮1999年5月15日上海外滩赤潮脱氮的方法有化学方法、生物法和高级处理方法三大类。一、氮的存在状态高级处理方法有：湿式氧化法、超临界水氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法等。生物方法有：传统的脱氮工艺，如A/O法、三级活性污泥法脱氮工艺、两级活性污泥法脱氮工艺、UCT脱氮工艺、氧化沟（OxidationDitch）生物脱氮工艺等。新型的脱氮工艺，如同时硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺、OLAND工艺、SHAROH工艺等。化学方法有：吹脱法、折点加氯法、化学沉淀法、离子交换法、超重力脱氮法等。二、化学方法脱氮1.吹脱法废水中的氨氮可以气态吹脱。废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：

该法是利用废水中所含的实际浓度和平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮不断地由液相转移到气相中，从而达到从废水中去除氨氮的目的。

二、化学方法脱氮1.吹脱法吹脱法的工艺流程如图：

调节pH值沉淀氨吹脱空气+氨气沉淀石灰乳石灰回收装置再碳酸化处理水含氨废水污泥空气CO2污泥二、化学方法脱氮1.吹脱法影响氨吹脱塔的工艺因素主要有吹脱塔的类型、pH值、温度、水力负荷、气液比、塔高和填料的布置等。

pH值废水中的氨氮，大多数以NH3与NH4+形式存在，并在水中通过上述式子保持平衡，该平衡关系受pH值的影响，当pH值升高时，平衡向左移动，废水中游离氨的比率增大。为了提高氨氮的脱除效率，必须使pH值提高到废水中氨离子都转变成游离氨的数值上。氨吹脱工艺一般在废水中投加石灰在10.5~11.5的范围。温度在一定压力下，气体在废水中的溶解度随温度升高而降低，因此，升高温度对吹脱废水中的氨氮是有利的。水力负荷水力负荷过大和过小都不利于废水中氨态氮的脱除。实验表明，当水力负荷在1.82~5.72m3/(m2.h)范围内，氨的吹脱效率变化甚小。设计氨吹脱塔的水力负荷值常取2.4~7.2m3/(m2.h)。气液比为保证90%氨的去除率，气液比应为3590m3/m3。对于逆流吹脱塔，塔内风速的上限为168m/min。最好使气液比控制在液泛极限，此时传质效率较高。其他因素填料塔塔体大，传质不如筛板塔，当废水中悬浮物交多时，易发生堵塞现象。他的高度取决于所选的填料，也影响着氨的去除率。而填料因为表面光滑不易结垢。二、化学方法脱氮1.吹脱法

该法去除氨氮工艺的主要问题如下：

水温降低时，水中氨的溶解度会增加，从而减少氨吹脱的推动力，当环境温度低于0℃，氨吹脱塔无法运行。进入吹脱塔的污水pH值高而不稳定，极易在填料表面生成碳酸钙沉淀，从而降低吹脱效率。不能处理硝态氮。容易产生二次污染及增加排水中的溶解性固体含量。二、化学方法脱氮2.折点加氯法

含氨氮的水加氯时，有下列反应：

总反应式：

二、、化化学学方方法法脱脱氮氮2.折点点加加氯氯法法余氯氯浓浓度度氨氮氮浓浓度度最大大余余氯氯加氯氯量量余氯氯量量最小小余余氯氯5.07.6氨氮氮浓浓度度Cl2:NH4+-N(重量量比比)折点点二、、化化学学方方法法脱脱氮氮2.折点点加加氯氯法法工程程特特点点折点点氯氯化化脱脱氮氮可可以以使使出出水水氨氨氮氮浓浓度度控控制制在在0.1mg/L之内内，可可以以作作为为一一个个单单独独的的脱脱氮氮工工艺艺来来采采用用，，也也可可以以对对生生物物脱脱氮氮工工艺艺出出水水深深度度处处理理，，从从而而进进一一步步去去除除废废水水中中的的氮氮素素。。折点点氯氯化化脱脱氮氮反反应应迅迅速速，，设设备备费费用用低低；；但但是是液液氯氯的的安安全全使使用用和和贮贮存存要要求求，，运运行行中中加加氯氯量量大大，，从从而而运运行行管管理理成成本本高高。。此此法法不太太适适合合大流流量量的高高浓浓度度含含氮氮废废水水的的处处理理。。二、、化化学学方方法法脱脱氮氮2.折点点加加氯氯法法工艺艺控控制制因因素素预处处理理情情况况含氮氮废废水水除除氨氨氮氮外外往往往往还还含含有有一一些些能能消消耗耗氧氧化化剂剂氯氯的的无无机机还还原原物物质质如如S2-、HS-、SO32-、NO2-和Fe2+，以以及及有有机机物物等等。。因因此此，，为为保保证证氨氨氮氮氯氯化化反反应应的的完完全全进进行行，，实实际际投投氯氯量量应应大大于于理理论论计计算算值值7.6。pH值废水水中中的的pH值影影响响氯氯化化反反应应的的速速度度和和产产物物，，当当pH值越越高高，，氯氯化化反反应应的的副副产产物物为为NO3-增加加，，过过低低，，氯氯化化反反应应的的副副产产物物为为NCl3增加加。。因因此此，，当当pH值为为中中性性条条件件时时进进行行废废水水的的氯氯化化处处理理较较为为合合适适，，同同时时要要准准确确控控制制好好氯氯的的投投入入量量。。氯化化反反应应的的速速度度在氯氯气气通通入入水水中中于于污污水水中中的的氨氨氮氮发发生生的的化化学学反反应应中中，，氮氮气气的的生生成成是是通通过过一一氯氯胺胺和和次次氯氯酸酸发发生生化化学学反反应应而而形形成成的的，，因因此此中中间间产产物物一一氯氯胺胺的的生生成成速速度度对对整整个个脱脱氮氮反反应应来来说说是是十十分分重重要要的的。。余氯的脱脱除问题题折点氯化化法脱除除废水中中的氨氮氮后，其其经处理理的水中中或多或或少皆有有余氯，，余氯对对水生物物有毒害害作用。。通常采采用二氧化硫硫或活性性碳来脱脱除。二、化化学方法法脱氮3.化学沉淀淀法化学沉淀淀法是20世纪90年代兴起起的一种种新工艺艺，此法法可以处处理各种种浓度的的氨氮废废水，尤尤其适合合于高浓浓度氨氮氮废水的的处理。。反应机理理通过投加加Mg2+和PO43-，使之与与废水中中的氨氮氮生成难难溶的复复盐MgNH4PO4·6H2O（MagnesiumAmmouiumPhosphate简称MAP）沉淀物物（0℃时其溶解解度仅为为0.023g/100mol），从而而达到净净化废水水中氨氮氮的目的的。二、化化学方法法脱氮3.化学沉淀淀法俗称鸟类类石，其其营养成成分比其其它可溶溶性肥料料的释放放速率慢慢，故可可将其作作为缓释释肥料、、堆肥、、花园土土壤，或或作为干干污泥的的添加剂剂、结构构制品的的阻火剂剂或作耐耐火砖等等。Mg2+可以用、、MgO、Mg（NO3）2等，PO43-可用H3PO4，或者用用NaH2PO4、Na2HPO4·12H2O等。二、化化学方法法脱氮3.化学沉淀淀法工艺控制制条件pH值当溶液pH值太高时时，容易易造成工工艺中NH3的挥发而而污染环环境并造造成氨的的损耗。。通过实验验可知，，MAP沉淀法的的pH值最好不不要大于于9.5。pH值在10.5～12时，固定定氨会从从MAP中游离出出来，生生成更难难溶的Mg3（PO4）2。沉淀时间间沉淀时间间与MAP形成的晶晶粒大小小有关。。通常沉沉淀时间间1min其晶粒长长为0.1mm，沉淀60min，晶粒长长0.8mm，沉淀3小时则晶晶粒长3mm。且沉淀淀粒子大大，沉淀淀效果就就好。物料比Mg2+浓度对的的形成影影响较大大。当以MgCl2·6H2O，NaH2PO4·12H2O为沉淀剂剂时，Mg2+：NH4+：PO43-=1：1：1时，在pH值为8.6时，可使使污水中中的氨氮氮从5628mg/L降到65mg/L，氨氮的的去除率率可达到到98%以上。当以n(Mg)：n(N)：n(P)=1.3：1：1.08（质量比比）投加加Mg2+和PO43-时，在pH值为9时，污水水中所含含的（900～7500）mg/L的氨氮去去除率最最高可达达98%。1、生物脱脱氮机理理三、生物物方法脱脱氮硝化反应应总反应式式为：生物脱氮氮一般由由硝化和和反硝化化两个过过程完成成。硝化化过程可可以分为为两个过过程，分分别由亚硝酸菌菌和硝酸酸菌完成。这这两种细细菌统称为硝硝化细菌菌，属于化能自养养型微生生物，硝化菌菌属专性性好氧菌菌，它们们利用无无机化合合物如CO32-、HCO3-和CO2作碳源，，从NH4+或NO2-的氧化反反应中获获得能量量。反应应式如下下：亚硝酸菌菌有亚硝硝酸单胞胞菌属、、亚硝酸酸螺杆菌菌属和亚亚硝酸球球菌属，，硝酸菌菌有硝酸酸杆菌、、螺菌属属和球菌菌属。硝化细菌菌是化能能自养菌菌，生长长率低，，对环境境条件较较为敏感感，温度度，溶解解氧，污污泥龄，，pH值，有机机负荷等等都会对对它产生生影响。。1、生物脱脱氮机理理三、生物物方法脱脱氮硝化反应应硝化反应应对溶解解氧有较较高的要要求，处处理系统统中的溶溶解氧最最好保持持在2mg/L以上。另另外，在在硝化反反应过程程中，有有H+释放出来来，使pH值下降，，硝化菌菌受pH值的影响响很敏感感，为了了保持适适宜的pH值7~8，应该在在废水中中保持足足够的碱碱度，以以调节pH值的变化化。1克氨态氮氮（以氮氮计）完完全硝化化，需要要4.57g氧（其中中亚硝化化反应需需耗氧3.43g，硝化反反应需耗耗氧1.14g）,同时约需需碱度（（以CaCO3计）7.14g以平衡硝硝化产生生的酸度度。1、生物脱脱氮机理理三、生物物方法脱脱氮亚硝酸菌菌和硝酸酸菌的特特性如表表所示：：项目亚硝酸菌硝酸菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸1~1.50.5~1革兰氏染色阴性阴性世代期（h）8~3612~59需氧性严格好氧严格好氧最大比增长速率0.96~1.920.48~1.44产率系数0.04~0.130.02~0.07饱和常数0.3~3.60.3~1.71、生物脱脱氮机理理三、生物物方法脱脱氮反硝化反反应反硝化反反应是指指在无氧氧条件下下，反硝硝化菌将将硝酸盐盐和亚硝硝酸盐还还原为氮氮气的过过程，反反应如下下：反硝化菌菌为异养养型兼性性厌氧菌菌，在有有氧存在在时，它它会以氧氧气为电电子受体体进行耗耗氧呼吸吸；在无无氧而有有硝酸盐盐氮或亚亚硝酸盐盐氮存在在时，则则以硝酸酸盐氮或或亚硝酸酸盐氮为为电子受受体，以以有机碳碳为电子子供体和和营养液液进行反反硝化反反应。1、生物脱脱氮机理理三、生物物方法脱脱氮反硝化反反应在反硝化化反应中中，最大大的问题题就是污污水中可可用于反反硝化的的有机碳碳的多少少及其可可生化程程度。当当污水中中BOD5/TKN4~6时，可认认为碳源源充足。。碳源按按其来源源可分为为三类：：第一类为为外加碳碳源，多多为投加加甲醇，这是因因为甲醇醇结构简简单，被被分解后后的产物物为二氧氧化碳和和水，不不产生难难以降解解的中间间产物，，缺点费费用高；；反硝化反反应中每每还原1gNO3-可提供2.6g的氧，同同时产生生3.47g的CaCO3和0.45g反硝化菌菌，消耗耗2.47g甲醇（约约为3.7gCOD）。第二类为为污水，，因为原原污水中中含有有有机碳；；第三类为为内源呼呼吸碳源源——细菌体内内的原生生物质及及其储存存的有机机物。1、生物脱脱氮机理理三、生物物方法脱脱氮综上所述述，可以以得到在在硝化反反应和反反硝化反反应过程程中氮元素的的转化及及氧化还还原态的的变化如如表所示示：氮的价态变化氮的转化-3氨或铵离子NH4+-N-2-1羟胺NH2OH0氮气N2N2+1硝酰基NOH+2

NO2·NHOHNO一氧化氮气体+3亚硝酸盐NO2—NO2—+4+5硝酸盐NO3—2、传统的的生物脱脱氮工艺艺三、生物物方法脱脱氮分析环境境对硝化化与反硝硝化的影影响影响因素硝化过程反硝化过程温度硝化反应的适宜温度为20oC~30oC。低于15oC时，反应速度迅速下降，5oC时反应几乎完全停止。温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。反硝化反应的温度范围较宽，在5℃~40℃范围内都可以进行。但温度低于15℃时，反硝化速率明显下降。最适宜的温度为20oC~40oC。pH值

硝化菌受pH值的影响很敏感，比较适宜的pH值范围为7.0~8.0。硝化过程消耗碱度，使得pH值下降，因此需补充碱度。

反硝化反应的适宜pH值为6.5~7.5。pH值高于8或低于6时，反硝化速率将迅速下降。反硝化过程会产生碱度。

溶解氧溶解氧是硝化过程中的电子受体，硝化反应必须在好氧条件下进行。一般要求在2.0mg/l以上。

溶解氧会与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活性。一般认为，活性污泥系统中，溶解氧应保持在0.5mg/l以下。

C/N由于硝化菌是自养菌，水中的C/N不宜过高，否则将有助于异样菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例将下降。在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。一般认为，当反硝化反应器污水的BOD5/TKN值大于4~6时，可以认为碳源充足。

2、传统的的生物脱脱氮工艺艺三、生物物方法脱脱氮a.A/O生物脱氮氮工艺A/O（Anoxic/Oxic）法脱氮氮工艺，，是在20世纪80年代初开开创的工工艺流程程，其主主要特点点是将反反硝化反反应器放放置在系系统前，，故又称称为前置反硝硝化生物物脱氮系系统，这是目目前采用用比较广广泛的一一种脱氮氮工艺。。其工艺流流程如下下：缺氧池好氧池沉淀池回流污泥(20%~100%)剩余污泥进水出水混合液回流2、传统的的生物脱脱氮工艺艺三、生物物方法脱脱氮a.A/O生物脱氮氮工艺优点：1.反硝化反反应以污污水中的的有机物物为碳源源，节省了了外碳碳源的的费用用并可获获得较较高的的C/N比，以以确保保反硝硝化作作用的的充分分进行行；2.好氧池池在缺缺氧池池之后后，可可进一一步去去除反反硝化化残留留的有有机污污染物物，确确保出出水水水质达达到排排放标标准；；3.曝气池池中含含有大大量的的硝酸盐盐的回流流混合合液，，在缺缺氧池池中进行反反硝化化脱氮氮。在反反硝化化反应应中产产生的的碱度度可补补偿硝硝化反反应中中所消消耗的的碱度度的50%左右。。4.该工艺流流程简简单，无需需外加加碳源源，因因而基基建费费用及及运行行费用用较低低，脱脱氮效效率一一般在在70%左右。。缺点：：但是由由于出出水中中含有有一定定浓度的的硝酸酸盐，在二二次沉沉淀池池中，，有可可能进进行反反硝化化反应应，造成污污泥上上浮，，影响响出水水水质质。2、传统统的生生物脱脱氮工工艺三、生生物方方法脱脱氮由巴巴茨（（Barth）开创创的传传统活活性污污泥法法脱氮氮工艺艺为三三级活活性污污泥法法流程程，它它是以以氨化化、硝硝化和和反硝硝化3个生化化反应应为基基础建建立的的。其其工艺艺流程程如图图所示示。b.三级活活性污污泥法法脱氮氮工艺艺甲醇氮气曝气池(去除BOD)(氨化)沉淀池(1)硝化池(硝化)沉淀池(2)反硝化池(反硝化)沉淀池(3)碱原水污泥回流剩余污泥污泥回流剩余污泥污泥回流剩余污泥出水2、传统统的生生物脱脱氮工工艺三、生生物方方法脱脱氮b.三级活活性污污泥法法脱氮氮工艺艺该工艺艺流程程将去去除BOD5与氨化化、硝硝化和和反硝硝化分分别在在三个个反应应池中中进行行，并并各自自有其其独立立的污污泥回回流系系统。。第一级级曝气气池为一般般的二二级处处理曝曝气池池，其其主要要功能是是去除除BOD，将有有机氮氮转化化为NH3-N，即完完成有有机碳碳的氧氧化和和有机机氮的的氨化化功能能。第第一级级曝气气池的的混合合液经经过沉沉淀后后，出出水进进入第二级级曝气气池，称为为硝化化曝气气池，，进入入该池池的污污水，，其BOD5值已降降至15～20mg/L的较低低水平平，在在硝化化曝气气池内内进行硝硝化反反应，使NH3-N氧化为为NO3--N，同时时有机机物得得到进进一步步的降降解。。硝化化反应应要消消耗碱碱度，，所以以需要要投加加碱，，以防防pH值下降降。硝硝化曝曝气池池的混混合液液进入入沉淀淀池，，沉淀淀后出出水进进入第三级级活性性污泥泥系统统，成成为反反硝化化反应应池，在缺缺氧条条件下下，NO3--N还原为为气态态氮气气，排排入大大气。。因为为进入入该级级的污污水中中的BOD5值很低低，为为了使使反硝硝化反反应正正常进进行，，所以以需要要投加加甲醇醇作为为外加加碳源源，但但是为为了节节省运运行成成本，，也可可以引引入污污水充充作碳碳源。。2、传统统的生生物脱脱氮工工艺三、生生物方方法脱脱氮b.三级活活性污污泥法法脱氮氮工艺艺优点：：有机底底物降降解菌菌、硝硝化细细菌、、反硝硝化细细菌分分别生生长增增殖，，环境境条件件适宜，，而且且各自自回流流沉淀淀池分分离的的污泥泥，反反应速速度快快而且且反应应比较较彻底底。缺点：：1.处理流流程长长，设设备多多、造造价高高、管管理不不方便便。2.反硝化化反应应需外外加碳碳源，，从而而增加加了运运行成成本。。3.为保证证出水水水质质和溶溶解氧氧，有有的需需再设设曝气气反应应器，，从而而增加加了动动力费用。。1、同时时硝化化反硝硝化工工艺四、新新型的的生物物脱氮氮工艺艺近年来来，国国内外外研究究人员员对生生物脱脱氮工工程实实践中中遇到到的问问题和和现象象进行行了大大量的的理论论和实实验研研究，，越来来越多多的学学者发发现硝硝化反反应和和反硝硝化反反应可可以在在同一一操作作条件件下在在同一一反应应器内内进行行，即即同时时硝化化和反反硝化化(SND即simultaneousnitrificationanddenitrification)。关于同同时硝硝化和和反硝硝化的的研究究，目目前国国内外外学者者普遍遍认同同的观观点有有物理学学（即即微环环境理理论））、生物及及生物物化学学角度度。1、同时时硝化化反硝硝化工工艺四、新新型的的生物物脱氮氮工艺艺物理学学理论论认为为，同同时硝硝化和和反硝硝化是是由于于氧在在微生生物絮絮凝体体内的的物质质传递递受阻阻，而而在活活性污污泥絮絮凝体体内部部或生生物膜膜里侧侧形成成一个个微生生物厌厌氧区区，从从而为为异养养反硝硝化菌菌提供供了条条件使使其进进行反反硝化化。物理学学角度度物理学学理论论认为为的同同时硝硝化和和反硝硝化机机理可可以用用图表表示:由于溶溶解氧氧的穿穿透能能力有有限，，使絮絮凝体体内部部溶解解氧较较低，，形成成了缺缺氧区区，主主要生生存着着异养养反硝硝化菌菌，进进行反反硝化化反应应。而而在絮絮凝体体外部部溶解解氧穿穿透的的地方方形成成了好好氧区区，自自养型型的好好氧硝硝化菌菌占优优势，，进行行硝化化反应应。1、同时时硝化化反硝硝化工工艺四、新新型的的生物物脱氮氮工艺艺物理学学角度度从物理理学角角度看看，影影响同同时硝硝化和和反硝硝化的的因素素包括括以下下几个个方面面：2.溶解氧氧(或氧分分压)：在同时时硝化化和反反硝化化中，，溶解氧氧的控控制是是很重重要的的。溶解解氧的的浓度度必须须足够够高以以使硝硝化反反应能能够进进行，，同时时溶解解氧浓浓度的的增加加将提提高对对生物物絮凝凝体的的穿透透力,所以又又必须须足够够低以以便能能够在在絮凝凝体内内部形形成厌厌氧区区，保保证反反硝化化的顺顺利进进行。。BruceE.etal提出理理想的的溶解解氧浓浓度是是0.1~0.5mg/l。3.絮凝体体的大大小：影响絮絮凝体体扩散散阻力力的两两个重重要因因素是是絮凝凝体的的大小小及絮絮凝体体大小小的分分布函函数。。微生生物絮絮凝体体的大大小（（假设设絮凝凝体为为球体体，以以直径径表示示其大大小））对能能否在在其内内形成成一个个厌氧氧区起起着很很大的的作用用。1.碳源：：反硝化化反应应是异异养型型微生生物完完成的的生化化反应应，它它们在在溶解解氧极极低的的条件件下利利用硝硝酸盐盐中的的氧作作为电电子受受体，，有机机物作作为碳碳源及及电子子供体体。碳碳源物物质不不同，，反硝硝化速速率也也不同同。1、同时时硝化化反硝硝化工工艺四、新新型的的生物物脱氮氮工艺艺生物学学角度1.异养硝硝化的的微生生物及及生物物化学学物理学学解释释是一一种比比较传传统的的观点点，并并未被被大家家普遍遍接受受。ChristineHelmeretal在用生生物转转盘处处理垃垃圾渗渗滤液液时，，用机机械方方法使使生物物膜均均质（（homogenizing），以破坏坏生物膜内内可能存在在的厌氧区区，结果发发现在氧的的浓度为1mg/l，且未加碳碳源的条件件下，有近近90%的氨氮被去去除，但只只有少量的的硝酸盐产产生，也未未发现亚硝硝酸盐的积积累。他们们认为，传传统的解释释在这里不不成立，进进而推测在在生物膜上上生长着一一大群自养养型微生物物可以进行行好氧反硝化化，但也不排排除存在异养硝化菌菌的可能性。事实上，早早在八十年年代生物学学家就研究究发现，许许多硝化菌菌如荧光假假单胞菌(Pseudo-monasfluorescens)、粪产碱菌菌（Alcaligenesfaecalis）、致金色色假单胞菌菌（Pseudomonasaureofaciena）、铜绿假假单胞菌（（Pseudomonasaeruginos）等都可可以进行异异养硝化。。同自养型硝硝化菌相比比，异养型型硝化菌具具有生长速速率快，细细菌产量高高；要求的的溶解氧的的浓度较低低；能够在在偏酸性环环境中生长长等特点。。1、同时硝化化反硝化工工艺四、新型的的生物脱氮氮工艺生物学角度2.好氧反硝化化的微生物物及生物化化学文献报道在在实验室里里的纯菌种种和混合菌菌种的培养养中，以及及在处理城城市污水、、垃圾渗滤滤液时都发发现了好氧氧反硝化的的现象。。通常认为为反硝化菌菌在有微量量分子态氧氧存在的条条件下，总总会优先利利用O2作为电子受受体而不是是亚硝酸盐盐和硝酸盐盐中的氮。。在纯培养养条件下，，0.2mg/l的溶解氧即即可使反硝硝化过程停停止运行，，但好氧氧反硝化中中氧的浓度度可在0.1~0.8mg/l，甚至达到到1.0mg/l。氧化还原原电位（ORP）控制在-50mv~+50mv或-100mv~+100mv。大量研究表表明，传统统的硝化菌菌可以进行行好氧反硝硝化。Bocketal在纯细菌培培养中发现现硝化杆菌菌（Nitrobacter）在交替的的好氧和厌厌氧的条件件下不仅可可以氧化亚亚硝酸根，，而且还能能将硝酸根根依次还原原成亚硝酸酸根，氨氮氮直至氮气气或N2O释放。同厌氧反硝硝化相比，，好氧反硝硝化的特点点是：反硝硝化率相对对比较低；；在交替好好氧和厌氧氧的条件下下能在某些些适当的位位置具有生生态上的优优势；需要要特定的碳碳源如甲醇醇等。1、同时硝化化反硝化工工艺四、新型的的生物脱氮氮工艺生物学角度2.好氧反硝化化的微生物物及生物化化学从生物化学学角度，氨氨氮转化为为硝酸盐氮氮的过程可可以如下表表示：NH3H2N-NH2NH2-OHN2N2ONONO2-NO3-在这个过程程中至少有有三种中间产物N2、N2O和NO以气态形式式产生。2.亚硝酸型硝硝化原理四、新型的的生物脱氮氮工艺按传统的生生物脱氮技技术，在反反应过程严严格按照硝硝化和反硝硝化进行，，通过在第第一步提供供足够的氧氧气将NH4+氧化成NO2-阶段和NO2-进一步氧化化成NO3-阶段，在厌厌氧条件下下，NO3-通过NO2-还原成氮气气的过程，，这种常规规的过程在在硝化阶段段进行曝气气通常需要要消耗大量量的能量，，反硝化阶阶段则需要要有机碳源源的额外加加入。为了了实现生物物脱氮过程程的可持续续性，人们们开发了另另一种生物物脱氮途径径：亚硝酸酸型硝化途途径，即通过控制运运行条件，，使氨氮的的氧化控制制在亚硝酸酸盐阶段，然后亚硝硝酸盐再进进一步转化化成氮气，，可表示为为：NH4+→NO2-→N2。2.亚硝酸型硝硝化原理四、新型的的生物脱氮氮工艺最近几年研研究表明，，不需要额额外加入有有机碳源，，而通过亚亚硝酸盐途途径的生物物脱氮构成成已成为可可能。亚硝硝酸型生物物脱氮的技技术与传统统的生物脱脱氮技术相相比具有以以下特点：1.在NH4+→NO2-→NO3-的一连串的的硝化反应应中，限制制因子是亚亚硝化单胞胞菌属增长长速度，而而且为了维维持亚硝酸酸型的硝化化方式所需需要的pH值范围大致致在7.8-8.8。在这个范范围内，亚亚硝化单胞胞菌属的增增长速度较较维持硝酸酸化方式所所必须的pH值6.8-7.8范围的增长长速度大。。为完成硝硝化作用所所需要的极极限污泥负负荷范围大大。2.对流入硝化化反应器的的NH3进行生物氧氧化时，把把NH3氧化到NO2-为止，较氧氧化到NO3-为止更能节节省能源。。3.亚硝酸型脱脱氮方式中中，在脱氮氮反应初期期便存在着着来自NO2-的阻碍作用用的一段停停滞期，但但尽管包括括这个停滞滞期在内，，NO2-的还原速度度仍然较NO3-的还原速度度大。4.在亚硝酸型型脱氮方式式中，作为为脱氮菌所所必须的氢氢供体，即即有机碳源源的需要量量较硝酸型型脱氮减少少50%左右。四、新型的的生物脱氮氮工艺亚硝酸型硝硝化实现条条件亚硝酸型硝硝化反应的的控制一定定程度上取取决于对两两种硝化细细菌的控制制。亚硝化化细菌和硝硝酸细菌在在生理机制制及动力学学特征上存存在固有的的差异，导导致某些影影响因素对对其存在不不同的抑制制作用，从从而影响硝硝化形式。。主要因素素有温度、、pH值、溶解氧氧（DO）、游离氨氨（FA）和污泥泥泥龄等，国国内外一些些学者在这这方面作过过很好的研研究。（1）温度生物硝化反反应的适宜宜温度为20oC~350C，一般温度度低于150C硝化速率会会降低。硝硝化杆菌在在低温（150C以下）和高高温（300C以上）时受受到抑制的的程度比亚亚硝化单胞胞杆菌要大大，因此，，控制硝化化阶段温度度在低温度度或较高温温度时，硝硝化产物主主要是亚硝硝酸。（2）溶解氧浓度度亚硝酸菌和和硝化菌是是绝对好氧氧菌keisukehanakietal实验发现，，DO<0.5mg/l时，亚硝化化单胞杆菌菌的增长量量加倍从而而弥补了低低溶解氧造造成的机质质利用率的的降低，但但硝化杆菌菌的产量未未发现增加加，产生亚亚硝酸盐的的积累。（3）pH值pH值是亚硝酸酸硝化的一一个决定因因素，最近近研究表明明，在pH值为7.4-8.3时，亚硝酸酸积累速率率达到很高高，NO2--N生成速度在在pH值8.0附近达到最最大；而NO3—N生成速度在在pH值7.0附近达到最最大。四、新型的的生物脱氮氮工艺亚硝酸型硝硝化实现条条件（4）游离氨（FA）FA对硝化作用用有明显的的抑制作用用，硝化杆菌属属较亚硝化化单胞菌属属更易受到到FA的抑制，0.6mg/l的FA几乎就可以以全部抑制制硝酸杆菌菌属的活性性，当FA达到5mg/l以上才会对对亚硝化单单胞菌属活活性产生影影响，当达达到40mg/l才会严重抑抑制亚硝酸酸的形成。。FA（以NH3-N计，mg/l）=（5）控制泥龄由于亚硝酸酸菌的世代代周期比硝硝酸菌世代代周期短，，在悬浮处处理系统中中，若泥龄龄介于与亚亚硝酸菌和和硝酸菌的的最小倍增增时间之间间时，系统统中硝酸菌菌会逐渐被被冲洗掉，，使亚硝酸酸菌成为系系统优势菌菌种，从而而维持稳定定的NO2--N积累。Kb/Kw=exp[6334/（273+T）]Kb—NH3-N在水中的平平衡常数（（25oC时，Kb=10-4.8）Kw—水的平衡常常数（25oC时，Kw=10-14）a、SHARON工艺四、新型的的生物脱氮氮工艺SHARON（SinglereactorforHighAmmoniumRemovalOverNitrite）,简称单一反反应器的亚亚硝酸盐去去除氨氮工工艺。此工工艺是Delft技术大学在在1997年提出的。。其基本原理理就是使硝化反应应停留在亚亚硝酸阶段段，为了抑制制亚硝酸盐盐转化为硝硝酸盐。该该工艺的核核心是应用用了硝酸菌菌和亚硝酸酸菌的不同同生长速率率，即在高温（30oC~35oC）下，亚硝硝酸细菌的的生长速率率明显高于于硝酸菌的的生长速率率，亚硝酸菌菌的最小停停留时间小小于硝酸菌菌这一固有有特性控制制系统的水水力停留时时间，使其其介于硝酸酸菌和亚硝硝酸菌最小小停留时间间之间，从从而使亚硝硝酸菌具有有较高的浓浓度而硝酸酸菌具有较较高的浓度度而硝酸菌菌被自然淘淘汰，从而而维持了稳稳定的亚硝硝酸积累，，然后进行行反硝化。。a、SHARON工艺四、新型的的生物脱氮氮工艺荷兰研究人人员Hunik绘出了亚硝硝化细菌和和硝化细菌菌的最小污污泥与温度度之间的关关系，如图图所示：

54321010203040亚硝化单胞杆菌硝化杆菌

最小停留时间/d温度/oCa、SHARON工艺四、新型的的生物脱氮氮工艺这样在完全全混合反应应器里控制制较短的水水力停留时时间，提供供较高的温温度就可以以将硝化杆杆菌去掉。。该工艺与与传统工艺艺相比，O2和CH3OH分别节约了了25%和40%。利用此工工艺的两两座废水水处理厂厂已在荷荷兰建成成，用于于处理城城市污水水二级处处理系统统中污泥泥消化上上清液和和垃圾渗渗滤液等等高氨氮氮废水。。工艺利利用了消消化液自自身温度度较高的的特点，，对大多多数工程程意义并并不是很很大，且且其去除除率最大大达90%，当今水水氨氮浓浓度为1000mg/l时，除水水氨氮仍仍高达100mg/l。b、OLAND工艺四、新型型的生物物脱氮工工艺OLAND(OxygenLimitedAntotrophicNitrificationandDenitrification)工艺，又称限氧氧自养硝硝化-反硝化工工艺。。是限氧亚硝硝化和厌厌氧氨氧氧化相偶偶联的一种新新型生物物脱氮工工艺，它它是由比比利时根根特大学学微生物物生态实实验室于于1996年开发研研制的。该生物脱脱氮系统统实现了了生物脱脱氮在较较低温度度（22-30oC）下的稳稳定运行行，并通通过限氧氧调控实实现了硝硝化阶段段亚硝酸酸盐的稳稳定积累累，同时时提出厌厌氧氨氧氧化反应应过程中中微生物物作用机机理的新新概念。。此技术术核心是是通过严严格控制制DO使限氧亚亚硝化阶阶段进水水NH4+-N转化率控控制在50%，进而保保持出水水中NH4+-N与NO2--N的比值在在1∶(1.2±±0.2)。b、OLAND工艺四、新型型的生物物脱氮工工艺反应过程程见下：：在OLAND系统中，，控制反反应的关关键是氧的供供给，即如何何提供合合适的氧氧使硝化化反应只只进行到到亚硝酸酸阶段。。目前，，这种控控制只是是在纯的的细菌培培养中得得以实现现，而在在连续的的混合细细菌培养养中还很很难做到到。OLAND系统可以以节省氧氧气和碳碳源的耗耗量，但但它的处处理能力力还很低低。3.厌氧氨化化工艺四、新型型的生物物脱氮工工艺厌氧氨化化（ANAMMOX即AnaerobicAMMoniumOxidation）工艺Delft技术大学学的研究究人员，，在用固固定床和和流化床床处理污污泥消化化液出水水中的高高浓度的的氨氮时时发现了了厌氧氨氨化现象象，即在在缺氧的的条件下下将氨氮氮转化为为氮气，，以亚硝酸盐盐作为电电子接受受体。这一过过程是自自养的，，无须投投加碳源源。根据据氮的示示踪实验验认为反反应方程程式如下下所示：：有人进一一步提出出在ANAMMOX过程中，，羟胺（（NH2OH）和朕胺胺（NH2NH2）作为电电子受体体可能参参与了除除氮反应应，具体体过程见见图：3.厌氧氨化化工艺四、新型型的生物物脱氮工工艺ANAMMOX工艺和部部分硝化化结合，，与传统统的硝化化/反硝化相相比，更更具明显显的优势势：1.减少少需需氧氧量量50%-60%；2.无需需另另加加碳碳源源；；3.污泥泥产产量量很很低低；；4.高氮氮转转化化率率（（6kg/(m3.d)）。。比较较OLAND工艺艺和和ANAMMOX工艺艺，，两两者者十十分分相相似似，，都都是是控控制制溶溶解解氧氧的的浓浓度度是是硝硝化化反反应应只只进进行行到到亚亚硝硝酸酸盐盐阶阶段段，，不不同同的的是是前前者者提提供供微微量量的的氧氧，，而而后后者者则则不不需需要要氧氧。。而而且且ANAMMOX工艺艺的的氨氨氮氮去去除除率率达达98.2%，较较之之OLAND工艺艺要要高高。。目前前在在荷荷兰兰、、丹丹麦麦、、意意大大利利等等已已有有污污水水厂厂在在利利用用同同时时硝硝化化和和反反硝硝化化脱脱氮氮工工艺艺运运行行。。但但关关于于同同时时硝硝化化和和反反硝硝化化机机理理的的研研究究大大多多数数仍仍停停留留在在实实验验阶阶段段，，离离投投入入工工程程运运行行还还有有很很长长的的距距离离。。4、生物物膜膜内内自自养养脱脱氮氮工工艺艺四、、新新型型的的生生物物脱脱氮氮工工艺艺所谓谓生物物膜膜内内自自养养脱脱氮氮工工艺艺，，即即CANON（CompletelyAutotrophicNremovalOverNitrite）就就是是在在生生物物膜膜系系统统内内部部可可以以发发生生亚亚硝硝化化，，若若系系统统供供氧氧不不足足则则膜膜内内部部厌厌氧氧氨氨氧氧化化（（ANAMMOX）微微生生物物也也能能同同时时发发生生，，那那么么生生物物膜膜内内一一体体化化的的完完全全自自养养脱脱氮氮工工艺艺便便可可能能实实现现。。在在实实践践中中，，这这种种一一体体化化的的自自养养脱脱氮氮现现象象确确实实已已经经在在一一些些工工程程或或实实验验中中被被观观察察到到，，他他的的工工作作原原理理见见图图厌氧氧层层好氧氧层层边界界层层4、生物物膜膜内内自自养养脱脱氮氮工工艺艺四、、新新型型的的生生物物脱脱氮氮工工艺艺在支支持持同同时时硝硝化化与与ANAMMOX的生生物物膜膜系系统统中中，，通通常常存存在在3种不不同同的的自自养养微微生生物物：：亚硝硝化化细细菌菌、、硝硝化化细细菌菌和和厌厌氧氧氨氨氧氧化化细细菌菌。这这3中细细菌菌竞竞争争氧氧、、氨氨氮氮与与亚亚硝硝酸酸氮氮。。如如上上所所述述，，由由于于亚亚硝硝化化细细菌菌与与硝硝化化细细菌菌间间对对氧氧的的亲亲和和性性不不同同，，以以及及传传质质限限制制等等因因素素，，亚亚硝硝酸酸氮氮在在生生物物膜膜表表层层的的聚聚集集是是可可能能的的。。当当氧氧向向内内扩扩散散到到被被全全部部消消耗耗后后，，厌厌氧氧层层出出现现厌厌氧氧氨氨氧氧化化细细菌菌便便可可能能在在此此生生长长。。随随着着未未被被亚亚硝硝化化的的氨氨氮氮与与亚亚硝硝化化后后的的亚亚硝硝酸酸氮氮扩扩散散至至厌厌氧氧层层，，ANAMMOX反应应开开始始进进行行。。CANON工艺艺的的化化学学计计量量式式由由如如下下方方程程式式表表示示。。城市市污污水水中中的的磷磷主主要要的的来来源源：：粪粪便便、、洗洗涤涤剂剂和和某某些些工工业业废废水水。。污污水水中中的的磷磷以以正正磷磷盐盐、、聚聚磷磷盐盐和和有有机机磷磷等等形形式式溶溶解解于于水水中中。。一一般般仅仅能能通通过过物物理理、、化化学学或或生生物物方方法法使使溶溶解解的的磷磷化化合合物物转转化化为为固固体体形形态态后后予予以以费费力力。。物物理理法法因因为为承承办办过过高高，，技技术术复复杂杂而而很很少少应应用用，，因因此此常常用用的的分分离离方方法法有有化学学方方法法和和生生物物方方法法两大大类类。。五、、化化学学方方法法除除磷磷1.磷的的来来源源和和处处理理方方法法2.化学学法法除除磷磷五、、化化学学方方法法除除磷磷化学学法法是是最最早早采采用用的的一一种种除除磷磷方方法法。。它它是是以以磷磷酸酸盐盐能能和和某某些些化化学学物物质质如如铝铝盐盐、、铁铁盐盐、、石石灰灰等等反反应应生生成成不不溶溶解解的的沉沉淀淀物物为为基基础础进进行行的的。。化学学方方法法是是向污污水水中中投投加加药药剂剂，使水水中中磷磷酸酸离离子子生生成成难难溶溶性性的的盐盐，形形成成絮絮凝凝体体与与水水分分离离，，从从而而去去吹吹污污水水中中所所含含磷磷的的一一种种物物理理方方法法。。根根据据使使用用的的药药剂剂不不同同可可分分为为石灰灰沉沉淀淀法法和和金金属属沉沉淀淀法法两种种。。2.化学学法法除除磷磷a.石灰灰沉沉淀淀法法五、、化化学学方方法法除除磷磷正磷磷酸酸盐盐有有氢氢氧氧根根离离子子存存在在的的条条件件下下，，与与钙钙离离子子反反应应生生成成羟羟基基磷磷酸酸钙钙沉沉淀淀。。此反反应应中中，，pH值越越高高，，磷磷的的去去除除率率越越高高。。应应考考虑虑到到污污水水中中碱碱度度、、镁镁也也与与石石灰灰反反应应而而消消耗耗石石灰灰用用量量。。生成成的的CaCO3能提提高高絮絮凝凝体体的的沉沉淀淀性性能能，，而而能能去去除除重重磷磷，，所所以以林林的的总总量量去去除除率率是是较较高高的的。。这种种方方法法主主要要是是投投加加石石灰灰而而使使污污水水pH值升升高高，，随随pH值的的上上升升，，处处理理水水中中总总磷磷量量减减少少，，当当pH值为为11左右右时时，，总总磷磷浓浓度度可可以以小小于于0.5mg/L。为为了了使使pH值达达到到所所要要求求的的数数值值，，必必须须投投加加石石灰灰消消除除碱碱度度所所带带来来的的污污水水缓缓冲冲能能力力。。投投加加石石灰灰量量主主要要取取决决于于污污水水的的碱碱度度。。2.化学学法法除除磷磷a.金属属盐盐沉沉淀淀法法五、、化化学学方方法法除除磷磷采用用的的混混凝凝剂剂有有铝铝盐盐（（硫硫酸酸铝铝、、聚聚合合氯氯化化铝铝））铁铁盐盐（（氯氯化化亚亚铁铁、、氯氯化化铁铁、、硫硫酸酸亚亚铁铁、、酸酸酸酸铁铁））等等。。硫酸酸铝铝与与磷磷反反应应如如下下：：金属属和和磷磷的的物物质质的的量量比比为为理理论论值值的的两两倍倍以以上上。。从从沉沉淀淀物物的的溶溶解解度度看看，，最最适适宜宜的的pH值范范围围：：铝铝盐盐pH值为为6，亚亚铁铁盐盐及及铁铁盐盐pH值分分别别为为8和4.5。生物物除除磷磷是是新新工工艺艺，，近近二二十十年年来来受受到到了了广广泛泛的的重重视视和和研研究究。。目目前前普普遍遍认认可可的的生生物物除除磷磷理理论论是是““聚聚合合磷磷酸酸盐盐(Poly-P)累积积微微生生物物””-PAO(Poly-phosphateAccumulatingOrganisms)的摄摄磷磷释释磷磷原原理理。。它是利用微微生物在好氧条件下对污水中溶解性磷磷酸盐的过过量吸收作作用，然后沉淀分分离而除磷磷。含有过量磷磷的污泥部部分以剩余余污泥的形形式排出系系统，大部部分和污水水一起进入入厌氧状态态，此时污污水中的有有机物在厌厌氧发酵产产酸菌的作作用下转化化为乙酸苷苷：而活性污泥中中的聚磷菌菌在厌氧的的不利状态态下，将体内积积聚的聚磷磷分解，分分解产生的的能量部分分供聚磷菌菌生存。另另一部分能能量供聚磷磷菌主动吸吸收乙酸苷苷转化为PHB（聚β羟基丁酸））的形式储储藏于体内内。聚磷分分解形成的的无机磷释释放回污水水中，这就就是厌氧放磷。进入好氧氧状态后，，聚磷菌将将储存于体体内的PHB进行好氧分分解并积聚聚于体内，，这就使好好氧分解。。六、生物方方法除磷1.生物除磷机机理六、生物方方法除磷1.生物除磷机机理该类微生物物均属异养养型细菌，，现已报道道的种类包包括：不动动杆菌属、、肠杆菌属属、着色菌菌属、脱氮氮微球菌属属等。在厌厌氧条件下下，聚磷菌菌消耗糖元元，将胞内内的聚磷(Poly-P)水解为正磷磷酸盐释放放到胞外，，并从中获获得能量，，同时将环环境中的有有机碳源(挥发性脂肪肪酸VAF)以胞内碳源源存贮物(主要为PHB聚-β-羟基丁酸)的形式贮存存。在好氧氧条件下，，聚磷菌以以O2为电子受体体，演化胞胞内贮存的的PHB及利用产生生的能量过过量地从环环境中摄磷磷，以聚磷磷酸高能键键的形式存存贮。通过过排放高磷磷剩余污泥泥实现去除除磷的目的的。聚磷菌的最最大产率系系数与好氧氧异养菌相相当，即0.5～0.6kgCOD(B)/kgCOD(S)。若以悬浮浮物(SS)的重量为计计算单位，，将会有所所变化，完完全取决于于细菌内所所含的聚磷磷酸盐量高高低。细菌菌的聚磷酸酸盐最高含含量约50%，这相当于于15%～20%的含磷量和和1.0～1.2kgSS/kgCOD(S)的产率系数数。六、生物方方法除磷1.生物除磷机机理A2/O工艺，是一一项能够同同步脱氮除除磷的污水水工艺，如如图所示：：六、生物方方法除磷2.☆A2/O（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺☆出水氮气内循环沉淀池污泥回流（含磷污泥）剩余污泥厌氧池（释放磷）缺氧池(反硝化)好氧池(吸收磷硝化)原水六、生物方方法除磷2.☆A2/O（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺☆该工艺格单单元功能与与特征是，，在原来A/O工艺的基础础上，嵌入入一个厌氧氧池，原水水进入，同同时还有沉沉淀池中的的回流污泥泥，在该反反应器中主主要是释放放磷，同时时有部分有有机物进行行氨化。厌厌氧池的出出水进入缺缺氧池，本本单元是反反硝化细菌菌将由好氧氧池回流的的硝态氮转转化成气态态氮，达到到脱氮的功功能，循环环的混合液液的量较大大，一般是是原污