第4章活性污泥48-49

§4.8脱氮除磷工艺1氮、磷的危害水体富营养化：是由于氮、磷等植物营养物的排入引起水体中藻类大量繁殖的现象。在湖泊、水库等淡水区域水体富营养化主要表现为绿藻和蓝藻的大量生长，也称水华现象；在河口、海湾等区域的水体富营养化会导致红藻等藻类的大量繁殖，也称为赤潮现象。1氮、磷的危害城市污水传统的二级处理法，其功能是去除污水中呈溶解性的有机物。至于氮、磷只能去除细菌细胞由于生理上的需要而摄取的数量，一般氮的去除率为20%-40%，而磷的去除率仅为5%-20%。氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。如果接受污水的水体是城镇水源，且稀释倍数又较小，那么二级处理污水厂出流的水质需进一步改善.1999年统计，我国排放污水中，工业废水COD占比例首次低于生活污水，表明我国目前城市污水排放特性发生了质的变化。城市污水排放成为环境保护主要目标。含N废水含P废水工业废水：有机氮，NH3。NO2-，NO3-生活污水：有机氮（40-50%），NH3（50-60%）洗涤剂、工业原料、农业肥料生产、应用、人体排泄物等。2氮的去除有机氮：蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物等氨氮：NH3NH4+，一般以前者为主亚硝酸、硝酸氮：废水中的氮生活污水中含的氮中，有机氮约占40%—60%，氨氮约占50%-60%。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。硝酸、亚硝酸氮只占0-5%。氨化菌化学法除氮吹脱法：提高pH值至10.5-11.5，然后曝气。去除废水中的氨氮。折点加氯：通过适当的控制，可以完全去除水中的氨氮。离子交换：可以采用天然离子交换剂，如沸石，便宜且可以用石灰再生生物法脱氮生物脱氮：是在微生物的作用下，将有机氮和氨氮转化为N2、NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程在硝化菌的作用下，氨氮进一步分解氧化，分为两个阶段进行，首先在亚硝化菌作用下，转化为亚硝酸盐。氨化菌继而，在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮。总反应式为：亚硝化菌和硝酸菌统称为硝化菌，硝化菌是化能自养菌，革兰氏阴性菌，不生芽孢的短杆状细菌，广泛存在于土壤中，在自然界的氮循环起着重要的作用。反硝化反应：在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐氮还原为氮气的过程。反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，有氧存在时，以氧为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有硝酸根、亚硝酸根存在时，以他们为受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。另外，还有部分用于合成反硝化菌自身。总反应式为：硝化反硝化反应的条件适宜温度：20-30℃，低于15℃时，反应速率迅速下降，5℃时反应几乎完全停止。溶解氧：2mg/L以上pH值：硝化菌受pH值很敏感，为了保持pH值7-8，应在废水中保持足够的碱度。1g氨氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.1g。硝化反应有机碳源：一般C/N>5,（或者BOD5/TKN>3）外加碳源；原水中含有有机碳；内源呼吸碳源pH值：6.5-7.5，高于8或低于6，反硝化速度将迅速下降温度：范围较宽，5-40℃范围内都可以进行，但是温度低于15度，反硝化速度明显下降。反硝化反应生物脱氮工艺三段生物脱氮工艺进水好氧池缺氧池沉淀池出水回流污泥剩余污泥Wuhrmann脱氮工艺（O/A）碳源不足1932年缺氧(Anoxic)-好氧(Oxic)生物脱氮工艺（An/O）80年代初开发的工艺，又称为：前置式反硝化生物脱氮系统，使目前较为广泛采用的一种脱氮工艺，脱氮效率一般在70%左右，但是出水有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，可能进行反硝化反应，造成污泥上浮。AO脱氮工艺，设计水量为10000m3/d，其中印染废水3000m3/d，生产污水7000m3/d。目前每天的总水量大约在5000m3/d，其中印染废水的水量约3000m3/d，生活污水的水量约2000m3/d。

水质：印染废水是经厌氧+接触氧化处理后的水，COD约300~400mg/L，总氮约50~60mg/L，生活污水COD为100mg/L，总氮约10mg/L。

工艺：印染废水水解酸化后与生活污水混合后进入缺氧+好氧池

运行情况：平均进水氨氮在25mg/L左右，缺氧区的进水pH在7.2左右，缺氧的DO0.5~1mg/L左右，除了总氮超标外，其他指标都达标，出水COD约50mg/L，总氮约20mg/L，氨氮小于1mg/L。

结合你目前学到的知识，说明为什么会出现总氮超标的问题？如何调节工艺能够使总氮进一步下降到10mg/L以下而达标？问题：反硝化不充分。原因：1.缺氧池DO高（小于0.3mg/L，不能高于0.5mg/L）2.反硝化碳源不足，应满足C/N>5（BOD5/TKN>3）解决办法：控制缺氧池DO，外加碳源，如甲醇、葡萄糖。Bardenpho脱氮工艺流程同步硝化反硝化工艺（SND）分类：1）硝化、反硝化在不同区域内进行，如：氧化沟（Orbal），人工湿地（CW）2）硝化、反硝化在不同时间内进行，如：SBR（脱氮除磷）原理：1）反应器DO分布不均匀理论；2）缺氧微环境理论；3）微生物学解释；SBR系统中的SND哈工大彭赵旭SBR系统中的SNDSBR系统中的SNDSBR系统中的SND氮的生物转化过程同步硝化反硝化进水强化硝化沉淀池出水回流污泥剩余污泥同步硝化反硝化微环境理论好氧反硝化菌理论中间产物理论（N2O）氮的生物转化过程颗粒性有机氮溶解性有机氮氨氮亚硝酸盐氮/硝酸盐氮氮气水解氨化硝化异化还原同化还原合成合成固氮第一步：NH4++1.5O2 ------------------->NO2-+H2O+2H+第二步：NO2-+0.5O2 ------------------->NO3-第一步：6NO3-+2CH3OH---------------->6NO2-+2CO2+4H2O第二步：6NO2-+3CH3OH

------------->3N2+3CO2+3H2O+6OH-NitrosomonasNitrobacterDenitrifierDenitrifier常规意义下的硝化过程常规意义下的反硝化过程氮的生物转化过程氮的生物转化过程第一步：NH4++1.5O2 ------------------->NO2-+H2O+2H+第二步：NO2-+0.5O2 ------------------->NO3-第一步：6NO3-+2CH3OH------------------>6NO2-+2CO2+4H2O第二步：6NO2-+3CH3OH

------------------>3N2+3CO2+3H2O+6OH-NitrosomonasNitrobacterDenitrifierDenitrifier降低曝气量25%降低碳源需求40%短程反硝化过程氮的生物转化过程SHARON工艺氮的生物转化过程厌氧氨氧化NH4+NO2-NO3-N2ANAMMOX®是九十年代后期正式确认发现的、全新的氨氮生物氧化代谢途径和模式。在ANAMMOX®过程中，经过不完全硝化反应的氨氮和亚硝酸盐氮会在一种特殊菌种的作用下相互结合而生成氮气，从而达到高效去除氨氮的效果。氮的生物转化过程ANAMMOX+SHARON工艺的最佳搭档厌氧生物转盘培养ANAMMOXCANON工艺(Completelyautotrophicammoniumremovalovernitrite),即生物膜内自养脱氮工艺。即一个反应器中的ANAMMOX+SHARON3磷的去除化学法：磷酸盐和某些化合物反应生成不溶解的沉淀物，如：铝盐、铁盐、石灰（钙盐）等。生物法：聚磷菌（好氧吸磷，厌氧放磷）。进水厌氧池好氧池沉淀池出水回流污泥剩余污泥A/O工艺1973年为了使微生物在好氧池中易于吸收磷，溶解氧应维持在2mg/L以上，pH值应控制在7-8之间。BOD5:PO43-≥10：1，出水中磷的浓度可控制在1mg/L左右。Phostrip除磷工艺流程Poly-p糖原HAcPHBPO43-ATPNADH2Poly-p糖原PHBPO43-ATPNADH2N2NO3-细胞物质合成a)厌氧段DPB释磷b)缺氧段DPB反硝化除磷反硝化除磷氮磷同时去除的转化过程厌氧好氧出水进水剩余污泥缺氧回流污泥

A2/O工艺内循环

1980年出水浓度基本可以在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以下。由于污泥交替进入厌氧好氧池，丝状菌较少，污泥沉降性能很好。厌氧好氧出水进水剩余污泥缺氧回流污泥内循环倒置A2/O工艺硝酸盐在缺氧区消耗殆尽，消除了硝态氮对后续厌氧池的不利影响；微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，吸磷动力得到了更有效的利用。南方某污水处理厂A2/O工艺在实际生产中的应用改良A2/O工艺

TN

TP

进水出水去除率进水出水去除率1月34.914.757.9％3.320.5384.0％8月25.29.363.1％2.310.6571.9％2005年南方某污水处理厂运行情况

北方某污水处理厂80%混合液回流初沉池回流污泥反硝化区厌氧区反硝化区硝化/反硝化调节区硝化区除气区二沉池回流污泥改良A2/O工艺

TN

TP

进水出水去除率进水出水去除率1月92.966.8792.6％100.595.0％8月116.113.688.3％113.370.0％2005年北方某污水处理厂运行情况

A2/O工艺应用普及率高设计处理规模多样泥龄长短矛盾突出内外回流比变化范围大厌氧、缺氧、好氧三段体积比可调出水水质基本达标进水出水好氧池缺氧池沉淀池回流污泥剩余污泥好氧池缺氧池混和液回流厌氧池Phoredox工艺1976年增设的缺氧段Ⅱ能对从好氧段Ⅰ流入的混合液中的NO3-在反硝化菌作用下进行反硝化脱氮，使脱氮率高达90%~95%，而增设的好氧段Ⅱ能提高出流混合液中的DO浓度，防止在沉淀池内因缺氧产生反硝化，干扰污泥的沉降，从而改善了沉淀池中污泥的沉降性能。四段Berdenpho工艺脱氮率高，但除磷效果差，为了提高除磷率，Phoredox工艺在Bardenpho工艺的基础上，在第一个缺氧池前增加了一个厌氧段。增设的厌氧池，保证了磷的释放，在好氧条件下有更强的吸收磷的能力，提高了除磷效率。最终，好氧段（Ⅱ）为混合液提供短暂的曝气时间，也会降低二沉池出现厌氧状态和释放磷的可能性。进水缺氧池好氧池沉淀池出水回流污泥剩余污泥厌氧池硝化液回流混和液回流UCT（UniversityofCapetown）工艺1983年二沉池回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮，同时回流弥补厌氧池中污泥的流失。南非开普敦大学开发类似于A2/O工艺的一种脱氮除磷工艺进水缺氧池1缺氧池2沉淀池出水回流污泥剩余污泥好氧池厌氧池混和液回流混和液回流MUCT工艺1987年出水进水厌氧池缺氧池沉淀池回流污泥剩余污泥好氧池缺氧池进水67％混和液回流33％JHB工艺1991年工艺设计参数A/O法脱氮工艺:水力停留时间若要达到70-80%脱氮率，硝化反应时间不低于6h，反硝化可在2h内完成。硝化与反硝化的水力停留时间之比以3：1为宜。硝化液循环比一般循环比不小于200%，对于活性污泥系统，最高可达600%。氮负荷率应低于0.03gN/gMLSSd，高于此值脱氮效果将显著降低。污泥龄为保持足够的消化菌，一般应在30天以上。混合液浓度（MLSS）在3000mg/L以上，低于此值脱氮效果显著降低。进水总氮浓度应在30mg/L以下。否则脱氮率会降到50%以下。A/O法除磷工艺水力停留时间反应器内总水力停留时间一般为3-6h，厌氧反应段为1-2h，污泥龄为2-25d。污泥负荷污泥负荷一般为0.2-0.7kg/kgd，采用的混合液浓度（MLSS）为2000-4000mg/L污泥含磷量污泥含磷量一般为4%，污泥回流比一般为25%-40%。A/A/O生物脱氮除磷工艺水力停留时间厌氧段水力停留时间为0.5-1.3h，缺氧段为0.5-1h，好氧段为3-6h，污泥龄为4-27d。污泥负荷污泥负荷一般为0.15-0.7kg/kgd，采用的混合液浓度（MLSS）在3000-5000mg/L之间硝化液循环比硝化液循环比一般为100%-400%。污泥回流比污泥回流比一般为40%-100%。An/O脱氮设计1.缺氧池容积Q，m3/d，Nk，进水总凯氏氮g/m3Nte,出水总氮g/m3剩余污泥量，gMLVSS/dKde,反硝化速率，gNO3-/gMLVSS.d,一般为0.03-0.06之间，但是不同碳源该值一般不同，对于没有外来碳源的后置反硝化系统，可取0.01-0.03。gBOD5/(gMLVSS.d)An/O脱氮设计2.好氧池容积：考虑硝化菌正常生长时的好氧区污泥泥龄F：泥龄设计安全系数，一般1.5-2.5，根据进水峰值总凯氏氮与平均总凯氏氮比确定，波动大选择高值。硝化菌比生长速率，d-1硝化反应池DO浓度足够，忽略硝化菌内源呼吸作用。=1=0An/O脱氮设计3.需氧量计算。生物脱氮系统总需氧量：BOD降解需氧量硝化需氧量反硝化提供的氧当量An/O脱氮设计4.混合液回流量好氧区产生的硝酸盐量内回流中的硝酸盐污泥回流中硝酸盐出水中含的硝酸盐=++好氧区产生的硝酸盐浓度，g/m3出水硝酸盐浓度，g/m3内回流比好氧区产生的硝酸盐浓度较高时，需要较大的内回流比才能达到出水要求，一般为2-3，回流比大于4没有必要。见P156页图12-39。§4.9城市污水的三级处理污水三级处理是污水经二级处理后，进一步去除污水中的其他污染成分（如；氮、磷、微细悬浮物、微量有机物和无机盐等）的工艺处理过程。主要方法有生物脱氮法、凝集沉淀法、砂滤法、硅藻土过滤法、活性炭过滤法、蒸发法、冷冻法、反渗透法、离子交换法和电渗析法等。贮水罐

原有工艺二沉池出水回用硝化水回流过滤罐高效生化反应器中间水池将该厂生产废水进行深度处理后，出水回用于循环冷却水补充水、机泵冷却水和绿化用水。设计处理水量为40t/h。丹东石化总厂废水深度处理工程

原水

格栅

调节池

出水回用至循环水系统纤维球过滤罐沉淀池设计处理水量：100t/h。施工:2000年生物移动床反应器（MBBR）抚顺乙烯化工厂污水回用工程

当城市污水厂出水水质要求进一步提高或要求满足回用时，可在生物二级处理法之后，增加混凝、过滤工艺、活性炭吸附工艺、化学氧化法等等，来满足要求。活性炭吸附：主要去除难降解化合物、残余无机化合物，如氮、硫化物的重金属。化学氧化法化学氧化法：种类繁多，包括臭氧氧化、过氧化氢、二氧化氯、湿式氧化、超临界水氧化、光催化氧化等等。臭氧氧化法臭氧（O3），是氧气的同素异形体，为淡蓝色，有特殊的“新鲜”气味，在低浓度下使人感到清爽，浓度高时，具有特殊的臭味，而且有毒。臭氧密度为氧的1.5倍，水中溶解度比氧大10倍，比空气大25倍。臭氧氧化性极强，氧化还原电位仅次于F2。臭氧的制备：目前臭氧制备方法有：无声放电法、放射法、紫外线辐射法、等离子射流法和电解法等。水处理中常用的是无声放电法。臭氧发生器臭氧发生器通常由多组放电发生单元组成，有管式和板式两类。管式有立管式和卧管式两种；目前生产上使用得较为广泛的是管式。臭氧发生器用无声放电法制备臭氧的理论比电耗为0.95kwh/kgO3，而实际电耗大很多。臭氧产率，实际值仅为理论值的10％左右，其余能量均变为热能，使电极温度升高。为此要设冷却设备。臭氧接触反应设备分为汽泡式、水膜式和水滴式三类。臭氧接触反应设备增设了降流和升流管，反应器底部压力增大，从而提高臭氧的利用率。降流管的有效水深为10一12m，流速应小于150mm／s。各格有效水深为2m．流速为13mm／s，接触时间为2．5mm，臭氧的利用率可达90％以上。臭氧接触反应设备这种反应器适用于加注臭氧量较低的场合，缺点是铭耗较大。臭氧接触反应设备臭氧接触反应设备水膜式臭氧接触反应器水滴式臭氧接触反应器臭氧接触反应设备臭氧可使废水中的污染物氧化分解．常用于降低BOD、COD脱色、除奥、除味，杀菌、杀藻，除铁、锰、氰、酚等。优点：a．氧化能力强；b．处理后废水中的臭氧易分解，不产生二次污染；c．制备臭氧用的空气和电不必贮存和运输．操作管理也较方便d．处理过程中一般不产生污泥。缺点：a．造价高；b．处理成本高。过氧化氢氧化法过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，熔点-0.43℃，物理性质和水相似，是一种弱酸，稀释水溶液呈中性，属于强氧化剂，反应迅速。不会给反应溶液带来杂质。Fenton试剂：亚铁离子和过氧化氢的组合。产生羟基自由基，具有高氧化性，其氧化还原电位高于臭氧。类Fenton试剂：在Fenton工艺基础上，与其他工艺相结合的方式，如电-Fenon、光-Fenton等等。过氧化氢单独氧化。在水处理中的应用高级氧化工艺高级氧化工艺（AdvancedOxidationProcess）又称深度氧化技术，具有反应速度快、处理完全、无公害、适用范围广等优点。高级氧化这一概念是Glaze等人在1987年提出的，他们把AOP定义为能够产生羟基自由基(·OH)的氧化过程。目前的高级氧化工艺分为：以H2O2为主体的高级氧化过程；以TiO2为主体的高级氧化过程；以O3为主体的高级氧化过程；湿式氧化和湿式催化氧化；超临界水氧化及超临界水催化氧化；电化学氧化等等Fenton技术Fenton氧化过程1894年由H.J.HFenton发现。1964年加拿大学者H.R.Eisenhaner首次应用Fenton试剂高级氧化法处理苯酚废水和烷基苯废水并取得很好的效果。Fenton试剂高级氧化法因为其工艺相对成熟、简单、不需要特殊的装置即可实现，而且铁做为氧化反应的反应物与催化剂，有经济优势。缺点：1、H2O2耗量较大，成本高；

2、形成Fe污泥，处理成本增加；

3、需要特定pH，对于酸性废水适合，但碱性废水需调节pH。Fenton技术羟基自由基理论…………类Fenton技术在常规Fenton体系中引入紫外光、氧气时可以显著增强Fenton试剂的氧化能力,提高氧化效率,并可节省H2O2的用量，因此,人们在Fenton试剂的基础上又提出了类Fenton系统的概念。UV/H2O2/Fe2+体系；UV/Fe2+-草酸/H2O2工艺；电Fenton体系；……湿式氧化法湿式氧化法（WetAirOxidation简称WAO）是在高温、高压下，利用氧化剂将废水中的有机物转化为二氧化碳和水，从而达到去除污染物的目的。与常规方法相比，具有适用范围广、处理效率高、无二次污染、氧化速度快、可回收能量及有用物料等特点。存在的缺点主要有：1高温高压条件下进行，中间产物有有机酸类，对设备要求较高。2由于反应高温，对大量废水不经济。3某些有机物，如多氯联苯、小分子羧酸取出效果不理想。4湿式氧化可能会产生毒性更强的中间产物。