水污染控制工程课件教学作者孙体昌娄金生第20章生物脱氮除磷

第20章

生物脱氮除磷2/5/20231第20章生物脱氮除磷普通活性污泥法主要是以去除污水中可降解有机物和悬浮物为目的，氮、磷的去除量仅仅是微生物细胞合成过程中从污水中所摄取的量，因此去除率低，氮为20%~40%，磷仅为5%~20%。要求的提高，对污水处理厂出水的氮、磷有越来越严格的控制要求。污水中氮、磷的处理方法有物化法和生物法两种。其中生物法脱氮除磷的效率高、成本低。根据生物脱氮除磷的微生物学原理，脱氮需要有缺氧条件下的反硝化反应，除磷需要有厌氧条件下聚磷菌对磷的释放。本章将介绍一些较为成熟的生物脱氮除磷工艺。2/5/20232第20章生物脱氮除磷20.1生物脱氮20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺20.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

20.2.2A2/O生物除磷工艺20.2.3A2/O生物除磷过程影响因素20.3A2/O生物脱氮除磷

20.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺20.3.2A2/O生物脱氮除磷原理20.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素2/5/20233第20章生物脱氮除磷20.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺20.4.2A-B生物脱氮除磷机理20.5SBR生物脱氮除磷

20.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序

20.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素20.6氧化沟生物脱氮除磷20.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺20.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序20.7工程案例2/5/2023420.1生物脱氮

20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理氮在水中以有机氮和无机氮两种形态存在，有机氮如尿素、氨基酸、蛋白质，无机氮如氨态氮、亚硝态氮和硝态氮等。污水中有机氮的去除要经历氨化、硝化和反硝化过程，最终生成氮气从水中逸出进入大气而除去。1．氨化反应有机氮在好氧状态下被氨化细菌转化为氨态氮。例如，氨基酸的氨化反应为：

2/5/202352．硝化反应在好氧状态下，严格好氧的硝化细菌将氨态氮氧化为硝酸盐氮。反应为：1gNH4+-N完全硝化需氧4.57g，此即硝化需氧量（NOD）。同时，硝化反应使pH值下降，1gNH4+-N完全硝化消耗7.1g碱度（以CaCO3计）。为保持硝化反应适宜的pH值，污水中应有足够的碱度。2/5/202363．反硝化反应反硝化菌在DO浓度很低的环境中，以有机物作为碳源及电子供体，以硝酸根作为电子受体，将硝酸盐还原为氮气。如以甲醇为电子供体时，反应式如下：可见，还原1g硝态氮产生3.57g碱度。另外，反硝化要顺利进行，必须要有足够的电子供体。硝化、反硝化反应中氮的形态转化见表20-1和20-2。2/5/20237表20-1硝化过程中氮的转化氮的氧化还原态–III氨离子NH4+–II–I羟胺NH2OH0+I硝酰基NOH+II+III亚硝酸根NO2-+IV+V硝酸根NO3-氮的氧化还原态–III氨离子NH4+–II–I羟胺NH2OH0N2+I硝酰基NOH+II+III亚硝酸根NO2-+IV+V硝酸根NO3-表20-2反硝化反应中氮的转化2/5/2023820.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺传统的脱氮工艺就是严格按照先氨化和硝化，再进行反硝化脱氮的顺序来进行，工艺流程长，管理复杂，运行费用高。为克服传统的生物脱氮工艺的缺点，根据生物脱氮原理，在20世纪80年代初开创了缺氧-好氧生物脱氮工艺，俗称A1/O工艺（Anoxic-Oxic的缩写，加上下标1，以便于和后面的Anaerobic-Oxic工艺区别开来），工艺流程如图20-1所示。2/5/20239图20-1缺氧-好氧活性污泥脱氮工艺A1/O工艺将反硝化池放在好氧池之前，故又称前置反硝化脱氮。2/5/202310在好氧池中，主要进行有机物的氧化、有机氮的氨化和氨氮的硝化，硝化液大部分回流至反硝化池，称为硝化液内回流。在缺氧池中，反硝化细菌利用污水中的有机物为碳源，回流混合液中的NOX--N作为电子受体，将硝态氮还原为氮气，从而达到脱氮的目的。反硝化池残留的有机物可在好氧硝化池中进一步去除，同时阻止反硝化的进一步进行，防止在二沉池中继续反硝化导致污泥上浮。如果缺氧池和好氧池合建在一个池体中，则二者通过隔板隔开，反硝化后的污水通过底部穿孔流入好氧池，即为合建式A1/O工艺，该工艺便于对现有的不具有脱氮功能的推流式曝气池进行改造。缺氧池和好氧池也可以分开为两个单独的池体，即为分建式A1/O工艺。2/5/202311前置反硝化脱氮的优点：①能同时去除有机物和氮，流程简单，构筑物少，基建费用省；②反硝化池不需外加碳源；③好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去除；④污水中的有机物在缺氧池被反硝化菌所利用，减轻了好氧池的有机物负荷，同时，缺氧池反硝化产生的碱度可补偿好氧池硝化所需碱度的一半，对含氮浓度不高的废水，不必另行投碱调节pH值。缺点：①脱氮效率不高，一般只能达到70%～80%，如需进一步提高脱氮效率则要加大回流比，从而增加运行费用；②好氧池出水含有一定浓度的硝酸盐，如二沉池运行不当时，则会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水水质恶化。2/5/20231220.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素1．水力停留时间要使脱氮效率达到70%～80%，硝化反应的HRT不应小于6h，而反硝化反应的HRT在2h之内即可。2．进入硝化池的有机物浓度硝化细菌是一种化能自养菌，为了充分硝化，进入硝化好氧池中BOD5应小于80mg/L，否则异养菌迅速繁殖而占优势，硝化细菌不易成为优势菌种，不利于硝化反应的进行。2/5/2023133．溶解氧硝化池中的DO值应控制在2.0mg/L左右，以满足生化需氧量和硝化需氧量的要求。缺氧池DO应小于0.5mg/L，一般为0.2~0.3mg/L。如果DO较高，反硝化菌就会利用分子氧进行呼吸，使氧成为电子受体，阻碍NO3--N成为电子受体，从而使N难以还原成N2。但是反硝化菌体内的某些酶需要在有氧条件下合成，所以DO不能太低。因此，反硝化菌需要在缺氧、好氧交替的环境中生活。4．缺氧池中溶解性BOD5/NO3--N的比值缺氧池中溶解性BOD5与NO3--N的比值应大于4，以保证反硝化过程中有充足的碳源。2/5/2023145．混合液回流比RN

混合液回流比RN越大，脱氮效率越高。脱氮效率N与RN存在如下函数关系：

例如，当RN为200%时，N约为67%；当RN为300%时，N约为75%。但是，RN越大，动力消耗越大，运行费用越高。因此，需要权衡二者，选择合适的内回流比，一般选择200%~500%。这就是该工艺脱氮效率不可能很高的原因。6．污泥浓度

MLSS一般应大于3000mg/L，否则脱氮效率明显降低。2/5/2023157．污泥龄硝化细菌的世代时间长，20℃时，硝化菌的平均世代时间约为3.3d。为保证硝化池内有足够的硝化细菌，污泥龄应至少为硝化菌世代时间的3倍，否则硝化菌不能得到大量繁殖，导致硝化不彻底。例如冬季水温为10℃，硝化菌的世代时间为10d，则设计污泥龄应为30d。硝化菌的世代时间与污水温度关系密切，如表20-3。表20-3硝化菌的世代时间与污水温度的关系污水温度/℃5101520硝化菌世代时间/d181053.52/5/2023168．温度硝化反应最适温度为20～30℃，在15℃以下，硝化速度明显下降，5℃时则完全停止。反硝化反应最适温度为20～40℃，低于15℃时，反硝化菌的增殖速率和代谢速率随之降低。因此，在低温季节，应提高污泥龄、降低负荷率、延长水力停留时间等措施来保持脱氮率。9．pH值硝化菌对pH的变化十分敏感，最佳pH为8.0～8.4。反硝化反应最适宜的pH为6.5～7.5，此时反硝化速率最高，当大于8或低于6时，则反硝化速率大为下降。2/5/20231710．污泥负荷率

影响硝化反应的主要因素是硝化菌的存在和活性。自养型硝化菌的最小比增殖速率为0.21d-1，而异养型好氧菌的最小比增殖速率为1.2d-1，前者比后者的比增殖速率小得多。要使硝化菌存活并占优势，则要求污泥龄较长，对此，要加大曝气池容积或增加MLSS的浓度，以降低有机负荷。

研究证明，污泥负荷率应小于0.18kgBOD5/(kgMLSS•d）。另外，污泥的总氮负荷率应在0.05kgTN/(kgMLSS•d)以下。11．原污水总氮浓度原污水TN应小于30mg/L，过高浓度的氨氮会抑制硝化菌的生长，脱氮率大为下降。2/5/20231820.2.2A2/O生物除磷工艺20.2.3A2/O生物除磷过程影响因素20.3A2/O生物脱氮除磷

20.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺20.3.2A2/O生物脱氮除磷原理20.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素第20章生物脱氮除磷20.1生物脱氮20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺20.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

2/5/202319第20章生物脱氮除磷20.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺20.4.2A-B生物脱氮除磷机理20.5SBR生物脱氮除磷

20.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序

20.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素20.6氧化沟生物脱氮除磷20.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺20.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序20.7工程案例2/5/20232020.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

废水生物除磷主要依靠聚磷菌来完成，聚磷菌能在厌氧-好氧交替的过程中大量繁殖，成为优势菌种。在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶解性的BOD通过水解发酵作用转化为低分子易生物降解的挥发性有机酸（VFA），聚磷菌大量吸收这些有机酸并将其同化成细胞内碳源贮存物聚β羟基丁酸（PHB），所需的能量来自细菌聚磷细胞的水解以及细胞内糖的降解，这一过程导致了磷酸盐释放。该阶段反应简化式为：

2C2H4O2+(HPO3)(聚磷)+H2O→

(C2H4O2)2(储存的有机物)+PO43-+3H+2/5/202321在好氧池中，聚磷菌的活性得到恢复，从污水中大量吸收磷，其数量远远超过细胞合成所需的磷量，磷以聚合磷酸盐（Ploy-P）的形式贮藏在菌体内而形成高磷污泥，通过剩余污泥排出，从而达到除磷效果。磷的吸收和聚磷盐的合成所需的能量来源于PHB的氧化代谢。从而，在整个生物除磷过程中表现为PHB的合成与分解。聚磷菌在这个过程中吸收了其它微生物可利用的有机质，从而容易成为优势菌种。该阶段反应简化式为：C2H4O2(有机物)+0.16NH4++1.2O2+0.2PO43-→0.16C5H7NO2+1.2CO2+0.2(HPO3)(聚磷)+0.44OH－+1.44H2O2/5/202322图20-2生物除磷过程中聚磷菌对磷酸盐的吸收和释放过程示意图a)厌氧，无溶解氧或硝酸盐存在时b)好氧，有溶解氧或硝酸盐存在时2/5/20232320.2.2A2/O生物除磷工艺A2/O（Anaerobic-Oxic的缩写）生物除磷工艺由前段厌氧池和后段好氧池串联组成，如图20-3所示。图20-3厌氧-好氧生物除磷工艺进水污泥回流剩余污泥沉淀池出水好氧池厌氧池2/5/202324经过预处理的污水和回流污泥进入厌氧池，并借助水下推进式搅拌器的作用使其混合。回流污泥中的聚磷菌在厌氧池吸收有机物，同时释放出大量磷。混合液随后流入后段好氧池，污水中的有机物得到氧化分解，同时聚磷菌将变本加厉地、超量地摄取污水中的磷，通过排放剩余高磷污泥而使污水中的磷得到有效去除。如果聚磷菌在厌氧池释磷充分，在好氧池运行状况良好的情况下，剩余污泥中磷的含量可达到2.5％以上。需要注意的是，沉淀池应及时排泥和污泥回流，否则聚磷菌在厌氧状态下容易产生磷的释放，降低除磷效率。整个工艺BOD5的去除率大致与一般活性污泥法相同，而磷的去除率为70%～80%，处理后出水磷的浓度一般小于1.0mg/L。2/5/202325从污水中去除的磷总量等于排放剩余污泥所带出的磷量，即：

Q(c0－c1)=qC2A式中，c0、c1分别是进、出水中磷的质量浓度，g/m3；

Q是处理水量，m3/d；q是剩余污泥量，m3/d；

C2为剩余污泥的固体质量浓度，g/m3；

A为干污泥中磷的百分含量。A2/O生化反应池总有效容积按污泥负荷来计算，好氧段需氧量以及曝气系统的设计和普通活性污泥法相似。参数的选取可参考“城市污水生物脱氮除磷处理设计规程”（CECS149：2003）和相关设计手册。2/5/202326A2/O生物除磷工艺的主要特点如下：①工艺流程简单，基建费用和运行费用较低；②在反应池内水力停留时间较短，一般为3～6h，其中厌氧池1～2h，好氧池2～4h；③剩余污泥含磷率高，一般2.5％～4％，故污泥肥效好；④厌氧池在前、好氧池在后，有利于抑制丝状菌的生长，混合液的SVI一般小于100，不易发生污泥膨胀。2/5/20232720.2.3A2/O生物除磷过程影响因素1．DO的影响要达到较好的除磷效果，厌氧池DO要小于0.2mg/L，硝态氮浓度接近于零。而在好氧池，DO一般应大于2mg/L，以保持好氧状态，维持微生物菌体对有机物的好氧生物降解。2．进水中BOD5/TP比值聚磷菌对磷的释放和摄取，在很大程度上取决于起诱导作用的有机物，所以污水中BOD5/TP宜大于17。否则，除磷效果将大大下降。2/5/2023283．NOx–-N的影响硝态氮存在时，反硝化反应会优先消耗易降解有机物，从而抑制聚磷菌对磷的释放，从而影响聚磷菌在好氧条件下对磷的吸收。一般来说，污水中NOx–-N小于2mg/L时，不会影响除磷效果。4．污泥龄

A2/O除磷工艺是通过排除高磷剩余污泥而去除磷的，所以除磷效果与排放的剩余污泥量多少直接相关。通常，污泥龄短时，产生的剩余污泥量较多，可取得较高的除磷效果，反之亦然。一般来说，A2/O工艺的污泥龄以5～10d为宜，污泥回流比一般为50％～100％。2/5/2023295．污泥负荷Ns

较高的污泥负荷可取得较好的除磷效果，Ns一般应大于0.10kgBOD5/(kgMLSS•d)，否则除磷效果将急剧下降。6．温度与pH值在5～30℃的范围内，除磷效果较稳定，在13～30℃时，聚磷菌的释放磷和摄取磷与温度关系不大pH值在6～8之间时，聚磷菌对磷的释放和摄取都比较稳定。2/5/20233020.1生物脱氮20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺20.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

20.2.2A2/O生物除磷工艺20.2.3A2/O生物除磷过程影响因素20.3A2/O生物脱氮除磷

20.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺20.3.2A2/O生物脱氮除磷原理20.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素第20章生物脱氮除磷2/5/20233120.3A2/O生物脱氮除磷A2/O是Anaerobic-Anoxic-Oxic的缩写，是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。该工艺在厌氧-好氧（A2/O）生物除磷工艺中间加了一个缺氧池，将好氧池流出的混合液部分回流至缺氧池前端，进行反硝化脱氮，使A2/O工艺同时具有去除BOD5、SS、N、P的功能。2/5/20233220.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺A2/O生物脱氮除磷工艺流程如20-4所示。同A1/O生物脱氮工艺一样，设有硝化液内回流系统。生物反应池总的HRT一般为6~8h，三段HRT比例为：厌氧:缺氧:好氧为1:1:（3~4）。图20-4A2/O生物脱氮除磷工艺流程2/5/20233320.3.2A2/O生物脱氮除磷原理污水经过预处理和一级处理后进入A2/O生物反应池。在厌氧池主要是进行磷的释放，污水中磷的浓度升高，溶解性有机物被聚磷菌大量吸收而使污水中BOD5浓度下降；另外氨氮因细胞的合成而被去除一部分，使污水中氨氮浓度下降，但硝酸氮含量没有变化。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液带入的硝酸氮和亚硝酸氮还原为N2，因此BOD5浓度继续下降，硝酸氮浓度大幅度下降，而磷的变化很小。2/5/202334在好氧池中，有机物生化降解，BOD5浓度继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使氨氮浓度显著下降，硝酸氮的浓度增加，而磷随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速率下降。各主要污染物BOD、氨氮、硝酸氮、总磷在三个生物反应池中浓度的变化如图20-5所示。从A2/O工艺脱氮除磷的原理可以看出，厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，使该工艺能同时具有去除有机物、脱氮和除磷的功能，而且污泥中磷含量高，一般为2.5%以上；由于厌氧－缺氧－好氧交替运行，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，有效抑制了污泥丝状膨胀。2/5/202335图20-5A2/O工艺主要污染物变化曲线图2/5/20233620.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素在同时生物脱氮除磷的过程中，脱氮与除磷存在诸多矛盾，要达到较好的脱氮除磷效果需要尽量克服这一矛盾。1．污水中可生物降解有机物对脱氮除磷的影响污水中可快速生物降解的溶解性有机物对氮磷的去除效果影响很大。如果污水中能快速生物降解性有机物少，厌氧段聚磷菌则无法正常进行磷的释放，导致好氧段也不能更多地吸收磷。2/5/202337在缺氧段，当污水中C/N比高时，反硝化速率就大，缺氧段的HRT为0.5~1.0h即可；如果C/N比较低，则缺氧段需要较长的水力停留时间；对于低BOD5浓度的城市污水，脱氮效率不高。研究证明，厌氧段进水的溶解性磷与溶解性BOD5之比应小于0.06，才会有较好的除磷效果；污水中COD/TKN大于8时，氮的总去除率方能达80%以上。对于低浓度的城市污水，采用A2/O工艺时要考虑取消初沉池，使原污水经沉砂池后直接进入厌氧段，以便保持较高的C/N比与C/P比，有利于脱氮除磷。2/5/2023382．污泥龄的影响

A2/O工艺系统的污泥龄（SRT）受两方面影响，一方面硝化菌世代时间长，要保证一定的脱氮效率需要较长的污泥龄，SRT比普通活性污泥法的污泥龄要长一些；另一方面，由于除磷主要是通过剩余污泥排除系统，要求A2/O工艺中SRT又不宜过长。权衡两个方面，A2/O工艺中的SRT一般为15~20d，与法国研究得出的SRT公式相符，该公式为：

式中，KNTE为出水中凯氏氮浓度，mg/L；为污水温度，℃。2/5/2023393．DO的影响在好氧段，DO升高，氨氮硝化速度会随之增加，但DO大于2mg/L后其增长趋势减缓。因此DO并非越高越好，因为如果好氧段DO过高，则DO会随污泥回流和混合液回流进入厌氧段与缺氧段，影响厌氧段聚磷菌的释放和缺氧段的反硝化反应。所以好氧段的DO应为2mg/L左右，太高太低都不利。对于厌氧段和缺氧段，则DO越低越好，但由于回流和进水的影响，很难达到很低的水平，但应保证厌氧段DO小于0.2mg/L，缺氧段DO小于0.5mg/L。在实际操作中可以采取一系列的措施，如原污水和回流污泥进入厌氧段和缺氧段应为淹没入流，以减少复氧。用潜污泵代替螺旋泵提升污泥回流以减少提升过程中的复氧。又如水下搅拌器功率不能过大（一般为3W/m3即可），否则会产生涡流，导致混合液DO升高，影响脱氮除磷的效果。2/5/202340

4．污泥负荷（Ls）的影响如A1/O工艺中所述，在好氧硝化池，Ns应在0.18kgBOD5/(kgMLSS•d）以下，否则异养菌数量会大大超过硝化菌，使硝化反应受到抑制。而在厌氧池Ns应大于0.10kgBOD5/（kgMLSS•d），否则除磷效果将急剧下降。所以，A2/O工艺污泥负荷率Ns的范围狭小。5．污泥回流比和混合液回流比的影响同A1/O工艺一样，回流比大，则脱氮效率高，但动力费用增大，反之亦然。实践证明A2/O工艺适宜的混合液回流比一般为200%，污泥回流比一般为60%~100%。如果太高，污泥将DO和硝态氧带入厌氧池太多，影响其厌氧状态，对磷的释放不利；如果太低，则维持不了正常的反应池内污泥浓度2500~3500mg/L，影响生化反应速率。2/5/2023415．污泥回流比和混合液回流比的影响同A1/O工艺一样，回流比大，则脱氮效率高，但动力费用增大，反之亦然。实践证明A2/O工艺适宜的混合液回流比一般为200%，污泥回流比一般为60%~100%。如果太高，污泥将DO和硝态氧带入厌氧池太多，影响其厌氧状态，对磷的释放不利；如果太低，则维持不了正常的反应池内污泥浓度2500~3500mg/L，影响生化反应速率。A2/O工艺很难同时取得好的脱氮除磷的效果，当脱氮效果好时，除磷效果则较差，反之亦然。硝化作用需要在较低的污泥负荷下进行，为了使系统维持在较低的污泥负荷下运行，以确保硝化过程的完成，则要求采用较大的回流比（一般为60%~100%，最低也应在40%以上），这样系统硝化作用良好；但由于回流污泥也将大量硝酸盐带回厌氧池，干扰磷的厌氧释放，所以使除磷效果变差，而脱氮效果较好。2/5/202342反之，如果好氧段硝化作用不好，则随回流污泥进入厌氧段的硝酸盐减少，改善了厌氧段的厌氧环境，使磷能充分地厌氧释放，提高了除磷的效果，但由于硝化不完全，故脱氮效果不佳。因此，可以将回流污泥分两点加入，在保证总的污泥回流比的情况下，一般加到厌氧段的污泥回流比为10%，即可满足除磷的需要，而其余的回流污泥则回流到缺氧段以保证脱氮的需要。这样，既可以同时减少加入到厌氧段的回流污泥量，又可以减少进入到厌氧段的硝酸盐和溶解氧。2/5/202343如前所述，A2/O工艺系统中剩余污泥含磷量高、沉淀性能较好，但在污泥厌氧消化过程中磷会重新释放和溶出，因此可取消消化池，直接经浓缩压滤处理。沉淀池停留时间也不宜过长，要防止发生厌氧、缺氧状态，避免聚磷菌释放磷而降低除磷效果和反硝化产生N2而干扰沉淀。由于A2/O工艺在去除污水中有机碳污染（BOD污染）的同时，还能有效地去除污水中氮和磷污染物，因此必然会有很好的发展应用前景。2/5/20234420.2.2A2/O生物除磷工艺20.2.3A2/O生物除磷过程影响因素20.3A2/O生物脱氮除磷

20.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺20.3.2A2/O生物脱氮除磷原理20.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素20.1生物脱氮20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺20.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

第20章生物脱氮除磷2/5/202345第20章生物脱氮除磷20.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺20.4.2A-B生物脱氮除磷机理20.5SBR生物脱氮除磷

20.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序

20.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素20.6氧化沟生物脱氮除磷20.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺20.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序20.7工程案例2/5/20234620.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺

A-B工艺不设初沉池，由污泥负荷率很高的A段和污泥负荷率较低的B段二级活性污泥系统串联组成，并分别有独立的污泥回流系统。为强化A-B工艺的脱氮除磷功能，可把B段设计成生物脱氮除磷工艺。若要求以脱氮为重点，则B段采用A1/O工艺，此时AB工艺就成为A+A1/O工艺；若以除磷为重点，则B段采用A2/O（厌氧-好氧）工艺，此时AB工艺为A+A2/O工艺。如果氮和磷均需高效去除，则B段采用A2/O（厌氧-缺氧-好氧）工艺，此时A-B工艺为A+A2/O工艺。具有脱氮除磷功能的A-B工艺流程如图20-6所示。2/5/202347图20-6A-B脱氮除磷工艺流程（A+A2/O）2/5/202348

20.4.2A-B生物脱氮除磷机理在A段，污水中的有机污染物的去除以污泥的絮凝吸附作用为主，约占BOD5去除量的2/3，以生物降解为辅。一般A段SS的去除率为60%~80%，BOD5的去除率为40%~70%。对于进水浓度较高的污水，由于A段出水BOD5大为降低，从而大大减轻了B段污泥的有机负荷，一般B段负荷只为总负荷的30%~60%，这为自养型硝化细菌的硝化作用创造了适宜条件。B段脱氮、除磷的机理与本章前三节已述及的原理相同。2/5/20234920.2.2A2/O生物除磷工艺20.2.3A2/O生物除磷过程影响因素20.3A2/O生物脱氮除磷

20.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺20.3.2A2/O生物脱氮除磷原理20.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素20.1生物脱氮20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺20.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

第20章生物脱氮除磷2/5/202350第20章生物脱氮除磷20.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺20.4.2A-B生物脱氮除磷机理20.5SBR生物脱氮除磷

20.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序

20.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素20.6氧化沟生物脱氮除磷20.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺20.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序20.7工程案例2/5/20235120.5SBR生物脱氮除磷SBR工艺去除污染物的机理与传统活性污泥工艺相同，只是运行方式不同，SBR工艺采用间歇运行方式，不设置二沉池和污泥回流系统。初沉池出水流入曝气池，曝气池按时间顺序进行进水、反应（曝气）、沉淀、出水、排泥或待机等5个基本运行程序。2/5/20235220.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序SBR工艺可通过适当改变运行工序来实现脱氮除磷的功能。1．SBR脱氮运行工序运行工序如图20-7如示。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ工序与SBR典型运行工序相同，增加了停曝搅拌工序（阶段Ⅲ），此时停止曝气，潜水搅拌机对混合液进行搅拌混合，进行反硝化脱氮。2/5/202353Ⅰ污水流入工序Ⅱ曝气反应工序Ⅲ停曝搅拌工序（有机物降解、氨氮硝化）（反硝化脱氮）图20-7SBR脱氮运行工序Ⅳ沉淀工序Ⅴ排水工序Ⅵ排泥工序2/5/2023542．SBR除磷运行工序运行工序如图20-8所示。在阶段Ⅰ污水流入时，开启潜水搅拌设备，以保持厌氧状态（DO＜0.2mg/L），污水与前一周期留在池内的污泥充分混合，聚磷菌释放磷；阶段Ⅱ混合液DO保持在2.0mg/L以上，此时，有机物生化降解，聚磷菌过量摄磷。在这一阶段曝气时间不宜过长，否则，硝化产生的NO3－-N会干扰阶段I中磷的释放；在阶段Ⅲ，沉淀与排泥同步进行，以防止磷的二次释放。一个运行周期一般在8h左右时，其除磷效率可达90%以上。2/5/202355Ⅰ污水流入工序Ⅱ曝气反应工序Ⅲ停曝工序（聚磷菌放磷）（有机物降解、聚磷菌摄磷）图20-8SBR除磷运行工序Ⅳ排水待机工序2/5/2023563．SBR脱氮除磷运行工序

SBR脱氮除磷运行工序如图20-9如示，该工序能同时去除污水中有机污染物、脱氮和去除磷。阶段Ⅰ的状态和功能与SBR除磷运行工序相同；阶段Ⅱ进行有机物生物降解、氨氮硝化和聚磷菌好氧摄磷，一般曝气时间应大于4h，以保证充分硝化；Ⅲ阶段生化反应池处于缺氧状态，进行反硝化脱氮，该阶段一般历时在2h以上；Ⅳ阶段沉淀排泥，该阶段先进行泥水分离，然后排放剩余高磷污泥。一个运行周期一般为10~14h。2/5/202357Ⅰ污水流入工序Ⅱ曝气反应工序Ⅲ停曝工序（聚磷菌放磷）（有机物降解、硝化、摄磷）（反硝化脱氮）图20-9SBR脱氮除磷运行工序Ⅳ沉淀排泥工序Ⅴ排水工序待机工序2/5/20235820.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素影响SBR工艺脱氮除磷效率的主要因素有以下三个方面：1．易生物降解的有机物浓度污水中易生物降解的有机物浓度越大，则除磷率越高，通常以BOD5/TP（总磷）的比值来作为评价指标，一般认为BOD5/TP＞20，则磷的去除效果较稳定。有人通过实验得出不同BOD5/TP时的除磷和降解有机物的效果，见表20-4。表20-4不同BOD5/TP下的有机物和磷的去除效果BOD5/PO43－28.2:813.8:15:1有机物去除率/%92.1189.0891.64磷去除率/%97.2270.057.362/5/2023592．NO3--N浓度

在脱氮除磷运行工序的阶段Ⅰ，厌氧混合液中的NO3－-N主要来自反硝化作用不完全而残留在污泥中的NO3--N。NO3--N的反硝化会优先消耗部分易生物降解有机物，如果厌氧混合液中NO3--N浓度大于1.5mg/L时，会使聚磷菌释放时间滞后，磷释放不充分，最终导致好氧状态下聚磷菌摄取磷的能力下降。所以，应尽量降低池内残留的NO3--N浓度，这主要靠停曝反硝化工序。如果反硝化彻底，残留的NO3--N量减少，就能同时提高氮和磷的去除率。2/5/2023603．运行时间和DO

运行时间和DO是SBR取得良好脱氮除磷效果的两个重要参数。进水工序中DO应满足释磷要求，当释磷速率为9~10mg/(gMLSS•d)时，水力停留时间大于1h，则聚磷菌能充分释放磷。一般情况下，城市污水经2h厌氧释磷，足够达到磷的有效释放。如果污水中BOD5/TP偏低时，则应适当延长厌氧时间。在好氧曝气工序，DO应控制在2.5mg/L以上，以满足BOD降解，硝化需氧以及聚磷菌摄磷过程的高氧环境，曝气时间以4.0h左右为宜。由于聚磷菌的好氧摄磷速率低于硝化速率，因此，以摄磷来考虑曝气时间比较合适，但不宜过长，否则聚磷菌会因内源呼吸而自溶，导致磷的释放。沉淀、排放工序时间以2h左右为适宜，当时间过长，DO低于0.5mg/L时，则会造成磷的二次释放，影响除磷效果。2/5/20236120.2.2A2/O生物除磷工艺20.2.3A2/O生物除磷过程影响因素20.3A2/O生物脱氮除磷

20.3.1A2/O生物脱氮除磷工艺20.3.2A2/O生物脱氮除磷原理20.3.3A2/O生物脱氮除磷过程影响因素20.1生物脱氮20.1.1缺氧-好氧生物脱氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脱氮工艺20.1.3A1/O生物脱氮过程影响因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

第20章生物脱氮除磷2/5/20236220.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素20.6氧化沟生物脱氮除磷20.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺20.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序20.7工程案例20.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺20.4.2A-B生物脱氮除磷机理20.5SBR生物脱氮除磷

20.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序

第20章生物脱氮除磷2/5/20236320.6氧化沟生物脱氮除磷氧化沟属于活性污泥法的一种变形，20世纪50年代由荷兰的帕斯维尔（Pasveer）开发。氧化沟运行成本低、构造简单、易于维护管理、出水水质稳定，并可以进行脱氮除磷，因此日益受到人们重视并逐步得到广泛应用。通过控制曝气设备的供氧量，氧化沟出现好氧区、缺氧区、厌氧区，使其具有脱氮除磷功能。2/5/202364氧化沟按运行方式分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式等。连续式氧化沟进出水流向不变，氧化沟只作曝气池使用，系统设有二沉池，常见的有卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟和帕斯维尔氧化沟。交替工作式氧化沟不单独设二沉淀，在不同时段，氧化沟的一部分交替作为沉淀池，如三沟式氧化沟（T型氧化沟）。半交替工作氧化沟系统设有二沉池，能连续进出水。同时，可根据要求，氧化沟又可分段处于不同的工作状态，具有交替工作运行的特点，特别利于脱氮，常见的如DE型氧化沟。近年来，三沟式氧化沟和DE型氧化沟脱氮除磷工艺得到了广泛的应用。2/5/20236520.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺三沟式氧化沟由丹麦Kruger公司创建，其结构如图20-10所示，它由三条同容积的沟槽相互连通串联组成。氧化沟水深在3.5m左右，一般采用水平轴转刷曝气。两侧沟槽的转刷间歇运行，使污水交替处于好氧和缺氧状态，并交替作为曝气池和沉淀池，中间沟槽的转刷是连续运行，一直为曝气池。污水交替地进入两侧的沟槽，处理出水则相应地从作为沉淀池的另一侧沟槽流出，曝气和沉淀在两侧沟槽内交替进行。该系统既无二沉池，也无需污泥回流系统。剩余污泥一般从中间的沟槽排出。2/5/202366图20-10三沟式氧化沟示意图1－配水井2－曝气转刷3－可调节出水堰4－污泥井2/5/202367三沟式氧化沟脱氮时分为A、B、C、D、E、F6个运行阶段，工作周期一般为8h，如图20-11所示。自动控制系统根据运行程序自动控制进、出水的方向、溢流堰的升降以及曝气转刷的开动和停止。图20-11三沟式氧化沟生物脱氮的运行方式2/5/202368阶段A运行2.5h。污水进入第I沟，沟内转刷低速运转，仅维持沟内活性污泥在悬浮状态下环流，沟内处于缺氧反硝化状态，反硝化菌以原污水中COD为碳源，将上阶段产生的NOX－-N还原成N2逸出。此时第I沟的出水堰处于升高的状态，不能排水，所以混合液进入第II沟，第II沟内转刷在阶段A均处于高速运行，使其处于好氧状态，以便进行有机物的降解和氨氮的硝化。处理后的混合液再进入第III沟，此时，第III沟内的转刷处于闲置状态，作为沉淀池，使泥水分离。2/5/202369阶段B运行0.5h。污水进入第II沟，此时第I沟内的转刷高速运转，使其由缺氧状态逐步转为好氧状态，第II沟内转刷仍高速运转，使第I、II沟内均处于好氧状态，都进行有机物的降解和氨氮的硝化。经第II沟处理过的混合液再进入第III沟，第III沟仍为沉淀池。阶段C为过渡段，运行1.0h，第I沟转刷停止运转，开始泥水分离，但不排水，澄清水仍然通过第III沟排出。阶段D运行2.5h。第III沟出水堰升高，污水入流至第III沟，沟内转刷低速运转，处于缺氧状态，进行反硝化脱氮。然后混合液流入第II沟，进行有机物降解和氨氮硝化。此时，第I沟出水堰降低作为沉淀池，排出澄清水。阶段E和阶段B类似，同样运行0.5h，不同的是，第I沟和第III沟的状态和功能相反。阶段F与阶段C类似，运行1.0h，但第I沟和第III沟的状态和功能相反。2/5/20237020.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序DE型氧化沟有独立的二沉池和污泥回流系统，两个氧化沟相互连通，串联运行，交替进出水，沟内曝气转刷高速运行时进行曝气充氧，处于好氧状态；低速运行时只推流、不充氧，处于缺氧状态。通过两沟交替处于缺氧和好氧状态，从而达到脱氮的目的。DE氧化沟生物脱氮（BIO-DENITRO）的一个运行周期分为四个阶段，运行程序如图20-12所示。2/5/202371图20-12DE氧化沟生物脱氮的运行方式第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段2/5/202372第一阶段历时1.5h。污水进入沟I，沟I出水堰关闭、转刷低速运转，处于缺氧状态，进行反硝化脱氮。沟Ⅱ转刷高速运转，处于好氧状态，进行有机物的降解和氨氮的硝化，出水堰开启排水。第二阶段为过渡期，历时较短，仅为0.5h。污水进入沟Ⅰ,沟Ⅰ与沟Ⅱ内转刷均处于高速运转。沟Ⅰ出水堰关闭，沟Ⅱ出水堰开启并排水。在该阶段中，沟Ⅰ和沟Ⅱ均为好氧区，进行硝化。第三阶段与第一阶段相反，沟Ⅰ为好氧硝化区，沟Ⅱ为缺氧反硝化区，沟Ⅱ出水堰关闭，沟Ⅰ出水堰开启并排水。该阶段历时为1.5h。第四阶段历时与第二阶段相同，两沟状态与第二阶段相反。2/5/202373根据实际情况，改变运行周期（4~8h）与运行工序，就可得到不同的脱氮效果。如在氧化沟前增设厌氧池，如图20-13。则可同时达到脱氮除磷的功能，原理与前已述及的脱氮除磷工艺相同。图20-13DE氧化沟生物脱氮除磷工艺流程2/5/20237420.5.2SBR生物脱氮除磷工艺影响因素20.6氧化沟生物脱氮除磷20.6.1三沟式氧化沟生物脱氮工艺20.6.2DE氧化沟生物脱氮除磷运行工序20.7工程案例20.4A-B法生物脱氮除磷

20.4.1A-B生物脱氮除磷工艺20.4.2A-B生物脱氮除磷机理20.5SBR生物脱氮除磷

20.5.1SBR生物脱氮除磷典型运行工序

第20章生物脱氮除磷2/5/20237520.7工程案例1．A1/O脱氮工艺

天津市东郊污水处理厂设计处理能力为40万m3/d，其中6万m3/d污水采用前置缺氧脱氮工艺。设4座曝气池，每池长68m，宽8m，每池设8个廊道，廊道宽8m，有效水深5.2m。其中3座曝气池按普通活性污泥法运行，1座按A1/O工艺运行，设计HRT为9h，MLSS为5000mg/L。缺氧区设置5台水下搅拌器，缺氧区的硝态氮负荷为2.7mgNO3--N/（gMLSS•d），硝化液内回流比为200%，脱氮率为60%。2/5/2023762．A2/O除磷工艺大庆市东城区污水处理厂日处理污水50万m3，采用A2/O工艺。设曝气池2座，每座5个廊道，每个廊道平面尺寸38.8×6.0×6.3m，前2个廊道为厌氧段，设水下搅拌器3台，后3个廊道为好氧段，鼓风曝气。污泥龄为8d左右，污泥浓度1800mg/L，污泥负荷为0.18KgBOD5/9kgMLVSS•d