活性污泥的脱氮除磷原理及应用

关于活性污泥的脱氮除磷原理及应用第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1、原理一、氮的吹脱去除（1）NH3+H2O

NH4++OH-PH=7时，以NH4+存在PH=11时，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升T上升，去除NH3上升（2）脱氮塔脱氮塔技术的特点除氮的效果稳定操作简便，容易控制

NH3二次污染（可回收）使用CaO易结垢（改用NaOH）水温下降时，效果差第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二②水温——水温升高，效率升高③布水状态——滴状下落最好，膜状下落，效果大减④布水负荷率——填料6m高以上时，其值不超过180m³/m².d⑤气液比——填料6m高以上时，2200-2300以下为好。活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物二、污水生物脱氮原理（3）脱氮塔工作影响因素与设计参数①PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢1、同化作用污水生物处理中，一部分氮备同化微生物细胞的组分。按细胞干重计算，微生物中氮的含量约为12.5%第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2、氨化反应与硝化反应（1）氨化反应RCHNH2COOH+O2氨化菌

RCOOH+CO2+NH33、硝化反应（1）硝化过程第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二硝化菌的特点①硝化菌——亚硝酸菌和硝酸菌的统称;②硝化菌属于——化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短杆状细菌.

NH4++2O2NO3-+H2O+2H+-△F（△F=351kj）（2）环境因素对硝化反应的影响※硝化菌对环境条件的变化极为敏感NH4++3/2O2NO2-+H2O+2H+-△（△F=278.42kj）NO2-+1/2O2NO3--△F（△F=72.27kj)硝化菌亚硝化菌第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二④温度——适应20-30℃，15℃时硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有机物——BOD应低于15-20mg/l⑥污泥龄（SRT）——微生物在反应器内的停留时间（θc）N>(θc)Nmin，硝化菌最小的世代时间(θc)Nmin⑦重金属机有害物质重金属对硝化反应抑制

高浓度NH4+—N，高浓度NOx-—N

有机物、络合物阳离子①溶解氧——氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l

硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②碱度——7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/l③PH——对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；②以NO3—N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少。（2）反应过程

（3）反硝化反应的控制指标

污水中的碳源，BOD5/T—N>3-5时，勿需外加外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），当BOD5/T—N<3-5时适当的PH值（6.5-7.5）——主要的影响因素

PH>8，或PH<6，反硝化速率下降①碳源②PH值

（1）反硝化菌的特点4、反硝化反应反硝化反应——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2HNO32HNO22HNO2NH2OH2NH3NON2NO3-NO2-NH2OHNO2-N2O有机体(同化反硝化)N2(异化反硝化)反硝化过程式上式的简化式同化反硝化+4H+2H-2H2O+2H-2H2O-H2O异化反硝化图7－14反硝化反应过程（同化反硝化、异化反硝化）+4H+4H-2H2O-2H2O第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二生化反应类型去除有机物（好氧分解）硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌和兼性菌（异养型细菌）Nitrosomonas自养型细菌Nitrobacter自养型细菌兼性菌异养型细菌能源有机物化学能化学能有机物氧源(H受体)O2O2O2NO3-NO2-溶解氧1—2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0—0.5mg/l碱度没有变化氧化1mgNH4+-N需要7.14mg的碱度没有变化还原1mgNO3--N,N02--N生成3.57g碱度氧的消耗分解1mg有机物(BOD5)需氧2mg氧化1mgNH4+-N需氧3.43mg氧化1mgNO2--N需氧1.14mg分解1mg有机物(COD)需要NO3-N0.35mg,N02-N0.58mg，以提供化合态的氧最适pH值6—87—8.56—7.56—8最适温度15—25℃θ=1.0—1.0430℃θ=1.130℃θ=1.134—37℃

θ=1.06—1.15增殖速度(d-1)1.2—3.50.21—1.080.28—1.44好氧分解的1/2—1/2.5分解速度70—870mgBOD/(gMLSS·h)7mgNH4+-N/(gMLSSh)0.022—8mgNO3-—N/(gMLSS·h)产率16%CH3OH/gC5H702N0.04—0.13mgSS/mgNH4+-N能量转换率为5%—35%0.02—0.07mgVSS/mgN02--N能量转换率10%—30%16%CH3OH/gC5H7O2N8表7-4生物脱氮反应过程各项生化反应特征第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二

0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能合成；④温度最适宜的温度是20-40℃，低于15℃时代谢速率下降；⑤冬季低温季节提高SRT，降低负荷率，从而提高污水的HRT。1、传统脱氮工艺三级脱氮工艺，氨化由三个反应过程建立硝化反硝化三、生物脱氮工艺技术③溶解氧

第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二“一级”曝气池：去除COD、BOD，BOD<15-20mg/l

有机氮转化为NH3NH4+；“二级”硝化曝气池，NH3

、NH4+生成NO3—N，碱度下降；“三级”反硝化池——厌氧、好氧交替运行。投甲醇时，

CM=2.47N0（初始NO3—N浓度）+1.53N(初始NO2—N浓度)+0.87D（初始DO浓度）（2）优缺点去除效果好各类菌类环境条件好设备多，造价高，能耗大（1）流程说明第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二（3）改进的二级生物脱氮系统

BOD去除和硝化两个反应合并第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2、缺氧—好氧活性污泥法A/O工艺（1）工艺特征80年代开创,前置反硝化——不加碳源,外加碱度,降低负荷设内循环产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3—N勿需建后曝气池回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）要提高脱氮率，要增加回流比（2）影响因素与主要工艺参数水力停留时间：3：1；循环比：200%；MLSS值：大于3000mg/l;污泥龄：30d;N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d进水总氮浓度：小于30mg/l。第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二内循环（硝化液循环）原污水反硝化反应器（缺氧）BOD去除,硝化反应反应器（好氧）碱沉淀池处理水剩余污泥回流污泥N2分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二（2）P<0.5mg/l，能控制藻类的过度生长；（3）P低于0.05mg/l时，藻类几乎停止生长。2、磷的存在形式（1）有机磷酸盐——存在有机物和原生质细胞如：葡萄糖—6—磷酸，2—磷酸—甘油，大量胶体和颗粒状，可溶性占30%。（2）磷酸盐——H2PO4-、HPO4-、PO43-，其中[PO43-]正磷酸盐（3）聚磷酸盐——焦磷酸盐—P2O74-

三聚磷酸盐—P3O105-

偏磷酸盐—PO3-13.7.2除磷技术一、概述1、富营养化的限制因素（1）P>0.5mg/l，促进富营养化；第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二磷---不同于氮，不能形成氧化体和还原体，但有固态和溶解态转化的特点。4、去除方法化学除磷法-----混凝沉淀和晶析法除磷生物除磷法——设想是由Greenburyg于1955年提出的，60年代人们对上述方法广泛应用。

3、其他生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%为可溶性；经过二级处理进水中，90%左右的磷以磷酸盐存在。第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二聚氯化铝（PAC），反应相同与Al2(SO4)3，但pH值不下降；铝酸钠（NaAlO2）

化学法除磷：使用Al盐注意事项注意PH值，介于5-7之间无影响，无需调整PH降低，应注意排放水对PH的要求沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高对磷的去除率（2）铁盐除磷二、化学除磷1、金属盐混凝沉淀（1）铝盐除磷Al3++PO43-（正磷酸离子）AlPO4（难溶）

PH值上升，溶解度上升Al2(SO4)3+2PO43-2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3-2Al(OH)3+6CO2+3SO42-第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二pH值，如P<1mg/l，二级出水PH>9.5；原污水PH>11磷的形式（3）石灰混凝沉淀除磷处理流程由以下三部分组成：快速搅拌池缓慢搅拌池沉淀池（2）除磷效果影响因素正磷酸盐（PO4）聚磷酸盐（焦磷酸盐(P2O74-)<三磷酸盐(P3O105-)<偏磷酸盐(PO3-)）（去除难易程度）原水中Ca2+的浓度2、石灰混凝除磷5Ca2++7OH-+3H2PO4

-Ca5(OH)(PO4)3+6H2OPH升高，P的含量下降，（对数降低的趋势)（1）石灰与磷的反应第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二※生物除磷——就是利用聚磷菌一类的的微生物，能够过量的，在数量上超过其生理需要，从外部摄取磷，并将磷以聚合形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。1、生物除磷机理（１）好氧吸收（聚磷菌对磷的过量吸收）

ADP+H3PO4+能量ATP+H2O（2）厌氧释放厌氧条件下（DO=0，NO3-=0），

ATP+H2OADP+H3PO4+能量上述两反应为可逆反应三、生物除磷原理霍米尔（Holmers）提出活性污泥的化学式

C118H170O51N17P或C：N：P=46：8：1第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二ADP

ATP

ATP

ADP

ADP

ADP

ATP

ATP

释放有机磷无机磷

聚磷

无机磷

有机磷

聚磷菌+Poly

聚磷菌合成

降解PHBPHB无机物溶解质

进水

污泥回流

剩余污泥（高磷）

厌氧段

好氧段

释放的少

摄取的多

聚磷酸ployPHB：聚—β—羟基酸盐生物除磷几乎全为活性污泥法，生物膜法很少第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二在好氧条件下聚磷菌的积累可以简化的方式描述如下：C2H4O2+0.16NH+4+1.2O2+0.2PO3-40.61C5H7NO2+1.2CO2+0.2HPO3(聚磷)+0.44OH-+1.44H2O在缺氧条件下，C2H4O2+0.16NH+4+0.96NO-3+0.2PO3-40.61C5H7NO2+1.2CO2+0.2HPO3(聚磷)+1.4OH-+0.96H2O+0.48N2在厌氧条件下，聚磷菌释放磷可以简写如下C2H4O2+HPO3(聚磷)+H2O（C2H4O2）2（贮存的有机物）+H2O+PO3-4第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二聚磷菌---甲单胞菌属、气单胞菌属：起主要作用，15%--20%；不动杆菌属：储存聚磷的能力最强；某些反硝化菌：也能超量吸收磷；发酵产酸菌：将大分子物质降解为低分子脂肪酸类基质；2、生物除磷的影响因素（1）厌氧/好氧条件的交替引入厌氧条件就加强了聚磷菌的优势选择，相当一部分的M由这类菌组成；（2）硝酸盐和易降解的有机物（3）温度其影响不如生物脱氮过程明显，5—30的范围内效果均可；（4）pH值6---8范围内比较稳定；（5）BOD5/TPBOD/TP要大于15，才能保证聚磷菌有足够的基质需求；（6）污泥龄一般控制在3.5—7天，厌氧段的停留时间不宜过长。℃第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二1、弗斯特利普工艺（1）工艺过程1)含磷废水进入曝气池同步进入的还有聚磷菌污泥，聚磷菌过量地摄取磷，去除有机物，还能出现硝化作用；2)从曝气池流出的混合也，进入沉淀池，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，上清液排放；3)含磷污泥进入除磷池4)含磷上清液进入混合池，投加石灰，化学除磷；四生物除磷工艺（2）弗斯特利普除P工艺的特点1）出水含磷量低于1mg/l；2）SVI值小于100，丝状菌难于增值，污泥不膨胀；3）可根据BOD/P调节回流污泥与混凝污泥的比例。第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期二2、厌氧—好氧除磷工艺（An—O法）工艺特征：（1）流程简单，既不用投药，也无需内循环,有利于好氧（厌氧）状态的保持（2）HRT段，3-6h（3）曝气池SS浓度2700-3000mg/l之间，BOD与一般活性污泥法相同，磷的去除率较好，P<1.0mg/l（4）沉淀污泥含磷率4%，肥效好（5）SVI低于100，易沉淀，不膨胀问题：（1）除磷率难以进一步提高，P/BOD高时尤其是这样（2）沉淀池产生磷的释放现象第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期二（释放磷）曝气池（BOD去除吸收磷）原污水处理水（厌氧）沉淀池（好氧）回流污泥（含磷污泥）剩余污泥含磷污泥用作肥料厌氧-好氧除磷工艺流程（Ａn－Ｏ法）第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期二一、巴颠普脱氮除磷工艺第一厌氧反应器首要功能是脱氮第二功能是污泥释放磷第二厌氧反应器脱氮释放磷13.7.3同步脱氮除磷技术去除BOF第一好氧反应器硝化吸收磷吸收磷第二好氧反应器硝化去除BOD如沉淀池，主要功能是泥水分离综上，各反应单元都有其首要功能,脱氮>90%,除磷率>90%第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期二第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期二（3）工艺特点最简单的同步脱氮除磷技术总的HRT很短丝状菌不能大量繁殖（好氧，厌氧交替运行），无污泥膨胀之虞，SVI<100污泥中含磷浓度高，肥效高勿需投药，两个A段只用轻搅拌，运行费用低（4）缺点除磷效果很难提高脱氮效果难于进一步提高，内循环量2Q，不宜太高进入沉淀池的处理水要保持一定的溶解氧二、A—A—O法同步脱氮除磷工艺（1）A—A—O法工艺流程（厌氧—缺氧—好氧法）

70年代，美国人在An—O法开发的（2）反应器单元功能：厌氧反应池：释放磷+氨化（有机氮）缺氧反应器：脱氮好氧反应器：去除BOD，硝化，吸收磷第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期二厌氧反应池缺氧反应池原污水（释放磷氨化）沉淀池（脱氮）回流污泥（含磷污泥）好氧反应池（硝化吸收磷去除BOD）处理水内循环2Q

N2图7－23

A－A－O法同步脱氮除磷工艺流程第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期二UCT工艺厌氧池缺氧池缺氧池好氧池二沉池剩余污泥

（1-2）Q回流

NO3-回流

使缺氧区的NO3-→0厌氧段保持严格厌氧第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期二13.7.4污水生物脱氮除磷理论与技术传统的废水脱氮除磷工艺存在的问题（1）硝化菌增长速度慢且难以维持高生物浓度（2）系统为维持高生物浓度及良好的脱氮效果，必须同时进行污泥回流和消化液回流，增加动力消耗及运行费用。（3）抗冲击里弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐进水会抑制硝化菌的生长。最近一些研究表明，生物脱氮过程出现了一些超出人们想想的新现象，如消化过程不仅由自养菌完成，异养菌也可以参与硝化作用；某些微生物在好样的条件下也可以进行反硝化作用。1、SHARON工艺SHARON工艺是由荷兰人提出来的脱氮新方法，主要用于污泥消化池上清液的的处理2、OLADA工艺3、ANMMOX工艺4、De-ammonification工艺5、反硝化聚磷工艺第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期二（1）ηN’=Q(r+R)/(1+R+r)Q×100%ηN’——除氮的%；

r——硝化混合也回流比（为混合液流量与处理污水量的比值）

R——沉淀池污泥回流比

Q——进水流量对A/O而言，要保证：回流比85%，总回流比>600%（2）氮的氧化还原态厌氧氨氧化NH(-Ⅲ)→-Ⅱ→-Ⅰ羟胺NH2OH→0+Ⅰ硝酸基NOH→+Ⅱ→+Ⅲ亚硝酸基→+Ⅳ→+ⅤNO3-ⅲ、A/0系统的除氮与回流关系

NO3-→N2

NO3-NO2-NON2ON2

硝酸醛还原酮亚硝酸醛还原酮氧化还原醛氧化亚氮还原酮第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期二13.8活性污泥法的发展与新工艺4.4.1氧化沟1.特点：①氧化沟中