第三章第五节污水脱氮除磷深度处理

第三章水的生物化学处理方法城市污水深度处理P259生物脱氮除磷云南滇池水体富营养化问题湖泊营养类型营养类型叶绿素a(g/L)透明度（m）总磷(g/L)总氮（mg/L）COD（mg/L）极度贫营养0.1015.00.90.020.24重贫营养0.268.02.00.040.48贫营养0.664.404.60.080.96贫中营养1.602.4010.00.161.80中营养4.101.3023.00.313.60中富营养10.000.7350.00.657.10富营养26.000.40110.51.214.0重富营养64.000.22250.02.327.0极度重富营养160.000.12555.04.654.0水体富营养化的后果水体发臭，水生生态受破坏；水的透明度减低，水中溶解氧消耗；影响渔业生产、影响旅游业和人畜饮水；少数生物种群增殖，蓝绿藻、鱼腥藻等生长导致水质变差（“赤潮”、“水华”暴发）；有毒藻类向水体释放毒素（9ug/kg致死量）“水华”、“赤潮”的产生条件

“水华”、“赤潮”发生的机理目前还没有彻底弄清楚环境条件、水动力条件……水体中的有机物，营养盐浓度

某些刺激因子铁、硅、维生素、微量元素氮、磷一般情况下，在泥龄为4天的活性污泥法污水厂（典型生物二级处理污水厂）的出水中仍含有下列物质：溶解的BOD5:10-15mg/l颗粒的BOD5:10-15mg/l总CODcr:40-100mg/l有机N和NH4+-N:20-50mg/lTP:3-9mg/l结果：在处理后的污水排放河流中仍有大量的耗氧物质和营养盐.因此：要在污水厂内对氮和磷进行处理.为了保护河流、湖泊水体水环境，改变富营养化状况，要求城市污水处理的出水《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》要达到如下指标（一级B标准）：CODcr≤60mg/lBOD5≤20mg/lTN≤20mg/l氨氮≤8mg/lTP≤1mg/l太湖地区要求一级A标准：CODcr≤50mg/lBOD5≤10mg/lTN≤15mg/l氨氮≤5mg/lTP≤0.5mg/l兴趣是最好的老师1、城市污水脱氮主要采用什么方法？2、什么是氨化反应？和厌氧氨氧化有什么区别？3、什么是硝化反应？反硝化反应？4、生物除磷技术是利用了聚磷菌的什么特性？5、A/O工艺各单元的功能是什么？6、A/A/O工艺各反应器的名称及其单元功能是什么？7、为什么说A/A/O工艺不容易产生污泥膨胀？8、为什么说硝化反应中混合液中有机物含量不应过高？第一节氮、磷的去除一、氮的去除废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。1.化学法除氮(1)吹脱法:废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：这一平衡受pH的影响，pH为10.5~11.5时，因废水中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的pH提高至10.5~11.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为减少氯的投加量，常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。(2)折点加氯法:含氨氮的水加氯时，有下列反应：(3)离子交换法:常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。(4)膜法-----反渗透膜技术（ReverseOsmosis）2.生物法脱氮(1)生物脱氮机理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果微生物细胞中氮含量以12.5%计算，同化氮去除占原污水BOD的2%~5%，氮去除率在8%~20%。生物脱氮原理污水中氮的存在形式主要以有机氮和氨氮的形式存在，通常只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮传统的废水生物处理去除废水中呈溶解状态的有机污染物对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分！活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为5%~20%生物脱氮原理在一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油污水氨化反应硝化反应反硝化反应生

物

脱

氮自然界中存在氮循环的自然现象有机氮氨态氮硝酸氮氮气以下重点介绍氨化反应：

新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4+等。微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：氨化反应在未经处理的新鲜废水中有机氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等NH3及NH4＋等氨化菌(水解、氧化)氨化反应无论在好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应。氨化反应以氨基酸为例：氧化脱氨基水解脱氨基还原脱氨基生物脱氮原理硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。硝化反应：P260硝化过程的5个影响因素：（a）好氧环境条件，并保持一定的碱度：硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2~2.0mg/L。在硝化反应过程中，释放H+，使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的pH为8.0~8.4。硝化过程的影响因素：

（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。（c）硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。硝化过程的影响因素：

（d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间（污泥龄）SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。SRTn值与温度密切相关，温度低，SRTn取值应相应明显提高。（e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子受体进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。总反应式为：反硝化反应：260在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约94％的NO3-N经异化过程还原，6％经同化过程合成微生物。反硝化反应生物脱氮原理反应过程和反硝化菌硝酸氮NO3-NNO2-N亚硝酸氮氮气(主要过程)有机氮化合物反硝化菌异化反硝化(细菌组成部分)同化反硝化异养型兼性菌反硝化过程的4个影响因素：（a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN>3~5时,即可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为CO2和H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。（b）pH：对反硝化反应，最适宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率将大为下降。反硝化过程的影响因素：（c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。（d）温度：反硝化反应的最适宜温度是20~40℃，低于15℃反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。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。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源——细菌体内的原生物质及其贮存的有机物(2)生物脱氮工艺P261（a）三段生物脱氮工艺：将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。硝化曝气池，NH3-N及NH4-N在这里氧化为NO-3-N，投碱以防止pH值下降。氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除BOD、COD。BOD5值可降至15—20mg/l左右反硝化反应器，采取厌氧—缺氧交替运行方式。作为碳源，可投加CH3OH(甲醇)，也可以引入原废水优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各自回流污泥，反应进行速度快且彻底缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦生物脱氮工艺活性污泥法脱氮传统工艺特点：（b）Bardenpho生物脱氮工艺：设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。（c）缺氧——好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。缺氧-好氧生物脱氮工艺反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱生物脱氮工艺（2）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统80年代初期开创,目前采用广泛“前置式反硝化生物脱氮系统”

A/O法脱氮(A1-O法)特征反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项反应的综合反应器在后反硝化反应以原废水中的有机物为碳源硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，勿需增建后曝气池。本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水（缺氧）（回流污泥）沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱生物脱氮工艺（2）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统“前置式反硝化生物脱氮系统”

A/O法脱氮(A1-O法)缺点处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生反硝化反应使污泥上浮欲提高脱氮率，必须加大内循环比(RN)，导致：一是运行费用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程本系统的脱氮率一般在85％以下生物脱氮工艺影响因素与主要参数①水力停留时间(HRT)HRT是影响处理效果和反应器规模、尺寸的重要参数。经验:脱氮效果与反应时间呈线性关系，在硝化与反硝化二项反应中，硝化反应需时长。对城市废水脱氮系统，硝化与反硝化之比大体为2：1，具体时间则为4.8h：2.4h。总之：在本系统中，硝化与反硝化时间之比介于2：1—5：1之间。生物脱氮工艺影响因素与主要参数①水力停留时间(t)内循环回流比的取值与要求达到的脱氮效果以及反应器的类型有关。对活性污泥法，取值不低于200%。最佳回流比应当通过试验确定或对运行数据加以归纳分析确定②回流比(R)生物脱氮工艺影响因素与主要参数①水力停留时间(t)②回流比(R)③生物固体平均停留时间(活泥龄)(θc)θc应取值较大，以保证在反应器内保持一定浓度的硝化菌。经证实，此值应在30d以上。生物脱氮工艺影响因素与主要参数①水力停留时间(t)②回流比(R)③生物固体平均停留时间(活泥龄)(θc)④混合液悬浮固体浓度(MLSS)MLSS一般应高于3000mg／L，当MLSS值低于3000mg／L时，反应速度将迅速下降。试验证实，当MLSS值高于3000mg／L时，温度对反应速度的影响很大，MLSS值低时，其影响较小。生物脱氮工艺影响因素与主要参数①水力停留时间(t)②回流比(R)③生物固体平均停留时间(活泥龄)(θc)④混合液悬浮固体浓度(MLSS)⑤负荷率氮负荷率也是影响本工艺脱氮效果的重要参数。负荷高会使其转化率不完全，影响脱氮效果。生物脱氮—有浓度界限NH3-N负荷率<350g／(m3.d)，去除率可在90％以上，达到350g／(m3·d)时，去除率开始下降;达到430g／(m3·d)以上时，去除率(即硝化率)将急剧下降。．硝化反应脱氮新理论生物脱氮原理①短程硝化-反硝化—把两个反应过程分开关键点：对于反硝化菌，NO3—N，NO2—N都可做电子受体，控制硝化反应可停止在亚硝化阶段研究结果：控制较高的温度（25~35℃），较低的溶解氧和较高的pH值和极短的污泥龄条件氧化过程缩短，可节省氧的供应量，降低能耗；反硝化过程的缩短，可减少投加有机碳源，节约运行费用，同时提高TN去除率；亚硝酸反硝化，其硝化速率要快于硝酸的反硝化，使反应时间缩短，反应器容积可减小；硝化与反硝化在同一反应器内进行，可减少投碱量；可减小污泥生成量

短程硝化反硝化技术流程脱氮新理论生物脱氮原理②厌氧氨氧化ANAMMOX工艺基本原理：在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化成氮气，或者说利用氨作为电子供体，将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气ΔG<0反应能够自发进行，理论上可以提供能量供微生物增长脱氮新理论生物脱氮原理③亚硝酸型完全自养脱氮CANNON工艺基本原理：先将氨氮部分氧化成亚硝酸盐氮，控制NH4+与NO2-比例为1:1，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应，无需有机碳源，对氧的消耗比传统的硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-)、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－)、三磷酸盐(P3O105-)、

三磷酸氢盐(HP3O92-)

二、污水中磷的去除P264一般城市污水水质与排放要求常规活性污泥法的微生物同化和吸附；项目进水水质/（mg·L-1）国家排放标准/（mg·L-1）一级A一级BCODcr250~3005060BOD5100~1501020SS150~2001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5~611.5如何去除以达到排放标准？生物强化除磷；投加化学药剂除磷。常规活性污泥法的微生物同化和吸附普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5%~2.0%，通过同化作用可去除磷12%~20%。生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重5%~6%。生物强化除磷工艺如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。生物强化除磷工艺利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%~20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%~6%，去除率基本可满足排放要求。好氧环境中：生物除磷机理（1）厌氧环境条件：（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；（c）NOx-浓度：产酸菌利用NOx-作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。生物除磷影响因素：（2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性质，ASM模型对其进一步划分为：（a）1987年发展的ASM1:CODtot=SS+SI+XS+XI（b）1995年发展的ASM2:溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XS＋XIS表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S溶解性，I惰性，A发酵产物，F可发酵的易生物降解的。生物除磷影响因素：（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的BOD。Rensink和Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结果表明：SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。生物除磷影响因素：（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。生物除磷影响因素：（5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。（6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。(1)A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺P265(2)Phostrip去除磷工艺流程：P265三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺2.A2/O工艺A2/O工艺基本流程进水沉淀池厌氧池缺氧池好氧池剩余污泥出水内回流污泥回流进气管好氧反应器原废水释放磷氨化回流污泥（含磷）沉淀池（剩余污泥）内循环2Q缺氧反应器缺氧反应器厌氧反应器厌氧反应器脱氮硝化吸收磷去除BOD处理水（2）A—A—O法同步脱氮除磷工艺A2／O法Anaerobic-Anoxic-Oxic生物同步脱氮除磷工艺厌氧反应器的功能是释放磷，进入本单元的除原废水外，还有从沉淀池排出的污泥缺氧反应器的首要功能是脱氮，由好氧反应器送出的内循环量为2Q(Q为原废水流量)好氧反应器是多功能的，在这里进行去除BOD、硝化和吸收磷等反应沉淀池的功能为泥水分离，上清液作为处理水排放，部分污泥回流厌氧反应器，在那里释放磷A—A—O法同步脱氮除磷工艺A2／O法Anaerobic-Anoxlc-Oxic生物同步脱氮除磷工艺优点①比较简单的同步脱氮除磷工艺；总水力停留时间少于其他同类工艺②厌氧(缺氧)好氧交替运行、不宜丝状菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虑③厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌，以不提高溶解氧含量为度，运行费用低。A—A—O法同步脱氮除磷工艺A2／0法Anaerobic-Anoxlc-Oxic生物同步脱氮除磷工艺缺点①脱氮效果难提高，内循环流量以2Q为限，不宜提高②污泥增长受到一定的限度，除磷效果亦不易提高③对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，应降低污泥的停留时间，防止产生厌氧状态和释放磷的现象出现，但溶解氧含量也不宜过高，以防止循环液对缺氧反应器的干扰废水生物脱氮除磷生物脱氮技术汇总生物脱氮原理生物