污水深度处理讲义

污水深度处理生物脱氮除磷、三级处理随着城市人口的集中和工农业的发展，水体的富营养化问题日益突出。目前中国的某些湖泊，如昆明滇池，江苏太湖，安徽巢湖等都已出现不同程度的富营养化现象。07年6月太湖蓝藻事件引起富营养化的营养元素有碳、磷、氮、钾、铁等，其中，氮和磷是引起藻类大量繁殖的主要因素。欲控制富营养化，必须限制氮、磷的排放。国外一些污水处理厂把氮、磷的排放标准分别设定为15mg／L和0．5mg／L。我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002规定如下第一节、氮的去除废水中的氮以有机氮（有机化合物中所含有的氮元素。包括所有脂肪烃和芳香烃的硝基、亚硝基、氨基、酰胺基、脒基与含氮有机物中的氮，如尿素（碳酰胺的俗称，又称脲，是碳酸的全酰胺，结构式为H2N—CO—NH2

）

、氨氮（NH3-N，指NH3和NH4+）、亚硝酸氮（NO2--N）和硝酸氮（NO3--N）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。因此二级处理的出水有时需进行脱氮处理。脱氮的方法有化学法和生物法两大类，现分别加以论述。一、物理化学法除氮常用于去除氨氮的方法有吹脱法、折点加氯法和离子交换法。它们主要用于工厂内部的治理，对于城市污水处理厂很少采用。1、吹脱法废水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：NH3+H2O=NH4++OH-这一平衡受pH值的影响，pH为10.5～11.5时，因废水中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的pH值提高至10.5～11.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行（图）.该过程受温度的影响较大，随温度的降低，为达到同样处理效果所需的空气量迅速增加，由于用石灰调pH值，在吹脱塔中会发生碳酸钙结垢现象，影响运行。另外，NH3气的释放会造成空气污染。因此，对该工艺已有多种改进，例如使吹脱塔的气体通过H2SO4溶液以吸收NH3。2、折点加氯法在净水工程中，称氯胺为化合余氮，次氯酸为余氯，均有杀菌作用。（图）途中A、B二个折点A点前余氯基本上是氯胺，B点称折点，折点后余氯基本上是自由氯（游离氯）,加氯脱氮时采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准。

此法最大的优点是通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为了减少氯的投加量，此法常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。3、离子交换法用离子交换法去除氨氮时，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。采用合成树脂，预处理工序和再生系统均较复杂，且树脂寿命短，应用上受到一定的限制，在此不作详述。二、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N2O气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌共同完成的。这两种菌属于化能自养型微生物。其反应如下：NH4++2O2=NO3-+2H++H2O硝化细菌是化能自养菌（微生物的主要食物是各种含碳的物质，它们身体主要是用碳元素构成的，其含量占微生物休细胞干物质质量的一半。不同的微生物对碳物质的需求不一样。有的微生物必须依赖于植物，先把各种简单的无机物转变成有机碳的化合物之后才能利用。这种专靠吃现成的有机物的微生物称为异养菌。虽然异养菌都吃有机物，但口味也各有所好。有的专拣麦芽糖、葡萄糖吃，有的还可心吃蛋白质、有机酸。也有的对其他生物所厌恶的石油却吃得津津有味。还有许多霉菌专吃动物或植物的尸体。有的微生物并不吃现成的有机物，而是靠吃二氧化碳过日子，这类菌叫自养菌。它们能把简单的二氧化碳和无机物合成复杂的有机物。

有的自养菌菌体中含有一种光合色素，能在无氧气时把二氧化碳进行光合作用供自己来生长繁殖。不过，它们的光合作用与绿色植物不同。这些微生物吸收二氧化碳，但并不像植物那样放出氧气。由于它们生活中需要光能，所以又叫做光能自养菌。根据化石资料发现光能自养菌大约在２０亿年前就生存在地球上了。

另一类自养菌在有氧气时把一定的无机物氧化，从而获得能量来利用二氧化碳。它们叫做化能自养菌。），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。硝化反应的适宜温度为20℃～30℃。低于15℃时，反应速度迅速下降，5℃时反应几乎完全停止。由于硝化菌是自养菌，若水中BOD5值过高，将有助于异氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比例下降。硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作用的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两倍以上。硝化反应凉对溶解氧英有较高的归要求，处掏理系统中偶的溶解氧启量最好保拴持在2mg划/L以上。另溉外，在硝垒化反应过干程中，有耕H+释放出来控，使pH酷值下降。弟硝化菌受堆pH值的繁影响很敏铁感，为了稳保持适宜幻玉的pH值7—8，应在醉废水中默保持足偶够的碱哭度，以啦调节p稀H值的捞变化。听1g氨庙态氮(寒以N计贼)完全舌硝化，赶需碱度饱(以C座aCO3计)7校.1g迹。反硝化昆反应是梨指在无兰氧条件泛下，反硝化菌将硝酸盐草氮(NO3-)和亚硝促酸盐氮N除O2-)还原为床氮气的过箱程。反应杂如下：6NO3-+5C叮H3OH=5仰CO2+3N2+7H2O+6剑OH-反硝化菌树属异养型嫩兼性厌氧悦菌，在有草氧存在时日，它会以束O2为电子患受体进苹行好氧攀呼吸；驰在无氧言而有N思O3-或NO2-存在时像，则以颗NO3-或NO2-为电子受孟体，以有戒机碳为电浓子供体和掌营养源进昨行反硝化翁反应。在反硝化咬菌代谢活流动的同时揉，伴随着纠反硝化菌拼的生长繁徒殖，即菌迷体合成过禽程.在反硝化驴反应中，疮最大的问垂题就是污虽水中可用塔于反硝化娇的有机碳横的多少及月其可生化的程度。当寨污水中B除OD5／TK喷N>3夫～5时而，可认穴为碳源件充足。奋不同的监有机碳其将导致攀反硝化美速率的瞒不同。屯碳源按城其来源律可分为特三类：注：TK惩N（凯氏壳氮）包括激了氨氮和黎在一定条习件下能转姻化为铵盐曾的有机氮检化合物。矮主要是蛋隔白质等氮茅为负三价染的有机氮硬，不包括卫叠氮化合蓬物、硝氮街、亚硝氮援等。竖TN（总苹氮）测定巷的是水中鼻的亚硝酸针盐氮、硝怀酸盐氮、赌无机盐氮筋、溶解态喂氮及大部剩分有机含虎氮化合物削中的氮的恼总和。①外加碳号源，多采爹用甲醇，享因为甲醇今被分解后就的产物为秧CO2，H2O，不响产生其吩它难降咬解的中御间产物库，但其帝费用较宁高；②原水中热含有的有汽机碳；③内源呼宿吸碳源—古—细菌体戴内的原生妖物质及其尘贮存的有牛机物。反硝化反群应的适宜济pH值为6．5～除7．5。pH看值高于证8或低卷于6时裕，反硝涛化速率再将迅速腾下降。反硝化反姑应的温度匙范围较宽泽，在5℃捕～40℃富范围内都甜可以进行猫。但温度湿低于15艇℃时，反群硝化速率锡明显下降投。2、生物颤脱氮工艺生物脱氮询技术的开岗发是在3沙0年代发库现生物滤坡床中的硝璃化、反硝可化反应开遥始的。但这其应用还聪是在19饭69年美沾国的Ba反rth提伟出三段生仰物脱氮工避艺后。现捕对几种典揪型的生物纠脱氮工艺朴进行讨论约。①三段生姨物脱氮睡工艺（图）。该工艺是团将有机物敌氧化，硝伞化及反硝租化段独立胜开来，每峡一部分都鸭有其自己戚的沉淀池罪和各自独亡立的污泥衰回流系统超。使除碳狱，硝化和跌反硝化在凤各自的反咳应器中进怪行，并分互别控制在琴适宜的条狗件下运行润，处理效梅率高。传统活性降污泥法脱碰氮工艺（带三级活性膏污泥流程造）由于反贵硝化段膀设置在擦有机物谱氧化和鄙硝化段孩之后，矮主要靠郑内源呼阶吸碳源仙进行反昌硝化，额效率很飘低，所姑以必须徐在反硝秤化段投障加外加迈碳源来赠保证高柄效稳定未的反硝朽化反应肌。随着对硝到化反应机婶理认识的情加深，将情有机物氧谈化和硝化织合并成一若个系统以剂简化工艺凤，从而形捞成二段生孤物脱氮工庄艺成为现亭实。各段抱同样有其请自己的沉杂淀及污泥懒回流系统统。除碳和烈硝化作用象在一个反繁应器中进塑行时，设虑计的污泥详负荷率要畜低，水力恢停留时间宣和泥龄要巴长，否则稠，硝化作拣用要降低茶。在反硝绸化段仍需焰要外加碳爱源来维持窑反硝化的好顺利进行菌。两级生熄物脱氮盼工艺②巴登福作（Bar掠denp物ho）生背物脱氮工气艺（图）。该工艺再取消了晒三段脱勤氮工艺竖的中间绍沉淀池丛。该工伶艺设立辅了两个初缺氧段盐，第一皆段利用刊原水中还的有机比物为碳茫源和第电一好氧殊池中回闭流的含犁有硝态何氮的混汽合液进亦行反硝询化反应寨。经第肯一段处张理，脱颜氮已基奋本完成营。为进佳一步提相高脱氮赖效率，魔废水进栗入第二租段反硝巾化反应污器，利汉用内源痛呼吸碳目源进行坛反硝化片。最后惠的曝气梅池用于嘱吹脱废斗水中的侮氮气，骗提高污存泥的沉地降性能诱，防止乎在二沉糟池发生币污泥上踏浮现象樱。这一衣工艺比榴三段脱寺氮工艺在减少了芒投资和暮运行费巾用。巴颠甫脱飘氮除磷工掉艺③缺氧-好尊氧生物脱脏氮工艺（Ano纱xic迹/Ox依ic披简称问A/O句法）。该工艺望于80批年代初恨开发。骗该工艺得将反硝建化段设去置在系认统的前五面，因站此又称覆为前置笔式反硝泪化生物俘脱氮系孟统，是睁目前较姑为广泛盗采用的痕一种脱已氮工艺禽。反硝纲化反应进以污水最中的有膊机物为轧碳源，键曝气池身中含有丈大量硝环酸盐的用回流混秃合液，坦在缺氧猜池中进易行反硝扩化脱氮索。在反贤硝化反届应中产预生的碱唇度可补讲偿硝化谷反应中雀所消耗识的碱度场的50弹％左右对。该工奔艺流程峰简单，捞无需外接加碳源肢，因而镰基建费翁用及运线行费用万较低，添脱氮效磁率一般兼在70浓％左右赌；但由凤于出水崭中含有说一定浓鹿度的硝诊酸盐，桑在二沉光池中，改有可能幼进行反灭硝化反青应，造引成污泥陕上浮，皱影响出仇水水质很。合建式缺滔氧—好氧则活性污泥陈法脱氮工夹艺随着生物乐脱氮技术说的发展，族新的工艺千不断被开煎发出来，杯如氧化沟邮、序批式考活性污泥凑法等，可牛在同一池女中通过控票制运行条育件，在不戏同时段，压形成缺氧阔和好氧的圆条件，从病而达到除残碳和脱氮诉的目的。次另外，人到们又开发夜了与除磷腿相结合的淡脱氮工艺鄙，该内容缝将在本节物后面加以竞讨论。第二节、愚磷的去除城市污水滚中的磷主野要有三个柔来源：粪与便、洗涤名剂和某些伸工业废水企。污水中斤的磷以正讽磷酸盐（阴离子赴只有P城O43-的盐类垒如N初a3PO4）、聚磷夜酸盐（分子含有显3个以上抽的磷原子有的缩聚磷去酸盐统称馆为多聚磷矮酸盐如撒由NaH2PO4脱卵水形成聚辈磷酸盐N餐a200H2P200O601）和有园机磷（是含磷座的有机艳化合物采,也有园的含有犬硫和氮未等元素挣.其化淋学结构暑中一般体含有C赠—P键杂或C—盐O—P勒键,C危—N—透P键,膝C—S匹—P键拉等,大督部分是尺磷酸酯独类成酰愁胺类化忘合物）等形式胀溶解于水度中。一般芒仅能通过继物理、化主学或生物哭方法使溶捎解的磷化田合物转化解为固体形寄态后予以匆分离。除饥磷的方法糟主要分为环物理法，过化学法及崭生物法三符大类。物红理法因成肚本过高、吊技术复杂穿而很少应辱用。下面主要积介绍化学纹法及生物喷法。一、化学窝法除磷化学法是色最早采用与的一种除骨磷方法。婆它是以磷摩酸盐能和扫某些化学锄物质如铝闪盐、铁盐棉、石灰等奥反应生成陪不溶的沉乳淀物为基趴础进行的恐。化学法汪的特点贷是磷的宋去除率吗较高，够处理结蔑果稳定牛，污泥合在处理御和处置念过程中贩不会因瓦重新释董放磷而勇造成二钳次污染克，但污应泥的产告量比较捉大。1、铝坑盐除磷一般用持Al2(SO4)3，聚氯化衫铝（PA立C）和铝椒酸钠（N缸aAlO2）2、铁供盐除磷挥：Fe公PO4Fe(O录H)3一般用F涨eCl2、Fe块SO4或Fe扣Cl3Fe2(SO4)33、石泡灰混凝搅除磷向含磷各的废水刚中投加得石灰，株由于形锯成OH，污水的伶pH值上仇升，磷与倡Ca2+反应，李生成羟阁磷灰石台。二、生物车法除磷生物法锹除磷是扰新工艺抵，近二的十年来低受到了执广泛的默重视和牲研究。它是利用财微生物在店好氧条件懒下对污水麻中溶解性插磷酸盐的及过量吸收芳作用，然离后沉淀分快离而除磷总。含有过荣量磷的污枕泥少部分扯以剩余污傲泥的形式们排出系统颠，大部分捎和污水一颠起进入厌脑氧状态，市此时污水争中的有机行物在厌氧酬发酵产酸谋菌的作用捏下转化为裂乙酸苷；疮而活性污穴泥中的聚短磷菌在厌团氧的不利克状态下，形将体内积给聚的聚磷葵分解，分乞解产生的脚能量部分镰供聚磷菌敢生存。另爆一部分能辞量供聚磷雪菌主动吸芦收乙酸苷给转化为P库HB（Poly弓βhyd饱roxy耻buty净rate衬聚-β-辨羟基丁酸）的形哈态储藏慢于体内府。聚磷坏分解形烤成的无回机磷释患放回污姑水中，抄这就是悲厌氧放泽磷。进入好氧进状态后，离聚磷菌将傻储存于体项内的PH估B进行好秆氧分解并贪释出大量牧能量供聚助磷菌增殖碎，部分供薯其主动过买量吸收污汤水中的磷役酸盐，以糊聚磷的形蝴式积聚于咽体内，这舟就是好氧扰吸磷。由羊于活性污棵泥在运行删中不断增项殖，为了赚系统的稳初定运行，茎必须从系吴统中排除头和增殖量码相当的活争性污泥，翁也就是剩革余污泥。接剩余污泥止中包含过约量吸收磷两的聚磷菌产，也就是某从污水中群去除的含谦磷物质。渴这就是厌轿氧和好氧出交替的生震物处理系恐统除磷的戴本质。从以上坐论述可装知，在泪厌氧状栽态下放厚磷愈多浪，合成闸的PH躁B愈多椅，则在援好氧状符态下合笑成的聚焰磷量愈丸多，除搁磷的效现果也就历愈好。肥合成P迷HB的惰量和碳名源的性甩质密切雄相关，票乙酸等骆低级脂脖肪酸易况被聚磷兼菌吸收辈转化为候PHB丝式，因而堤在厌氧灾区加入窗消化池瓶上清液送可提高柔放磷速姓率。硝酸盐对厚厌氧放磷晋不利，它占有助于反退硝化菌的哑增长，从卸而和聚磷登菌争夺碳录源，抑制响其生长和桑放磷。温洪度对放磷此也有重要民的影响。窝当温度从和10℃上况升到30哗℃时，放恩磷速率可检提高5倍咳。生物除推磷的基握本类型晨有二种巾：A／甘O（A死nae膨rob想ic/定Oxi兄c）托法（图）和Ph穷ostr环ip（弗斯特利追普）工艺普（图）。1、A／鸡O法是由思厌氧池和荡好氧池组坛成的同时尸去除污水层中有机污坚染物及磷挠的处理系溜统.为了使微例生物在好劈燕氧池中易他于吸收磷捐，溶解氧比应维持在2mg／即L以上，岁pH值迟应控制宜在7—8之间。磷法的去除率精还取决于回进水中的皱BOD5与磷浓度御之比（大暂于10：休1较好稻）。2、弗捎斯特利陆普（P话hos注tri殖p）工冶艺该工艺捆主流是厦常规的抹活性污鄙泥工艺随，而在惊回流污掘泥过程谁中增设铲厌氧放易磷池和厨上清液串的化学爷沉淀池把，称为樱旁路。促约0．嫁1～0屯．2q勉v的回墙流污泥秩经厌氧题放磷后宰再和进蒙水一起唉进入曝趁气池吸乒收磷。练因而该竞法是一逆种生物鞠法和化览学法协屠同的除饶磷方法籍。该工饼艺操作兰稳定性染好，出互流中磷剃含量可柔小于1绣．5m械g／L刺。弗斯特脉利普除潜磷工艺到流程第三节佣、生物株脱氮除筹磷为了达到踏在一个处介理系统中火同时去除闲氮、磷的惕目的，近旺年来，各谢种脱氮除秀磷工艺应册运而生。氧主要是A2／O工筛艺（A秩nae堤rob仰ic害-A贱nox历ic-秩Oxi圆c）革（图），改进胁的Bar塌denp壤ho工艺末（图）、U孕CT工坐艺（图）和S培BR工示艺（图）。1、A2／O工榆艺在原来A费／O工艺业的基础上透，嵌入一阔个缺氧池栗，并将好就氧池中的卫混合液回袜流到缺氧承池中，达勉到反硝化辜脱氮的目厅的，这样分厌氧一缺贪氧一好氧趁相串联的课系统能同食时除磷脱丝式氮。简称迟A2/O工凉艺。该处理系恨统出水中恶磷浓度基内本可在1笋mg/L狸以下，氨嫩氮也可在朽15mg擦/L．以披下。由于估污泥交替凤进入厌氧倒和好氧池幼，丝状菌谨较少，污花泥的沉降蚊性能很好咸。2、改帮进的B翅ard廊enp女ho工蔬艺改进的骡Bar饰den寇pho抵工艺由范四池串匹联，即村缺氧一毫好氧一射缺氧池五一好氧凳池。类位似二级策A/O轿工艺串颈联。第丝式二级A惭/O的黎缺氧池疲基本上隆利用内涌源碳源疲进行脱特氮，最丈后的曝拼气池可证以吹脱塘氨氮，歇提高污耍泥的沉闷降性能饺。为了提咬高除磷柔的稳定浙性，在片Bar上den蒸pho纸工艺流革程之前降增设一对个厌氧抖池，以慌提高污姻泥的磷述释放效娇率。只感要脱氮痒效果好指，那么声通过污铺泥进入遮厌氧池狐的硝酸购盐是很筋少的，帖不会影乳响污泥持的放磷逼效果，稀从而使熟整个系更统达到捎较好的榆脱氮除映磷效果厚。3、U裤CT工冤艺在改进谎的Ba遇rde乡丰nph撑o工艺窄中，由鞭于二沉仇池回流迟污泥中冠很难避皱免有一共些硝酸喘盐回流营到流程叉前端的畏厌氧池予，从而屯影响除碍磷效果网；为此惧，UC懂T工艺湿将二沉醋池的回瞧流污泥菌回流到雪缺氧池稀，污泥同中携带酿的硝酸趴盐在缺必氧池中很反硝化凳脱氮。林同时为袄弥补厌花氧池中婚污泥的股流失，颠增设缺撤氧池至闹厌氧池珠的污泥尿回流。水这样厌纸氧池可尤免受硝时酸盐的爱干扰。4．S番BR工扰艺SBR办工艺是阁将除磷柜脱氮的侍各种反塞应，通登过时间碰顺序上逝的控制贸，在同键一反应经器中完属成。如投进水后陈进行一河定时间霞的缺氧香搅拌，挨好氧菌屯将利用跳进水中锦携带的污有机物裂和溶解免氧进行所好氧分辨解，此来时水中胡的溶解刮氧将迅恼速降低脉甚至达握到零，便这时厌订氧发酵杂菌进行蹈厌氧发果酵，反跌硝化菌镜进行脱阻氮；然尘后停止悲搅拌一纸段时间择，使污晋泥处于佣厌氧状秀态，聚号磷菌放音磷；接供着进行包曝气，蜡硝化菌僵进行硝在化反应足，聚磷鄙菌吸磷减，经一未定反应臂时间后锹，停止牺曝气，怜进行静麦止沉淀融，当污侨泥沉淀悄下来后肯，撇出自上部清有水而后诞再放人狸原水，萍如此周蚊而复始领。研究廊表明，仪SBR盟工艺可厚取得很著好的脱扛氮除磷船效果。休自动控敲制系统躁的完善垮，为S格BR的稍应用提凯供了物锋质基础译。SB我R是间完歇运行锈的，为丹了连续萍进水，脖至少需校设置二述套SB飘R设施颗，进行碧切换。第四节、贝脱氮除磷耻活性污泥随法的影响融因素影响传统繁活性污泥止法的因素煌同样影响括生物脱氮票除磷活性聋污泥法，瞒但影响的母程度则可陷能有差异屈，因为主景体微生物似的生理特眯性和环境始要求有差累异。影响因跟素主要幅有三类摆：①环慈境因素畜，如温乘度、p面H、溶筝解氧；改②工艺堂因素，匹如泥龄耀、各反筒应区的准水力停徐留时间戒；③污勿水成分铁，如B精OD5与N、P找的比值。生命活鲁动一般润都受温灰度影响赴，通常宇温度上虑升，活月性加强北。温度良影响应露在处理启设施长庆期的运乞行中留馋心考察核。城市污狡水的p武H值通禽常在7段左右，麦适于生歌物处理凳，略有估波动影兆响不大采，未见震因pH顽值波动顺而运行拿失败的