第7、8、9章-脱氮除磷

第7、8、9章脱氮除磷§1污水除磷技术一、化学法除磷1、石灰沉淀法

3HPO42-+5Ca2++4OH-→Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O2、金属盐沉淀法（混凝沉淀）（1）铝盐除磷：Al3++PO43-→AlPO4↓(铝盐：硫酸铝、PAC、NaAlO2)

（2）Fe盐除磷：Fe2+、Fe3+→FePO4↓(pH=5时有最小溶解度0.1mg/L)3、结晶法除磷原理：使溶液呈碱性并含有适量Ca2+的含磷废水通过填料结晶床，结晶床具有吸附与其本身结构类似成分的特性，使水中的Ca2+、OH-、PO43-在填料表面富集，形成局部高浓度，离子积大于溶度积，产生结晶沉淀。晶种：磷灰石、骨炭等,均含磷、钙组分。二、生物法除磷

利用微生物代谢磷的生理生化特点而发展起来的生物除磷技术，突出优点：成本低，源于微生物的超量吸磷现象（吸收的磷超过微生物正常生长所需要的磷量）1、生物除磷原理聚磷菌磷的释放：在厌氧条件下，聚磷菌在分解体内聚磷酸盐的同时产生三磷酸腺苷(ATP)，聚磷菌利用ATP以主动运输方式将细胞外的有机物摄人细胞内，以聚β一羟基丁酸(PHB)及糖原等有机颗粒的形式存储在细胞内。聚磷菌在厌氧条件下释放出的磷，是利用ATP时的水解产物．反应式如下：ATP+H2O→ADP+H3PO4

聚磷菌磷的摄取：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物、PHB，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来，细菌以聚磷的形式在细胞中储存磷，其量可超过生长所需，这一过程成为聚磷菌磷的摄取。快速降解有机物提供能量磷酸盐O2提供能量磷酸盐CO2厌氧条件下好氧条件下从能量形式看：好氧：PHB+ADP+P→ATP厌氧：VFA+ATP→PHB（聚β羟基丁酸）+P

聚磷菌在厌氧-好氧交替运行过程中有释磷和吸磷功能，使其在与其他微生物竞争中取得优势。

厌氧：ATP水解获得能量→摄取水中的VFA，其他微生物可利用基质减少，不能很好地生长；好氧：过量摄磷，其他微生物得不到足够的有机质和磷酸盐；厌氧-好氧交替环境有利于聚磷菌成为优势菌属；关键：厌氧环境，DO＜0.2mg/L，无硝态氮，保证磷的释放。厌氧（anaerobic）条件是指既无分子氧也无氧化态氮(NOx)，以区别于只无分子氧的厌氧或缺氧（anoxic）条件。2、影响因素（1）BOD负荷与有机物性质

BOD/TP＞15有机物性质：低分子易吸收，释磷能力强；难降解、大分子有机物释磷能力弱。（2）DO和NO3--NDO：厌氧区<0.2mg/L；好氧区2.0mg/L左右；

NO3-：影响聚磷菌代谢（氧化还原电位↗）；反硝化消耗VFA，与聚磷菌争夺碳源，影响释磷。

（3）温度对除磷效果影响较弱，5-30℃（4）pH6.5-8.0（5）泥龄通过排泥(富磷污泥)除磷,排泥量的多少决定系统的脱磷效果,泥龄越短,剩余污泥量越多,除磷效果越好；仅以除磷为目的,宜采用较短的泥龄,同时考虑BOD、

COD的去除，一般控制在3.5-7d。

3、工艺大（1）A/O工艺

厌氧HRT：0.5-1.0h；好氧HRT：1.5-2.5h，MLSS2000-4000mg/L曝气池（吸磷和除BOD）二沉池沉淀池石灰沉淀池厌氧释磷池出水剩余污泥冲洗水石灰和混凝剂含磷水剩余化学污泥上清液回流直接回流污泥脱磷回流污泥进水（2）Phostrip工艺特点：生物除磷与化学除磷相结合的除磷工艺，效果优于A/O优点：①出水总磷浓度低，<1mg/L；②回流污泥磷含量较低，对进水BOD5/TP无特殊限制；③大部分磷以石灰污泥沉淀去除，后处理简单；④适合对现有工艺的改造。§2污水脱氮技术一、物理化学法1、吹脱法脱氮

NH3+H2O↔NH4++OH-pH越高，NH3比例越高（pH越低，HClO比例越高）

pH=7，以NH4+形式存在，pH=11，NH3占90%以上，较高pH下进行吹脱效果较好。设计参数：水力负荷3-4m3/(m2·h)；气水比＞4000m3/m3（能耗很高）；原水pH＞10（耗碱，吹脱后pH需回调）；吹脱塔填料高＞9m（木制或塑料制格子填料，促进空气与水的充分接触）2、折点加氯法脱氮NH2Cl+NHCl+HOCl→N2O+4HCl2NH2Cl+HOCl→N2+3HCl+H2ONH2Cl+NHCl2→N2+3H++3Cl-酸性条件下生成三氯胺，碱性条件下生成硝酸，应对反应pH值加以控制（中性）氨化细菌硝化菌缺氧菌将有机氮化合物分解，转化为氨氮将氨氮转化为硝酸盐将NO3-转化为N2反硝化过程硝化过程二、生物脱氮（一）原理

1、硝化分为两个过程：（1）亚硝酸化：NH4+-N→NO2--N（亚硝酸菌）（2）硝酸化：NO2--N→NO3--N（硝酸菌）硝化总反应：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+351KJ（放热反应）硝化+合成总反应：P202

硝化菌：通过NH4+的氧化获得能量，化能自养菌（可获得能量有限，生长速度慢）特征（1）耗氧：硝化+亚硝化：4.57gO2/gNH4+-N

硝化总反应：NH4++2O2→NO3-+3H++H2O+351KJ（放热反应）（2）耗碱：7.14g碱度/gNH4+-N

为保证硝化过程中pH值的稳定，需补充碱度。2、反硝化缺氧过程，在缺氧条件下，以有机物为电子供体，以硝酸盐为电子受体，放出能量，供反硝化菌利用：缺氧异氧菌反硝化：NO3--N+5H→0.5N2+2H2O+OH-

短程硝化反硝化：NO2--N+3H→0.5N2+H2O+OH-

特征（1）不需氧：缺氧过程（2）产生碱度：3.75g碱度/gNO3--N（3）需有机物（碳源）甲醇、挥发酸、生活污水等可作碳源（外加碳源）以反硝化菌自身作为有机物：内源反硝化（速度慢）（二）影响因素

（1）pH值硝化菌：8.0-8.4（＜6或＞9.6，硝化停止），消耗碱度，需通过投加碱度维持；反硝化菌：6.5-7.5（＜6或＞8，反硝化强烈抑制），产生碱度，有助于将pH保持在所需范围内。（2）DO硝化：严格好氧，可忍受极限0.5-0.7mg/L，不得低于1mg/L，通常1-2mg/L；反硝化：兼性菌，既能进行无氧呼吸，也能进行有氧呼吸（优先利用氧气），DO控制在0.5mg/L以下。（3）碳源硝化：自养菌，BOD＜20mg/L，BOD过高，异养菌迅速增殖，争夺DO；反硝化：异养菌，需有机物，当BOD5/TN＞3-5时，碳源充足；否则需外加碳源（甲醇）。（4）温度硝化：适宜20-30℃，＜15℃硝化速率下降；＜5℃硝化停止；反硝化：15-35℃，＜10℃反硝化速率下降；＜3℃反硝化停止；＞30℃速率下降。（5）泥龄（θc）硝化：θc

＞硝化菌最小世代时间（P202表8-1）；反硝化：与一般好氧异养菌增殖速率差不多。（6）有毒物质硝化：高浓度NH4+、重金属、有毒物质、有机物；反硝化：对有毒物质的敏感性比硝化菌低得多，与一般好氧异养菌相同。（三）生物脱氮的其他理论

1、同步硝化-反硝化（SND）：在同一反应器中同时进行硝化和反硝化宏观环境理论：反应器内水流流态不同，可形成缺氧区域微环境理论：活性污泥絮体内部、生物膜内部存在缺氧区域生物学：许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌优点：流程简单、碱度自动补偿，占地面积小；缺点：较难控制。2、短程硝化-反硝化：氨氮→亚硝酸盐氮（→硝酸盐氮）→N2

供氧：减少25%;

反硝化需碳源：节省40%;

污泥生成量：50%;

碱消耗量↘、反应时间↘。3、厌氧氨氧化（ANAMMOX）

在厌氧条件下以NO2-为电子受体由自养菌将NH4+直接氧化为N2NH4++NO2-→N2+2H2O4、好氧反硝化

实现同步硝化-反硝化。（四）生物脱氮工艺

1、三级生物脱氮工艺：P207图8-6初沉池曝气氧化硝化池缺氧反硝化池二沉池污泥回流排泥原污水曝气排放空气空气氮气2、两级生物脱氮工艺：P208图8-7初沉池缺氧池好氧池二沉池污泥回流排泥原污水碱回流混合液3、A/O工艺（前置反硝化脱氮工艺）：P209图8-8特点：（1）流程简单，构筑物少，节省基建费用，占地少；（2）反硝化在前，利用进水中有机物作碳源，节省投加碳源的费用；（3）反硝化在前，产生碱度（3.75g/gNO3-）可补偿硝化对碱度的消耗（7.14g/gNH4+），后续硝化投加碱度降低一半；（4）反硝化在前，消耗进水BOD，减轻好氧池有机负荷，有利于硝化（＜20mg/L）;（5）好氧池在后，可进一步去除反硝化残留有机物、曝气充氧，改善出水水质。沉淀池第一缺氧反应器好氧反应器第二缺氧反应器快速好氧反应器沉淀池硝化混合液回流反硝化去处BOD、反硝化去除BOD、排泥原污水排泥污泥回流4、Bardenpho工艺（P210图8-10）5、phoredox工艺A2/O工艺等：脱氮除磷工艺§3污水同步脱氮除磷技术1、特点：（1）最简单的同步脱氮除磷工艺，总HRT小于其他同类工艺；（2）厌氧、缺氧、好氧交替运行，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀，SVI一般小于100；（3）反硝化不需外加碳源，硝化耗碱部分由反硝化提供，污泥肥效高。厌氧缺氧好氧沉淀池内回流进水出水排泥污泥回流A2/O工艺问题：（1）混合液回流量不宜太高。过低：如100%,去除率（理论）仅50%；过高：破坏缺氧池缺氧状态，影响反硝化、耗能；（2）受污泥增长的限制，除磷效果较难提高（泥龄与硝化菌矛盾；回流污泥挟带DO及NO3--N，破坏厌氧环境）；（3）沉淀池设计有特殊要求，含磷污泥停留时间不能太长。厌氧缺氧好氧沉淀池内回流进水出水排泥污泥回流A2/O工艺2、phoredox工艺(改进的Bardenpho工艺)厌氧池缺氧池好氧池缺氧池好氧池回流回流进水出水沉淀池排泥缺氧池好氧池缺氧池好氧池沉淀池硝化混合液回流去处BOD、反硝化硝化，排泥原污水污泥回流硝化出水主要问题：回流污泥携带O2、硝酸盐至厌氧池，破坏厌氧状态，对除磷