脱氮除磷影响因素

关于脱氮除磷影响因素

传统的脱氮机理认为:脱氮一般包括氨化、硝化、反硝化和同化四个过程。先是异养型细菌把有机氮转化为氨态氮(氨化),此后氨态氮又被自养型亚硝化菌氧化成亚硝态氮,进而亚硝态氮再被自养型的硝化菌氧化为硝态氮(硝化),最后异养型的反硝化菌同时将亚硝态氮和硝态氮还原为气态氮,如N2、N2O或NO将氮元素从污水中去除(反硝化)。由于氨化反应速度很快,一般不作考虑,生物的同化代谢过程也能去除少部分氮,这是脱氮的次要过程。生物脱氮主要是硝化和反硝化两个过程。目前公认的NO-2还原为N2的过程为:NO-2→NO→N2O→N2脱氮原理第2页,共20页，星期六，2024年，5月

基本过程：

（1）氨化过程：在氨化细菌作用下，有机物中的氮被转化为氨氮，有机物得到降解：

有机N→NH3

（2）硝化过程：分为亚硝化和硝化。在好氧条件下，亚硝化菌将NH4+转化为NO2-，在硝化细菌作用下进一步转化为NO3-。（3）反硝化过程：缺氧条件下，反硝化细菌将NO3-转化为N2（异化反硝化，占96%）或生物体（同化反硝化，占4%）。脱氮基本过程第3页,共20页，星期六，2024年，5月氨化过程

氨化菌是异养菌，对环境条件要求不苛刻，好氧或厌氧均可，对酸碱、温度的适应范围宽。影响生物脱氮的因素第4页,共20页，星期六，2024年，5月

硝化与反硝化过程

（1）溶解氧(DO)

硝化反应的微生物均是严格好氧菌，因此硝化反应过程要求有足够的溶解氧。大量实验表明,DO浓度一般应在2.0mg/L以上,最低极限是0.5～0.7mg/L。而溶解氧的存在对反硝化过程有很大影响。当缺氧区中的溶解氧含量过高时，氧将会与硝酸盐竞争电子供体,并能抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。一般而言，对于活性污泥系统，反硝化过程中混合液的溶解氧浓度应控制在0.5mg/L以下，才能保持正常的反硝化速度；对于生物膜来说，由于生物膜中氧的传递阻力较大，因而可允许较高的DO浓度。

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(2)泥龄(SRT)

泥龄是一个很重要的设计和运行控制参数，它直接与活性污泥活性相联系。亚硝化菌和硝化菌均属于自养菌,生长缓慢,世代时间较长，而亚硝化菌的世代期较短，控制系统的泥龄在两种细菌的世代期之间，则可使系统中硝化菌的数量越来越少，实现短程硝化反硝化。要保持硝化菌群在活性污泥系统中的比例,就必须保证SRT大于最短的世代时间。一般SRT应大于10d。(3)温度

硝化反应的温度范围为5～40℃,适宜温度为30～35℃，低于5℃，硝化反应几乎停止；反硝化的适宜温度为20～40℃,低于15℃,硝化反硝化速率极低，低于3℃时，反硝化作用将停止。

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（4)pH值

生物脱氮过程中，硝化要消耗碱度使pH下降；而在反硝化阶段，由于产生一定量的碱度，可使pH上升。但即使在前置反硝化脱氮工艺中，反硝化阶段产生的碱度也不能完全弥补硝化所消耗的碱度，从而使系统的pH值下降。亚硝酸菌最适pH值为8.0～8.4,硝酸菌的最适pH值为6.5～7.5,反硝化最适宜的pH值为6.5～7.5。当pH低于6.0或高于9.6,硝化反硝化将受到影响,甚至反应将停止。

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(5)有机碳及C/N比

硝化菌是自养型,其生存率远小于氧化有机物的异养菌,当好氧池中有机物浓度较高时,硝化菌为劣势菌种,当BOD5小于20mg/L,硝化反应才不受影响。而反硝化是异养菌，因此反硝化过程需要有一定的碳源作为电子供体及能源,否则反硝化不彻底。(6)有毒有害物质

许多物质对硝化菌有毒害作用,如某些重金属、复合阴离子和有机化合物等,会干扰细胞的新陈代谢,破坏细菌最初的氧化能力。另外,过高的氨氮浓度对硝化反应会产生基质抑制作用。影响生物脱氮的因素第8页,共20页，星期六，2024年，5月

(7)回流比

对于A/O、A2/O和UCT等前置反硝化工艺，污泥回流和混合液回流是使该工艺获得脱氮效果的先决条件，回流比的大小直接影响脱氮效果的好坏。实际运行时混合液比常常取200~300%,污泥回流比取50~100%。

(8)同化作用

对于通常认为异化脱氮是废水中氮的主要去除途径，但对于进水BOD/TN很高的废水，有时同化脱氮可能占相当大的比例。某些工业废水由于却反氮源而使得氮成为生物处理的限制性底物，这种情况下，为保证生物处理正常运行，必须向废水中投加氮源，以满足微生物生长的需求。影响生物脱氮的因素第9页,共20页，星期六，2024年，5月

起除磷作用的细菌分为两类：（1）聚磷菌（PAOs,Poly-phosphateAccumulatingOrganisms）；（2）反硝化除磷菌（DPB，DenitrifyingPhosphorusRemovingBacteria）。除磷原理第10页,共20页，星期六，2024年，5月PAOs原理：

除磷原理第11页,共20页，星期六，2024年，5月PAOs原理：

聚磷菌吸磷和释磷机理是传统普遍认可的理论。即在厌氧条件下,发酵产酸菌充分发挥其发酵产酸作用,将进水中大分子有机物变成小分子有机物挥发性脂肪酸(VFA),以利于“聚磷”的聚磷菌(PAO)释磷所需。聚磷菌在厌氧“受压抑”环境下将其细胞内的有机态磷分解转化为无机态磷,并释放于环境中,并产生三磷酸腺苷(ATP)。聚磷菌利用ATP以主动运输方式将细胞外的废水中溶解性有机基质摄入细胞内,以合成聚-β-羟基丁酸盐(PHB)及糖原等有机颗粒的形式贮存在细胞内。聚磷菌在厌氧条件下释放出的磷,是利用ATP时的水解产物,其反应式为：

ATP+H2O→ADP+H2PO4除磷原理第12页,共20页，星期六，2024年，5月

在厌氧条件下,表现为磷的释放,即磷酸盐由微生物体内向废水的转移过程。在好氧条件下,贮存有机物的聚磷菌的活力将得到恢复,聚磷菌在有溶解氧的条件下进行有机物的降解,同时产生大量ATP。产生的ATP大部分供给细胞合成和维持生命活动,一部分则用于从废水中摄取溶解态的正磷酸盐所需的能量,从而完成聚磷的过程。这一阶段表现为微生物对磷的吸收,即磷酸盐由废水向聚磷菌体内的转移过程。PHB的合成与降解,作为一种能量的贮存与释放过程,在聚磷菌的摄磷和放磷过程中起着十分重要的作用。聚磷菌对PHB的合成能力的大小将直接影响其摄磷能力的高低。聚磷菌的释磷和吸磷过程中,细胞对磷的摄取量远远大于在厌氧环境中的释放量,通过排放剩余污泥来实现除磷。在一定条件下,聚磷菌厌氧释磷越彻底,好氧条件下的吸磷量就越大。除磷原理第13页,共20页，星期六，2024年，5月DPB原理：

由于反硝化菌和聚磷菌对有机物的竞争，因而在脱氮除磷的污水厂中强化的生物除磷过程往往会降低该厂的反硝化能力。大多数改进的活性污泥脱氮除磷污水厂都会在厌氧条件下被PAO吸收而不能在缺氧下为反硝化菌利用。然而，此情况只有当PAOs与反硝化菌完全不同时才会发生。若PAOs在缺氧条件下能发生时反硝化作用，则它们对有机物竞争的程度将大大降低。近年来人们热衷研究另一类细菌，即“兼性厌氧反硝化除磷细菌”---DPB的反硝化除磷行为。若能在实际工程中培养出以DPB占优势的混合菌种，则可期望反硝化与过量吸磷在同一构筑物中实现。研究表明它们中的一部分可利用NO3--N为电子受体来过量吸磷。除磷原理第14页,共20页，星期六，2024年，5月(1)溶解氧

控制生物除磷工艺中厌氧段（即磷释放区）的厌氧条件很重要，因为它直接影响到PAOs和DPB的释磷能力及保证合成PHB所需的VFA或SCFA的数量。在释磷区,应保持严格厌氧,DO小于0.2mg/L;吸磷过程,要保持充足的DO,一般DO应控制在2.0mg/L以上。(2)温度

温度范围为5～30℃,厌氧释磷和好氧吸磷受温度的影响十分明显,在15～20℃,好氧吸磷速度达到最大。

影响生物除磷的主要因素第15页,共20页，星期六，2024年，5月(3)pH值

厌氧条件下释磷是生物除磷极为重要的一个方面，而这要求有VFA或SCFA存在。因此厌氧释磷要求pH值小于或等于7.0为宜。而pH值低于5.2,会引起细胞结构和功能的破坏,造成无效释磷。(4)硝态氮

一方面,厌氧区的聚磷菌主要是以VFA为碳源完成聚磷的水解和释放,如有硝态氮存在,气单胞菌就不会产酸,聚磷菌所能获得的VFA就少;另一方面,气单胞菌会利用硝态氮进行反硝化,消耗水中的碳源有机物,硝态氮与聚磷菌争夺碳源,这对聚磷菌的厌氧释磷是非常不利的,厌氧区的硝态氮浓度应控制在1.5mg/L以下。

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(5)有机负荷和有机质类型

较高的有机负荷对除磷有利,一般认为,进水中BOD5/TP应大于20,才会获得较好的除磷效果。有机质的类型对厌氧释磷有重要影响,分子量较小的有机物易于被聚磷菌利用。(6)泥龄

生物除磷主要通过排出剩余污泥实现的,而处理系统中泥龄的长短直接影响污泥的活性及剩余污泥排放量。系统泥龄过长，则使污泥活性降低，污泥的含磷量下降，去除单位重量的磷所消耗的BOD也多。此外，由于泥龄长，污泥趋于老化，可通过自身氧化使体内的磷释放水中，同时剩余污泥量减少也导致了除磷效率降低。因此,SRT越短,排放的污泥量越多,除磷的效率越高。SRT一般为3.5～7.0d。

影响生物除磷的主要因素第17页,共20页，星期六，2024年，5月(7)细胞内储存物

生物除磷实际上是微生物细胞内几种内储存物之间的相互作用，故细胞内储存物的含量对除磷有极大影响。聚磷酸盐的厌氧释放是除磷菌好氧过剩摄磷的前提，为PHA的合成提供能量，同时糖原的厌氧分解也是合成PHA的能量来源。因此高磷低糖的污泥厌氧释磷多，低磷高糖的污泥厌氧释磷少。若污泥糖类含量超过25%时，污泥吸收有机物同时降解糖原而不释放磷，这必然会导致工艺脱磷失败。因此，设法降低细胞内糖原含量有利于提高生物除磷效率。同样，细胞内PHA的含量与除磷效率也关系密切。

影响生物除磷的主要因素第18页,共20页，星期六，2024年，5月

氮、磷等污染物的排放会导致水体富营养化，这就要求城市污水处理厂必须考虑采用脱氮除磷的技术措施降低对环境的危害。然而氮磷