廢水生物脫氮除磷工藝第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第一節概述

一、營養元素的危害二、脫氮的物化法三、除磷的物化法第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六一、營養元素的危害氨氮會消耗水體中的溶解氧；氨氮會與氯反應生成氯胺或氮氣，增加氯的用量；含氮化合物對人和其它生物有毒害作用：

①氨氮對魚類有毒害作用；②NO3和NO2可被轉化為亞硝胺——一種“三致”物質；③水中NO3高，可導致嬰兒患變性血色蛋白癥——“Bluebaby”；加速水體的“富營養化”過程；第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、脫氮的物化法1）氨氮的吹脫法：調節pH值沉淀池吹脫塔出水

排泥

進水

石灰或石灰乳吹脫法脫氨工藝流程第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六2）折點加氯法去除氨氮：每mgNH4+--N被氧化為氮氣，至少需要7.5mg的氯。加氯反應池活性炭吸附塔NaOCl進水出水第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六3）選擇性離子交換法去除氨氮：采用斜發沸石作為除氨的離子交換體。澄清或過濾沸石離子交換床出水再生液脫氮NH3或N2進水第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）鋁鹽除磷:羥磷灰石一般用Al2(SO4)3，聚氯化鋁（PAC）和鋁酸鈉（NaAlO2）2）鐵鹽除磷：FePO4

、Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4

或FeCl3

、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷:第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第二節廢水生物脫氮的基本原理一、生物脫氮的基本過程：①氨化(ammonification)——含氮有機物，在生物處理過程中被（好氧或厭氧）異養微生物氧化分解為氨氮；②硝化(nitrification)——由好氧自養硝化菌將氨氮轉化為NO2和/或NO3；③反硝化(denitrification)——缺氧條件下，在異養反硝化菌的作用下將NO2和NO3還原轉化為N2。第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六生物脫氮的基本原理有機氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2①氨化作用亞硝化作用硝化作用②硝化作用③反硝化作用O2O2O2或無氧異養細菌氨氧化細菌（自養型）硝化細菌（自養型）有機物有機物反硝化細菌（異養型）反硝化細菌（異養型）好氧或厭氧條件堿度增大，pH值升高絕對好氧條件堿度下降，pH值降低絕對好氧條件堿度和pH值無變化堿度增大，pH值升高確氧條件第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、硝化反應（Nitrification）●分為兩步：●由兩組自養型硝化菌分步完成：①氨氧化細菌，或亞硝化細菌（Nitrosomonas）；②亞硝酸鹽氧化細菌，或硝化細菌（Nitrobacter）第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六1、硝化細菌的特性

●都是革蘭氏陰性、無芽孢的短桿菌和球菌；

●強烈好氧，不能在酸性條件下生長；

●無需有機物，以無機含氮化合物為能源，以無機C（CO2或HCO3-）為碳源；

●化能自養型；

●生長緩慢，世代時間長。第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六2、硝化反應過程及反應方程式：①亞硝化反應：

●亞硝酸鹽細菌的產率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需氧3.16mg（7632/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需消耗7.08mg堿度以(CaCO3計)（10950/55/14）加上合成，則：第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六2、硝化反應過程及反應方程式：②硝化反應：

●硝酸鹽細菌的產率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)

●氧化1mgNO2-N為NO3-N，需氧

1.11mg(195*32/400/14)

●幾乎不消耗堿度加上合成，則：第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六2、硝化反應過程及反應方程式：③總反應：

●總的細菌產率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)；

●氧化1mgNH3-N為NO3-N，需氧4.27mg；需堿度7.07mg(以CaCO3計)；

●不考慮合成，則：氧化1mgNH4+-N為NO3—N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應3.43mg，硝化反應1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計)加上合成，則：第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六3、硝化反應的環境條件：①好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩定的pH值(適宜的pH為8.0~8.4)；②一般要求進水BOD5在15~20mg/l以下；③適宜溫度：20~30C；

<15C，速率下降；<5C，完全停止；④污泥齡，須大于其最小世代時間(一般為3~10天)；⑤抑制物質：高濃度的氨氮、（亞）硝酸鹽、有機物、重金屬離子等第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、反硝化反應1、反硝化反應過程及反硝化菌●定義：硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態氮（N2）的過程；●反硝化菌屬異養型兼性厭氧菌，并不是一類專門的細菌，分屬近十個不同的屬，存在于土壤和污水處理系統中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類具有還原硝酸鹽能力的細菌；●反硝化菌能在缺氧條件下，以NO2-N或NO3-N為電子受體，以有機物為電子供體，而將氮還原；●

①同化反硝化，最終產物是有機氮化合物，是菌體的組成部分；②異化反硝化，最終產物為分子態的氮氣。第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、反硝化反應2HNO3-2H2O+4[H]2HNO22[HNO]-2H2O+4[H]-2H2O+4[H]-H2O+2[H]2NH2OH2NH3N2ON2-H2O異化反硝化同化反硝化-2H2O+2[H]+4[H]N2O：俗稱“笑氣”，一種溫室氣體，應盡量避免其生成。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六反硝化反應的方程式以[H]為電子供體：第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六反硝化反應方程式以甲醇為電子供體：第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六（2）反硝化反應的影響因素

●碳源：①廢水中有機物，若BOD5/TKN>3~5時，即可；②外加碳源，多為甲醇；

●適宜pH：6.5~7.5；

●溶解氧應控制在0.5mg/l以下；

●適宜溫度：20~40C第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六生物脫氮反應過程中各項生化反應特征生化反應類型去除有機物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌自養型菌自養型菌兼性菌異養型菌能源有機物化能化能有機物電子受體O2O2O2NO2-

、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l堿度無變化7.14mg/1mgNH4+-N

無變化還原1mgNO3--N或NO2--N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg氧化1mgNO2---N需氧1.14mg分解1mg有機物需NO2---N0.58mg，NO3---N0.35mg最適pH值6~87~8.56~7.56~8最適水溫15~25C30C30C34~37C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

第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六綜合：

（1）硝化反應每氧化1.0gNH+4-N耗氧4.57

g，消耗堿度7.14

g，表現為PH值下降；（2）反硝化過程，去除1.0gNO3－-N，可以消耗2.6

gBOD，補償堿度3.57g.

（3）硝化需要BOD/TKN不能高，污泥負荷需在0.15

kg/BOD/1gSS.d以下，反硝化需要充足的碳源，BOD/TKN>4-6。（4）PH值范圍不同。硝化7.5-8.5，反硝化6.5-7.5。（5）硝化反硝化與去除有機物有矛盾的地方。第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第三節廢水生物除磷原理（1）有關廢水中的磷的基本概念：

l廢水中的存在形式：無機磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、聚磷酸鹽有機磷，等；

l所有細菌都從環境中攝取磷；

l磷細菌（也稱為聚磷菌、除磷菌），可過量、超出生理需要的攝取磷，以聚合磷酸鹽的形式貯存在細胞體內，

l從系統中排出這種高磷污泥，就可達到除磷的目的。第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六生物除磷的原理與過程I——PHB（聚羥基丁酸）S——聚合磷酸鹽厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過量攝取磷高含磷污泥的排出第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六磷的轉化過程（1）在厭氧區:

在沒有溶解氧和硝態氮存在的厭氧條件下，兼性細菌通過發酵作用將溶解性BOD轉化為VFA（低分子發酵產物——揮發性有機酸）。聚磷菌吸收這些或來自原污水的VFA，并將其運送到細胞內，同化成胞內碳能源儲存物（PHB/PHV），所需的能量來源于聚磷的水解以及細胞內糖的酵解，并導致磷酸鹽的釋放。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六（2）在好氧區:

聚磷菌的活力得到恢復，并以聚磷的形式存儲超出生長需要的磷量，通過PHB/PHV的氧化代謝產生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式捕積存儲，磷酸鹽從液相去除。產生的富磷污泥（新的聚磷菌細胞），將在后面的操作單元中通過剩余污泥的形式得到排放，從而將磷從系統中除去。從能量角度來看，聚磷菌在厭氧狀態下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機物，在好氧狀態下降解吸收的溶解性有機物獲取能量以吸收磷，在整個生物除磷過程中表現為PHB的合成和分解。第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

（3）除磷系統的關鍵所在就是厭氧區的設置，可以說厭氧區是聚磷菌的“生物選擇器”。由于聚磷菌能在這種短暫性的厭氧條件下優先于非聚磷菌吸收低分子基質（發酵終產物）并快速同化和儲存這些發酵產物，厭氧區為聚磷菌提供了競爭優勢。同化和儲存發酵產物的能源來自聚磷的水解以及細胞內糖的酵解，儲存的聚磷為基質的主動運輸、乙酰乙酸鹽（PHB合成前體）的形成提供能量。這樣一來，能吸收大量磷的聚磷菌群體就能在處理系統中得到選擇性增殖，并可通過排除高含磷量的剩余污泥達到除磷的目的。第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

（4）聚磷菌在生物除磷過程中的作用機理第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

PHB的合成和降解，作為一種能量的儲存和釋放過程，在聚磷菌的攝磷和放磷過程中起著十分重要的作用，即聚磷菌對PHB的合成能力的大小將直接影響其攝磷能力的高低。應當指出，正是因為聚磷菌在厭氧—好氧交替運行的系統中有釋磷和攝磷的作用，才使得它在與其他微生物的競爭中取得優勢，從而使除磷作用向正反饋的方向發展。其原因就在于聚磷菌在厭氧條件下能夠將其體內儲存PHB，這樣使得其在與其他微生物競爭中，其他微生物可利用的基質減少，從而不能很好地生長。在好氧階段，由于聚磷菌的高能過量攝磷作用，使得活性污泥中其他非聚磷微生物得不到足夠的有機基質及磷酸鹽，也會使聚磷菌在與其他微生物的競爭中獲得優勢。第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六生物除磷的外部條件

總的來講，聚磷菌對環境因素的響應與反硝化菌、好氧異養菌相似，為了能夠積累聚磷，以下兩項要求實際上非常重要。·

（1）厭氧／好氧條件的交替；·

（2）厭氧階段不存的硝酸鹽。

（1）厭氧／好氧條件厭氧條件對于污水處理廠選擇機理非常重要。引入這一條件，我們就加強了聚磷菌的優勢選擇，結果是大部分生物量由這類菌組成。第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六

2．硝酸鹽厭氧階段硝酸鹽有兩個負作用：

1）反硝化去除了某些本應貯存在聚磷菌細胞內的易降解有機物。結果是由于易降解有機物數量的減少，使磷的去除也減少了。存在乙酸的反硝化過程可依據例3.10的表達式，據此可知4.96

mol

HAc/3.94

mol

NO-3=1.26

molHAc/mol

NO-3被消耗。由于反硝化消耗了有機物質，使除磷過程受到損害。

2）顯然，硝酸鹽影響聚磷菌的代謝，因此不再貯存聚磷酸鹽。第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、生物除磷過程的影響因素①溶解氧：

l厭氧池內：絕對的厭氧，即使是NO3-等也不允許存在；

l好氧池內：充足的溶解氧。②污泥齡：

l剩余污泥對脫磷效果有很大影響，泥齡短的系統產生的剩余污泥多，可以取得較好的除磷效果；

l有報道稱：污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%；而污泥齡為5d時，除磷率高達87%。③溫度：

l5~30C；第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、生物除磷過程的影響因素④pH值：

l6~8。⑤BOD5負荷：

lBOD/TP>20；

l

小分子易降解的有機物誘導磷的釋放的能力更強；

l

磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大。⑥硝態氮

l

硝酸鹽應小于2mg/l；當COD/TKN10，硝酸鹽的影響就減弱了。⑦氧化還原電位：

l好氧區的ORP:+40~50mV；缺氧區的ORP:-160~5mV第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六第四節廢水生物脫氮工藝與技術一、活性污泥法脫氮傳統工藝二、缺氧—好氧活性污泥法生物脫氮系統（A—O工藝）三、氧化溝生物脫氮工藝四、生物轉盤生物脫氮工藝第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六一、活性污泥法脫氮傳統工藝1、三級活性污泥法流程：①碳化：②氨化：第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六1、三級活性污泥法流程：由Barth首先開創；三級各自具有獨立的污泥系統；優點：氨化、硝化、反硝化是在各自的反應器中進行，反應速率快且較徹底；缺點：處理設備多，造價高，運行管理較為復雜。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六2、兩級活性污泥法脫氮工藝第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統（A—O工藝）

——又稱“前置式反硝化生物脫氮系統”第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統（A—O工藝）

在反硝化反應過程中產生的堿度可補償硝化反應消耗的堿度的一半左右；硝化曝氣池在后，使反硝化殘留的有機物得以進一步去除，無需增建后曝氣池。第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六三、氧化溝生物脫氮工藝第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期六四、生物轉盤硝化脫氮工藝進水BOD去除好氧碳化及硝化缺氧脫氮好氧第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期