第十章

廢水生物脫氮除磷工藝概述生物脫氮工藝與技術生物除磷工藝與技術同步脫氮除磷工藝第一節概述

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；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二、脫氮的物化法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進水出水二、脫氮的物化法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:第四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。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）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。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（76

32/55/14）；

●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：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：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：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：20~30

C；

<15

C，速率下降；<5

C，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。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。反硝化反應的方程式以[H]為電子供體：反硝化反應方程式以甲醇為電子供體：（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：20~40

C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6~87~8.56~7.5

6~8最適水溫15~25

C30

C30

C34~37

C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

第五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。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：

l5~30

C；二、生物除磷過程的影響因素二、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/TKN

10，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第二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：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。2、兩級活性污泥法脫氮工藝二、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”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。三、氧化溝生物脫氮工藝四、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三節廢水生物除磷工藝與技術厭氧—好氧生物除磷工藝生物法與化學法結合的除磷工藝

生物除磷原理與過程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一、厭氧——好氧除磷工藝(A—O工藝)一、厭氧——好氧除磷工藝(A—O工藝)工藝特點：水力停留時間為3~6h；曝氣池內的污泥濃度一般在2700~3000mg/l；磷的去除效果好（~70%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量約為4%，肥效好；SVI小于100，易沉淀，不易膨脹。二、Phostrip除磷工藝——生物除磷和化學除磷相結合二、Phostrip除磷工藝工藝特點：除磷效果好，處理出水的含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般為2.1~7.1%；石灰用量較低；污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、濃縮、脫水，污泥肥分高，不易膨脹。第四節同步脫氮除磷工藝一、Bardenpho同步脫氮除磷工藝工藝特點：各項反應都反復進行兩次以上，各反應單元都有其首要功能，同時又兼有二、三項輔助功能；

脫氮除磷的效果良好。二、A—A—O同步脫氮除磷工藝工藝特點：工藝流程比較簡單；厭氧、缺氧、好氧交替運行，不利于絲狀菌生長，污泥膨脹較少發生；無需投藥，運行費用低。二、A—A—O同步脫氮除磷工藝

水力停留時間（h）厭氧反應器0.5~1.0缺氧反應器0.5~1.0好氧反應器3.5~6.0污泥回流比(%)50~100混合液內循環回流比(%)100~300混合液懸浮固體濃度(mg/l)3000~5000F/M(kgBOD5/kgMLSS.d)0.15~0.7好氧反應器內DO濃度(mg/l)

2BOD5/P5~15(以

10為宜)三、Phoredox同步脫氮除磷工藝工藝特點：在缺氧反應器之前再加一厭氧反應器，以強化磷的釋放，從而保證在好氧條件下，有更強的吸收磷的能力，提高除磷效果。四、UCT工藝——含NO3

-N的污泥直接回流到厭氧池，會引起反硝化作用，反硝化菌將爭奪除磷菌的有機物而影響除磷效果，因此提出UCT（UnivercityofCapeTown）工藝。厭氧段缺氧段缺氧段好氧段第五節生物脫氮除磷的應用實例1、昆明蘭花溝廢水處理廠

TP(mg/l)TN(mg/l)原廢水2~430處理水

1.0NH3-N

1.0TKN

6第五節生物脫氮除磷的應用實例2、廣州大坦沙廢水處理廠水力停留時間（h）溶解氧（mg/l）污泥回流比（%）混合液內循環回流比（%）AAOAAO1250.20.51.5~225~100100~200

BOD5(mg/l)SS(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)原廢水200250405處理出水

20

30

15

2生物脫氮工藝的新進展l好氧反硝化（aerobicdenitrification）；l異養硝化（heterotrophicnitrification）；l厭氧氨氧化（anaerobicammoniumoxidation）；l由自養硝化細菌引起的反硝化(denitrificationbyautotrophicnitrifyingbacteria)等SHARON工藝；ANAMMOX工藝；OLAND工藝等

？-3NH4++3NO2-+5NO3-NO2-+3N20新型生物脫氮工藝SHARON工藝新型生物脫氮工藝ANAMMOX工藝S－A組合工藝作業39、試簡述生物脫氮、生物除磷的原理，并分別給出一個脫氮、除磷和一個能同時脫氮除磷的工藝流程，并說明工藝中每個反應單元的主要功能。22、某污水含有氨氮（以N計）150mg/L，BOD5濃度為210mg/L，pH值為7.5。設計采用兩級活性污泥法脫氮工藝進行處理，硝化池中投加Na2CO3維持pH值，反硝化池中投加甲醇為外加碳源。假設硝化池對氨氮和BOD5的去除率均為95%；反硝化池中的反硝化率為90%，試計算：（1）硝化池中完成硝化作用所需要的氧量以及為維持適宜的pH值所需要投加的Na2CO3的量；（2）反硝化池中所需的甲醇的投加量。（計算過程中可忽略細菌的同化作用）26、某污水廠，水量為15000m3/d，水溫為20~35

C，COD2500mg/L，為易降解有機廢水，設計的工藝流程如圖所示，要求最終出水的COD小于100mg/L。請對流程中的UASB反應器、好氧生物選擇器、氧化溝三個主要構筑物，通過選取合理的設計參數進行簡單的設計計算，要求給出其各自的容積負荷、COD去除