第六節(jié) 脫氮除磷活性污泥法工藝及其設(shè)計(jì)

4.6脫氮除磷活性污泥法工藝及其設(shè)計(jì)4.6.1脫氮原理與工藝技術(shù)

氮污染的危害1.富營(yíng)養(yǎng)化——N、P引起，藻類問(wèn)題（滇池，太湖）；2.提高制水成本——污水消毒時(shí)，增加投氯量；3.污水回用填塞管道——NH3－N可促進(jìn)設(shè)備中微生物的繁殖；4.農(nóng)業(yè)灌溉——TN不大于1mg/l，否則對(duì)農(nóng)作物有影響。1.有機(jī)氮2.氨態(tài)氮（NH3—N、NH4+—N）3.NO2—N、NO3—N4.N2

氮的存在形式

二級(jí)處理技術(shù)的局限性※合成代謝對(duì)氮磷的去處率低，水中氮磷過(guò)剩

nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2

(C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O4.6.1.1氮的吹脫處理NH3+H2O

NH4++OH-PH=7時(shí)，以NH4+存在PH=11時(shí)，90%NH3存在PH升高，去除NH3上升T上升，去除NH3上升脫氮塔技術(shù)的特點(diǎn)：除氮的效果穩(wěn)定；操作簡(jiǎn)便，容易控制；NH3

二次污染（可回收）；使用CaO易結(jié)垢（改用NaOH）水溫下降時(shí)，效果差

原理

脫氮塔1.PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加緩慢2.水溫——水溫升高，效率升高3.布水狀態(tài)——滴狀下落最好，膜狀下落，效果大減4.布水負(fù)荷率——填料6m高以上時(shí)，其值不超過(guò)

180m3/m2.d5.氣液比——填料6m高以上時(shí)，2200-2300以下為好。

脫氮塔工作影響因素與設(shè)計(jì)參數(shù)4.6.1.2生物脫氮原理活性污泥法的傳統(tǒng)功能——去除水中溶解性有機(jī)物N、P只滿足生理要求即可，因此對(duì)二者去除率低，僅為20-40%；5-20%

概述

污水生物處理中氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程1、氨化反應(yīng)氨化反應(yīng)原理

RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3氨化菌氨化菌為異氧菌

一般在氨化過(guò)程與微生物去除有機(jī)物同時(shí)進(jìn)行，有機(jī)物去除結(jié)束時(shí)，已經(jīng)完成了氨化反應(yīng)

2、硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)原理

總反應(yīng)NH4++1.5O2NO2-+H2O+2H+-△F（△F=278.42kJ）NO2-+0.5O2NO3－-△F（△F=72.27kJ)亞硝酸菌硝酸菌NH4++2O2NO3－+H2O+2H+-△F（△F=351kJ）硝化菌硝化菌的特點(diǎn)

①

硝化菌——亞硝酸菌和硝酸菌的統(tǒng)稱;②

硝化菌屬于——化能自養(yǎng)菌，可生芽孢的短桿狀細(xì)菌.

硝化反應(yīng)的控制指標(biāo)

硝化菌對(duì)環(huán)境條件的變化極為敏感，所以有以下指標(biāo)：①

溶解氧：氧是電子受體，DO不能低于1.0mg/l

硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②堿度：7.1g堿度（以CaCO3計(jì)）/1g氨態(tài)氮（以N計(jì)）,一般堿度不低于50mg/l③

PH：硝化菌對(duì)PH變化敏感,最佳值8.0-8.4,效率最高④

溫度：適應(yīng)20-30℃，15℃時(shí)硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有機(jī)物：BOD應(yīng)低于15-20mg/l⑥污泥齡（SRT）：微生物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間（θc）

N>(θc)Nmin，硝化菌最小的世代時(shí)間(θc)Nmin有害物質(zhì)：對(duì)硝化反應(yīng)抑制，某些重金屬，高濃度NH4+—N，高濃度NOx—N，有毒有機(jī)物、絡(luò)合物陽(yáng)離子。3、反硝化反應(yīng)2HNO22HNO2HNO32NH2OH2NH3NON2+4H+2H-2H2O+2H-2H2O-H2O+4H+4H-2H2O-2H2O反硝化反應(yīng)：指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，還原成氣態(tài)N2的過(guò)程。NO3-NO2-NH2OH有機(jī)體(同化反硝化)NO2-N2ON2(異化反硝化)①同化反硝化反應(yīng)原理

②異化反硝化反應(yīng)原理

①

反硝化菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌；②以NO3—N為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體，合成的細(xì)胞物質(zhì)較少。①污水中的碳源：BOD5/T—N>3-5時(shí)，勿需外加碳源②

PH：主要的影響因素，適當(dāng)?shù)闹禐椋?.5-7.5），

PH>8，或PH<6，反硝化速率下降。溶解氧：0.5mg/l以下，厭氧、好氧交替的環(huán)境，如存在氧，會(huì)抑制反硝化菌體內(nèi)硝酸鹽還原酶的合成，或氧成為電子受體阻礙硝酸氮的還原，但另一方面，某些酶系統(tǒng)還需有氧才能成；④

溫度：最適宜的溫度是20-40℃，低于15℃時(shí)代謝速率下降；⑤

冬季低溫季節(jié)：降低負(fù)荷率，提高污水的HRT。反硝化菌

反硝化反應(yīng)的控制指標(biāo)

生化反應(yīng)類型去除有機(jī)物（好氧分解）硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌和兼性菌（異養(yǎng)型細(xì)菌）自養(yǎng)型細(xì)菌

自養(yǎng)型細(xì)菌兼性菌異養(yǎng)型細(xì)菌能源有機(jī)物化學(xué)能化學(xué)能有機(jī)物氧源O2O2O2NO3-NO2-溶解氧1—2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0—0.5mg/l堿度沒(méi)有變化氧化1mgNH4+-N需要7.14mg堿度沒(méi)有變化還原1mgNO3--N,N02--N生成3.57g堿度氧的消耗分解1mg有機(jī)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(jī)物(COD)需要NO3-N0.35mg,N02-N0.58mg，以提供化合態(tài)的氧最適pH6—87—8.56—7.56—8最適溫度15—25℃θ=1.0—1.0430℃θ=1.130℃θ=1.134—37℃

θ=1.06—1.15增殖速度1.2—3.50.21—1.080.28—1.44好氧分解的1/2—1/2.5分解速度70—870mgBOD/(gMLSS·h)7mgNH4+-N/(gMLSSh)0.022—8mgNO3-—N/(gMLSS·h)產(chǎn)率16%CH3OH/gC5H702N0.04—0.13mgSS/mgNH4+-N能量轉(zhuǎn)換率為5%—35%0.02—0.07mgVSS/mgN02--N能量轉(zhuǎn)換率10%—30%16%CH3OH/gC5H7O2N8上表為生物脫氮反應(yīng)過(guò)程各項(xiàng)生化反應(yīng)特征4、同化作用

污水生物處理過(guò)程中，一部分氮被同化為微生物細(xì)胞的組分，按細(xì)胞干重計(jì)算，微生物細(xì)胞中氮的含量約為12.5％，雖然內(nèi)源呼吸和溶菌作用會(huì)使一部分細(xì)胞中的氮又以有機(jī)氮和氨氮的形式回到污水中，但仍存在于微生物細(xì)胞及內(nèi)源呼吸殘留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余活性污泥的形式得以去除。13.7.1.3生物脫氮工藝技術(shù)1.三級(jí)生物脫氮系統(tǒng)：由三個(gè)反應(yīng)過(guò)程（氨化、硝化、反硝化）建立的脫氮處理系統(tǒng)。

活性污泥傳統(tǒng)脫氮工藝（1）流程說(shuō)明“一級(jí)”曝氣池：去除COD、BOD，BOD<15-20mg/l

有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3NH4+；“二級(jí)”硝化曝氣池，NH3

、NH4+生成NO3—N，堿度下降；“三級(jí)”反硝化池：厭氧、好氧交替運(yùn)行。投甲醇時(shí)，CM=2.47N0（初始NO3—N濃度）

+1.53N(初始NO2—N濃度)+0.87D（初始DO濃度）

（2）優(yōu)缺點(diǎn)去除效果好各類菌類環(huán)境條件好設(shè)備多，造價(jià)高，能耗大2.改進(jìn)的二級(jí)生物脫氮系統(tǒng)BOD去除和硝化兩個(gè)反應(yīng)合并·2.單級(jí)生物脫氮系統(tǒng)

優(yōu)缺點(diǎn)：工藝流程簡(jiǎn)單，處理構(gòu)筑物和設(shè)備減少，反硝化的有機(jī)碳源不足，難以控制以及出水水質(zhì)難以保證。

缺氧—好氧活性污泥法A/O工藝內(nèi)循環(huán)（硝化液循環(huán)）原污水反硝化反應(yīng)器（缺氧）

BOD去除,硝化反應(yīng)反應(yīng)器（好氧）堿沉淀池處理水剩余污泥回流污泥N2圖7－17分建式缺氧-好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)1.工藝特征80年代開創(chuàng),前置反硝化——不加碳源,外加堿度,降低負(fù)荷設(shè)內(nèi)循環(huán)產(chǎn)生堿度,3.75mg堿度/mgNO3—N

勿需建后曝氣池回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）要提高脫氮率，要增加回流比2.影響因素與主要工藝參數(shù)

水力停留時(shí)間：硝化：反硝化=3：1

循環(huán)比：200%

MLSS值：大于3000mg/l;

污泥齡：30d;

N/MLSS負(fù)荷率：0.03gN/gMLSS.d

進(jìn)水總氮濃度：小于30mg/lηN’=Q(r+R)/(1+R+r)Q×100%ηN’——除氮的%；

r——硝化混合也回流比（為混合液流量與處理污水量的比值）

R——沉淀池污泥回流比

Q——進(jìn)水流量對(duì)A/O而言，要保證：回流比85%，總回流比>600%氮的氧化還原態(tài)厭氧氨氧化NH(-Ⅲ)→-Ⅱ→-Ⅰ羥胺NH2OH→0+Ⅰ硝酸基NOH→+Ⅱ→+Ⅲ亞硝酸基→+Ⅳ→+ⅤNO3-3.A/0系統(tǒng)的除氮與回流關(guān)系

NO3-NO2-NON2ON2

亞硝酸醛還原酮硝酸醛還原酮氧化亞氮還原酮氧化還原醛

NO3-→N2

4.6.2除磷原理與工藝技術(shù)4.6.2.1概述

富營(yíng)養(yǎng)化的限制因素2.P<0.5mg/l，能控制藻類的過(guò)度生長(zhǎng)；3.P低于0.05mg/l時(shí)，藻類幾乎停止生長(zhǎng)。1.有機(jī)磷酸鹽：存在有機(jī)物和原生質(zhì)細(xì)胞,大量膠體和顆粒狀，可溶性占30%,如：葡萄糖—6—磷酸,2—磷酸—甘油。

2.磷酸鹽:H2PO4-、HPO4-、PO43-，其中[PO43-]正磷酸鹽

3.聚磷酸鹽:焦磷酸鹽—P2O74-,三聚磷酸鹽—P3O105-

偏磷酸鹽—PO3-1.P>0.5mg/l，促進(jìn)富營(yíng)養(yǎng)化；

磷的存在形式1.生活污水中的含磷量：10-15mg/l，70%為可溶性；經(jīng)過(guò)二級(jí)處理進(jìn)水中，90%左右的磷以磷酸鹽存在。2.污水中的磷不同于氮，不能形成氧化體和還原體，但有固態(tài)和溶解態(tài)轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)。1.化學(xué)除磷法：混凝沉淀和晶析法除磷2.生物除磷法：設(shè)想于1955年提出的，60年代人們對(duì)上述方法廣泛應(yīng)用。

污水處理中磷的情況

污水處理中磷的去除方法4.6.2.2化學(xué)除磷法

石灰混凝除磷pH值，如P<1mg/l，二級(jí)出水PH>9.5；原污水PH>11

磷的形式①正磷酸鹽（PO4）②聚磷酸鹽:去除難易程度焦磷酸鹽(P2O74-)<三磷酸鹽(P3O105-)<偏磷酸鹽(PO3-)

③原水中Ca2+的濃度5Ca2++4OH-+3HPO42-Ca5(OH)(PO4)3+3H2OPH升高，P的含量下降，（對(duì)數(shù)降低的趨勢(shì))1.石灰與磷的反應(yīng)2.除磷效果影響因素

聚氯化鋁（PAC），反應(yīng)相同與Al2(SO4)3，但pH值不下降；鋁酸鈉（NaAlO2）

使用Al鹽注意事項(xiàng):注意PH值，介于5-7之間無(wú)影響，無(wú)需調(diào)整PH降低，應(yīng)注意排放水對(duì)PH的要求沉淀污泥回流，污泥中有Al(OH)3，能提高對(duì)磷的去除率Al3++PO43-（正磷酸離子）AlPO4（難溶,PH值上升，溶解度上升）

Al2(SO4)3+2PO43-2AlPO4+3SO42-Al2(SO4)3+6HCO3-2Al(OH)3+6CO2+3SO42-

金屬鹽混凝沉淀1.鋁鹽除磷

霍米爾（Holmers）提出活性污泥的化學(xué)式

C118H170O51N17P或C：N：P=46：8：1１.好氧吸收（聚磷菌對(duì)磷的過(guò)量吸收）

ADP+H3PO4+能量ATP+H2O2.厭氧釋放:厭氧條件下（DO=0，NO3-=0），

ATP+H2OADP+H3PO4+能量上述兩反應(yīng)為可逆反應(yīng)，過(guò)程見(jiàn)下圖4.6.2.3生物除磷原理

生物除磷

利用聚磷菌一類的微生物，能夠過(guò)量的，在數(shù)量上超過(guò)其生理需要，從外部攝取磷，并將磷以聚合形式貯藏在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)外，達(dá)到從廢水中除磷的效果。

生物除磷機(jī)理ADPATPATPADPADPADPATPATP釋放有機(jī)磷無(wú)機(jī)磷

聚磷

無(wú)機(jī)磷

有機(jī)磷

聚磷菌+Poly

聚磷菌合成

降解PHB無(wú)機(jī)物溶解質(zhì)

進(jìn)水

污泥回流

剩余污泥（高磷）

厭氧段

好氧段

釋放的少

攝取的多

PHB：聚—β—羥基酸鹽由此過(guò)程可以看出：生物除磷幾乎全為活性污泥法，生物膜法很少1.甲單胞菌屬、氣單胞菌屬：起主要作用，15%--20%；

2.不動(dòng)桿菌屬：儲(chǔ)存聚磷的能力最強(qiáng)；

3.某些反硝化菌：也能超量吸收磷；

4.發(fā)酵產(chǎn)酸菌：將大分子物質(zhì)降解為低分子脂肪酸類基質(zhì)；1.溶解氧：厭氧段控制在0.2mg/l以下，好氧段控制在2mg/l左右；2.厭氧區(qū)硝態(tài)氮3.溫度：其影響不如生物脫氮過(guò)程明顯，5—30℃的范圍內(nèi)效果均可；4.pH值：6---8范圍內(nèi)比較穩(wěn)定；5.BOD負(fù)荷和有機(jī)物性質(zhì)：BOD/TP要大于15，才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求；6.污泥齡：一般控制在3.5—7天，厭氧段的停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

主要菌種－聚磷菌

生物除磷的影響因素1.工藝過(guò)程弗斯特利普工藝4.6.2.3生物除磷工藝流程2.弗斯特利普除P工藝的特點(diǎn)

出水含磷量低于1mg/l；

SVI值小于100，絲狀菌難于增值，污泥不膨脹；可根據(jù)BOD/P調(diào)節(jié)回流污泥與混凝污泥的比例。含磷廢水進(jìn)入曝氣池同步進(jìn)入的還有聚磷菌污泥，聚磷菌過(guò)量地?cái)z取磷，去除有機(jī)物，還能出現(xiàn)硝化作用；從曝氣池流出的混合液，進(jìn)入沉淀池，在這里進(jìn)行泥水分離，含磷污泥沉淀，上清液排放；含磷污泥進(jìn)入除磷池含磷上清液進(jìn)入混合池，投加石灰，化學(xué)除磷；（釋放磷）曝氣池（BOD去除吸收磷）原污水處理水（厭氧）沉淀池（好氧）回流污泥（含磷污泥）剩余污泥含磷污泥用作肥料1.厭氧-好氧除磷工藝流程（Ａn－Ｏ法）

厭氧—好氧除磷工藝2.工藝特征：流程簡(jiǎn)單，既不用投藥，也無(wú)需內(nèi)循環(huán),有利于好氧（厭氧）狀態(tài)的保持HRT段，3-6h

曝氣池SS濃度2700-3000mg/l之間，BOD與一般活性污泥法相同，磷的去除率較好，P<1.0mg/l

沉淀污泥含磷率4%，肥效好

SVI低于100，易沉淀，不膨脹

除磷率難以進(jìn)一步提高，P/BOD高時(shí)尤其是這樣沉淀池產(chǎn)生磷的釋放現(xiàn)象3.工藝存在的問(wèn)題：4.6.2.3同步脫氮除磷工藝

巴顛普脫氮除磷工藝1.工藝流程：

第一厭氧反應(yīng)器首要功能是脫氮第二功能是污泥釋放磷

第二厭氧反應(yīng)器脫氮，釋放磷

第一好氧反應(yīng)器硝化，吸收磷

第二好氧反應(yīng)器吸收磷，硝化，去除BOD

沉淀池，主要功能是泥水分離綜上，各反應(yīng)單元都有其首要功能,脫氮>90%,除磷率>90%2.工藝功能：1.工藝流程：A—A—O法同步脫氮除磷工藝厭氧反應(yīng)池缺氧反應(yīng)池原污水（釋放磷氨化）沉淀池（脫氮）回流污泥（含磷污泥）好氧反應(yīng)池（硝化吸收磷去除BOD）處理水內(nèi)循環(huán)2Q

N22.反應(yīng)器單元功能：厭氧反應(yīng)池：釋放磷+氨化（有機(jī)氮）缺氧反應(yīng)器：脫氮好氧反應(yīng)器：去除BOD，硝化，吸收磷3.工藝特點(diǎn)

除磷效果很難提高

脫氮效果難于進(jìn)一步提高，內(nèi)循環(huán)量2Q，不宜太高進(jìn)入沉淀池的處理水要保持一定的溶解氧

最簡(jiǎn)單的同步脫氮除磷技術(shù)總的HRT很短絲狀菌不能大量繁殖（好氧，厭氧交替運(yùn)行），無(wú)污泥膨脹,SVI<100

污泥中含磷濃度高，肥效高勿需投藥，兩個(gè)A段只用輕攪拌，運(yùn)行費(fèi)用低4.缺點(diǎn)4.6.2.4污水生物脫氮除磷理論與技術(shù)的新進(jìn)展

傳統(tǒng)的廢水脫氮除磷工藝存在的問(wèn)題

硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度，增加基建投資和運(yùn)行費(fèi)用。

系統(tǒng)為維持較高生物濃度及獲得良好的脫氮效果，必須同時(shí)進(jìn)行污泥回流和硝化液回流，增加了動(dòng)力消耗及運(yùn)行費(fèi)用?？箾_擊能力弱，高濃度氨氮和亞硝酸鹽進(jìn)水會(huì)抑制硝化菌生長(zhǎng)。

新突破

硝化過(guò)程不僅由自養(yǎng)菌完成，異養(yǎng)菌也可以參與硝化作用。某些微生物好氧條件下也可以進(jìn)行反硝化作用

在厭氧條件下，NH4+－N減少。聚磷菌能利用硝酸鹽實(shí)現(xiàn)反硝化和過(guò)量吸收磷。SHARON工藝1.原理：短程硝化－反硝化，將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后反硝化。

NO3-NO2-N2

2.應(yīng)用：污泥硝化池上清液處理3.基本特點(diǎn)：

硝化與反硝化在一個(gè)反應(yīng)器中完成，簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)省碳源。

硝化產(chǎn)生的酸度可部分地由反硝化產(chǎn)生的堿度中和，減少供氣量?？s短水利停留時(shí)間，減少反應(yīng)器體積和占地面積。OLAND工藝

比利時(shí)微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室于1998年培養(yǎng)了一種用于高濃度含氨廢水處理的自養(yǎng)硝化菌，其關(guān)鍵特征是能通過(guò)自身供氧而將硝化過(guò)程控制在亞硝化階段，電子受體不足時(shí)可消耗其自身(即消耗NO2-)來(lái)氧化氨。

OLAND工藝即是由自養(yǎng)硝化菌作為生物催化劑所發(fā)生的氧化—還原除氮，為氧控自養(yǎng)硝化反硝化的簡(jiǎn)稱[10、12]。據(jù)報(bào)道，該工藝可比傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝節(jié)省供氧62.5%，節(jié)省電子供體(碳源)100%。在上述氧化還原反應(yīng)中，亞硝化菌可獲得足夠的能量以維持其生長(zhǎng)?？刂圃撨^(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)是氧濃度。目前存在的問(wèn)題是，在混合菌群連續(xù)運(yùn)行的條件下尚難以對(duì)氧和污泥的pH值進(jìn)行良好的控制。若可通過(guò)化學(xué)計(jì)量方法合理地控制氧的供給，即可使污泥處于亞硝化階段。實(shí)驗(yàn)室研究表明，該工藝對(duì)ＴＮ的去除效率相當(dāng)高[50mgTN/(L·d)]。