第7、8、9章-脫氮除磷

第7、8、9章脫氮除磷§1污水除磷技術(shù)一、化學(xué)法除磷1、石灰沉淀法

3HPO42-+5Ca2++4OH-→Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O2、金屬鹽沉淀法（混凝沉淀）（1）鋁鹽除磷：Al3++PO43-→AlPO4↓(鋁鹽：硫酸鋁、PAC、NaAlO2)

（2）Fe鹽除磷：Fe2+、Fe3+→FePO4↓(pH=5時(shí)有最小溶解度0.1mg/L)3、結(jié)晶法除磷原理：使溶液呈堿性并含有適量Ca2+的含磷廢水通過填料結(jié)晶床，結(jié)晶床具有吸附與其本身結(jié)構(gòu)類似成分的特性，使水中的Ca2+、OH-、PO43-在填料表面富集，形成局部高濃度，離子積大于溶度積，產(chǎn)生結(jié)晶沉淀。晶種：磷灰石、骨炭等,均含磷、鈣組分。二、生物法除磷

利用微生物代謝磷的生理生化特點(diǎn)而發(fā)展起來的生物除磷技術(shù)，突出優(yōu)點(diǎn)：成本低，源于微生物的超量吸磷現(xiàn)象（吸收的磷超過微生物正常生長所需要的磷量）1、生物除磷原理聚磷菌磷的釋放：在厭氧條件下，聚磷菌在分解體內(nèi)聚磷酸鹽的同時(shí)產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)，聚磷菌利用ATP以主動運(yùn)輸方式將細(xì)胞外的有機(jī)物攝人細(xì)胞內(nèi)，以聚β一羥基丁酸(PHB)及糖原等有機(jī)顆粒的形式存儲在細(xì)胞內(nèi)。聚磷菌在厭氧條件下釋放出的磷，是利用ATP時(shí)的水解產(chǎn)物．反應(yīng)式如下：ATP+H2O→ADP+H3PO4

聚磷菌磷的攝?。涸诤醚鯒l件下，聚磷菌不斷攝取并氧化分解有機(jī)物、PHB，產(chǎn)生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分則使ADP與H3PO4結(jié)合，轉(zhuǎn)化為ATP而儲存起來，細(xì)菌以聚磷的形式在細(xì)胞中儲存磷，其量可超過生長所需，這一過程成為聚磷菌磷的攝取?？焖俳到庥袡C(jī)物提供能量磷酸鹽O2提供能量磷酸鹽CO2厭氧條件下好氧條件下從能量形式看：好氧：PHB+ADP+P→ATP厭氧：VFA+ATP→PHB（聚β羥基丁酸）+P

聚磷菌在厭氧-好氧交替運(yùn)行過程中有釋磷和吸磷功能，使其在與其他微生物競爭中取得優(yōu)勢。

厭氧：ATP水解獲得能量→攝取水中的VFA，其他微生物可利用基質(zhì)減少，不能很好地生長；好氧：過量攝磷，其他微生物得不到足夠的有機(jī)質(zhì)和磷酸鹽；厭氧-好氧交替環(huán)境有利于聚磷菌成為優(yōu)勢菌屬；關(guān)鍵：厭氧環(huán)境，DO＜0.2mg/L，無硝態(tài)氮，保證磷的釋放。厭氧（anaerobic）條件是指既無分子氧也無氧化態(tài)氮(NOx)，以區(qū)別于只無分子氧的厭氧或缺氧（anoxic）條件。2、影響因素（1）BOD負(fù)荷與有機(jī)物性質(zhì)

BOD/TP＞15有機(jī)物性質(zhì)：低分子易吸收，釋磷能力強(qiáng)；難降解、大分子有機(jī)物釋磷能力弱。（2）DO和NO3--NDO：厭氧區(qū)<0.2mg/L；好氧區(qū)2.0mg/L左右；

NO3-：影響聚磷菌代謝（氧化還原電位↗）；反硝化消耗VFA，與聚磷菌爭奪碳源，影響釋磷。

（3）溫度對除磷效果影響較弱，5-30℃（4）pH6.5-8.0（5）泥齡通過排泥(富磷污泥)除磷,排泥量的多少決定系統(tǒng)的脫磷效果,泥齡越短,剩余污泥量越多,除磷效果越好；僅以除磷為目的,宜采用較短的泥齡,同時(shí)考慮BOD、

COD的去除，一般控制在3.5-7d。

3、工藝大（1）A/O工藝

厭氧HRT：0.5-1.0h；好氧HRT：1.5-2.5h，MLSS2000-4000mg/L曝氣池（吸磷和除BOD）二沉池沉淀池石灰沉淀池厭氧釋磷池出水剩余污泥沖洗水石灰和混凝劑含磷水剩余化學(xué)污泥上清液回流直接回流污泥脫磷回流污泥進(jìn)水（2）Phostrip工藝特點(diǎn)：生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的除磷工藝，效果優(yōu)于A/O優(yōu)點(diǎn)：①出水總磷濃度低，<1mg/L；②回流污泥磷含量較低，對進(jìn)水BOD5/TP無特殊限制；③大部分磷以石灰污泥沉淀去除，后處理簡單；④適合對現(xiàn)有工藝的改造。§2污水脫氮技術(shù)一、物理化學(xué)法1、吹脫法脫氮

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，較高pH下進(jìn)行吹脫效果較好。設(shè)計(jì)參數(shù)：水力負(fù)荷3-4m3/(m2·h)；氣水比＞4000m3/m3（能耗很高）；原水pH＞10（耗堿，吹脫后pH需回調(diào)）；吹脫塔填料高＞9m（木制或塑料制格子填料，促進(jìn)空氣與水的充分接觸）2、折點(diǎn)加氯法脫氮NH2Cl+NHCl+HOCl→N2O+4HCl2NH2Cl+HOCl→N2+3HCl+H2ONH2Cl+NHCl2→N2+3H++3Cl-酸性條件下生成三氯胺，堿性條件下生成硝酸，應(yīng)對反應(yīng)pH值加以控制（中性）氨化細(xì)菌硝化菌缺氧菌將有機(jī)氮化合物分解，轉(zhuǎn)化為氨氮將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽將NO3-轉(zhuǎn)化為N2反硝化過程硝化過程二、生物脫氮（一）原理

1、硝化分為兩個(gè)過程：（1）亞硝酸化：NH4+-N→NO2--N（亞硝酸菌）（2）硝酸化：NO2--N→NO3--N（硝酸菌）硝化總反應(yīng)：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+351KJ（放熱反應(yīng)）硝化+合成總反應(yīng)：P202

硝化菌：通過NH4+的氧化獲得能量，化能自養(yǎng)菌（可獲得能量有限，生長速度慢）特征（1）耗氧：硝化+亞硝化：4.57gO2/gNH4+-N

硝化總反應(yīng)：NH4++2O2→NO3-+3H++H2O+351KJ（放熱反應(yīng)）（2）耗堿：7.14g堿度/gNH4+-N

為保證硝化過程中pH值的穩(wěn)定，需補(bǔ)充堿度。2、反硝化缺氧過程，在缺氧條件下，以有機(jī)物為電子供體，以硝酸鹽為電子受體，放出能量，供反硝化菌利用：缺氧異氧菌反硝化：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：缺氧過程（2）產(chǎn)生堿度：3.75g堿度/gNO3--N（3）需有機(jī)物（碳源）甲醇、揮發(fā)酸、生活污水等可作碳源（外加碳源）以反硝化菌自身作為有機(jī)物：內(nèi)源反硝化（速度慢）（二）影響因素

（1）pH值硝化菌：8.0-8.4（＜6或＞9.6，硝化停止），消耗堿度，需通過投加堿度維持；反硝化菌：6.5-7.5（＜6或＞8，反硝化強(qiáng)烈抑制），產(chǎn)生堿度，有助于將pH保持在所需范圍內(nèi)。（2）DO硝化：嚴(yán)格好氧，可忍受極限0.5-0.7mg/L，不得低于1mg/L，通常1-2mg/L；反硝化：兼性菌，既能進(jìn)行無氧呼吸，也能進(jìn)行有氧呼吸（優(yōu)先利用氧氣），DO控制在0.5mg/L以下。（3）碳源硝化：自養(yǎng)菌，BOD＜20mg/L，BOD過高，異養(yǎng)菌迅速增殖，爭奪DO；反硝化：異養(yǎng)菌，需有機(jī)物，當(dāng)BOD5/TN＞3-5時(shí)，碳源充足；否則需外加碳源（甲醇）。（4）溫度硝化：適宜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）泥齡（θc）硝化：θc

＞硝化菌最小世代時(shí)間（P202表8-1）；反硝化：與一般好氧異養(yǎng)菌增殖速率差不多。（6）有毒物質(zhì)硝化：高濃度NH4+、重金屬、有毒物質(zhì)、有機(jī)物；反硝化：對有毒物質(zhì)的敏感性比硝化菌低得多，與一般好氧異養(yǎng)菌相同。（三）生物脫氮的其他理論

1、同步硝化-反硝化（SND）：在同一反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化宏觀環(huán)境理論：反應(yīng)器內(nèi)水流流態(tài)不同，可形成缺氧區(qū)域微環(huán)境理論：活性污泥絮體內(nèi)部、生物膜內(nèi)部存在缺氧區(qū)域生物學(xué)：許多好氧反硝化菌同時(shí)也是異養(yǎng)硝化菌優(yōu)點(diǎn)：流程簡單、堿度自動補(bǔ)償，占地面積??；缺點(diǎn)：較難控制。2、短程硝化-反硝化：氨氮→亞硝酸鹽氮（→硝酸鹽氮）→N2

供氧：減少25%;

反硝化需碳源：節(jié)省40%;

污泥生成量：50%;

堿消耗量↘、反應(yīng)時(shí)間↘。3、厭氧氨氧化（ANAMMOX）

在厭氧條件下以NO2-為電子受體由自養(yǎng)菌將NH4+直接氧化為N2NH4++NO2-→N2+2H2O4、好氧反硝化

實(shí)現(xiàn)同步硝化-反硝化。（四）生物脫氮工藝

1、三級生物脫氮工藝：P207圖8-6初沉池曝氣氧化硝化池缺氧反硝化池二沉池污泥回流排泥原污水曝氣排放空氣空氣氮?dú)?、兩級生物脫氮工藝：P208圖8-7初沉池缺氧池好氧池二沉池污泥回流排泥原污水堿回流混合液3、A/O工藝（前置反硝化脫氮工藝）：P209圖8-8特點(diǎn)：（1）流程簡單，構(gòu)筑物少，節(jié)省基建費(fèi)用，占地少；（2）反硝化在前，利用進(jìn)水中有機(jī)物作碳源，節(jié)省投加碳源的費(fèi)用；（3）反硝化在前，產(chǎn)生堿度（3.75g/gNO3-）可補(bǔ)償硝化對堿度的消耗（7.14g/gNH4+），后續(xù)硝化投加堿度降低一半；（4）反硝化在前，消耗進(jìn)水BOD，減輕好氧池有機(jī)負(fù)荷，有利于硝化（＜20mg/L）;（5）好氧池在后，可進(jìn)一步去除反硝化殘留有機(jī)物、曝氣充氧，改善出水水質(zhì)。沉淀池第一缺氧反應(yīng)器好氧反應(yīng)器第二缺氧反應(yīng)器快速好氧反應(yīng)器沉淀池硝化混合液回流反硝化去處BOD、反硝化去除BOD、排泥原污水排泥污泥回流4、Bardenpho工藝（P210圖8-10）5、phoredox工藝A2/O工藝等：脫氮除磷工藝§3污水同步脫氮除磷技術(shù)1、特點(diǎn)：（1）最簡單的同步脫氮除磷工藝，總HRT小于其他同類工藝；（2）厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行，絲狀菌不能大量增殖，無污泥膨脹，SVI一般小于100；（3）反硝化不需外加碳源，硝化耗堿部分由反硝化提供，污泥肥效高。厭氧缺氧好氧沉淀池內(nèi)回流進(jìn)水出水排泥污泥回流A2/O工藝問題：（1）混合液回流量不宜太高。過低：如100%,去除率（理論）僅50%；過高：破壞缺氧池缺氧狀態(tài)，影響反硝化、耗能；（2）受污泥增長的限制，除磷效果較難提高（泥齡與硝化菌矛盾；回流污泥挾帶DO及NO3--N，破壞厭氧環(huán)境）；（3）沉淀池設(shè)計(jì)有特殊要求，含磷污泥停留時(shí)間不能太長。厭氧缺氧好氧沉淀池內(nèi)回流進(jìn)水出水排泥污泥回流A2/O工藝2、phoredox工藝(改進(jìn)的Bardenpho工藝)厭氧池缺氧池好氧池缺氧池好氧池回流回流進(jìn)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處BOD、反硝化硝化，排泥原污水污泥回流硝化出水主要問題：回流污泥攜帶O2、硝酸鹽至厭氧池，破壞厭氧狀態(tài)，對除磷