1、废水生物脱氮除磷技术废水生物脱氮除磷技术 在自然界，氮化合物是以有机体在自然界，氮化合物是以有机体(动物蛋白、植物动物蛋白、植物蛋白蛋白)、氨态氮、氨态氮(NH4+、NH3)、亚硝酸氮、亚硝酸氮(NO2-)、硝酸氮硝酸氮(NO3-)以及气态氮以及气态氮(N2)形式存在的。形式存在的。 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮4种形式存在。种形式存在。氮在水中的存在形态与分类氮在水中的存在形态与分类N无机无机NNOx-N(硝态氮硝态氮)TKN(凯氏氮凯氏氮)总总N(TN)NH3-NNO3-NNO2-N有机有机N（尿素、氨基酸、蛋白质）（尿素、氨基酸、蛋
2、白质） 磷通常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形磷通常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在。式存在。 磷主要来自人体排泄物以及合成洗涤剂、磷主要来自人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水。牲畜饲养场及含磷工业废水。 磷对水体富营养化的影响比氮更突出，是磷对水体富营养化的影响比氮更突出，是藻类生长的限制因素。事实上取决于氮磷藻类生长的限制因素。事实上取决于氮磷比。比。 氮和磷的排放会加速水体的富营养化，氮和磷的排放会加速水体的富营养化， 氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低，氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低， 某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用
3、。 国内外对氮磷的排放标准越来越严格。国内外对氮磷的排放标准越来越严格。 生物脱氮除磷技术是近生物脱氮除磷技术是近2020年发展起来的，一般年发展起来的，一般来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，是日来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，是日前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。 对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分！生理需要摄取的部分！ 活性污泥理想的营养平衡式为活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1 氮的去除率为氮的去除率为20%40%，磷的去除率仅为，磷的去除率仅为5%20%1.生物
4、脱氮生物脱氮1.1生物脱氮原理生物脱氮原理一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油污水污水氨化反应硝化反应反硝化反应生物脱氮自然界中存在氮的自然循环自然界中存在氮的自然循环有机氮有机氮氨态氮氨态氮硝酸氮硝酸氮氮气氮气以下重点介绍 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为氮转化为N2的过程。的过程。 氨化（氨化（Ammonification）：有机氮转化为无机氮）：有机氮转化为无机氮 硝化（硝化（Nitrfication）：）：NH3-N转化为转化为NOx-N 反硝化（反硝化（Denitrificatio
5、n）：）：NOx-N转化为转化为N2生物脱氮原理有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，转化为氨态氮，以氨基酸为例：以氨基酸为例：COOHRCHNH2322NHCORCOOHO32NHRCOOHOH32NHRCOOHH氧化脱氨基氧化脱氨基水解脱氨基水解脱氨基还原脱氨基还原脱氨基（1）氨化反应）氨化反应生物脱氮原理在未经处理的新鲜废水中在未经处理的新鲜废水中有机氮有机氮氨态氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等硝基化合物以及氨基酸等NH3及及NH4等等氨化菌氨化菌(水解、氧化水解、氧化)无论在无论在好氧
6、好氧还是还是厌氧厌氧条件下，中性、碱性还是酸性条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应地完成氨化反应（2）硝化反应）硝化反应生物脱氮原理反应过程反应过程氨态氮氨态氮NH3及及NH4+等等硝酸盐氮硝酸盐氮NO3-N1g氨氮氧化需氧氨氮氧化需氧4.57gNO2-N亚硝酸盐氮亚硝酸盐氮亚硝化菌亚硝化菌硝化菌硝化菌需氧3.16g需氧1.11g在硝化反应中，还有在硝化反应中，还有H+释放释放OHHNOONH222425 . 1kJ
7、276kJNOONO27.7221322HOHNOONH222324kJ351硝化细菌硝化细菌 亚硝酸菌亚硝酸菌Nitrosomonas和硝酸菌和硝酸菌Nitrobacter统统称为硝化菌。称为硝化菌。 化能自养菌，化能自养菌，G-，不生芽孢的短杆状细菌，广泛，不生芽孢的短杆状细菌，广泛存活在土壤中，在自然界的氮循环中起着重要的存活在土壤中，在自然界的氮循环中起着重要的作用。作用。 这类细菌的生理活动不需要有机性营养物质，从这类细菌的生理活动不需要有机性营养物质，从CO2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。生获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。生长率低长率低 对环境条件变化较为敏感。对环境条件
8、变化较为敏感。 项项 目目亚硝化菌亚硝化菌硝化菌硝化菌细胞形状细胞形状椭球或棒状椭球或棒状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸（细胞尺寸（m）11.50.51.0革兰氏染色革兰氏染色阴性阴性阴性阴性世代期（世代期（h）8361259自养性自养性专性专性兼性兼性需氧性需氧性严格好氧严格好氧严格好氧严格好氧最大比增长速率最大比增长速率mh-10.040.080.020.06产率系数产率系数Y(mg细胞细胞/基基质质mg)0.040.130.020.07饱和常数饱和常数K（mg/L）0.63.60.31.7亚硝化菌和硝化菌的基本特征亚硝化菌和硝化菌的基本特征氮的氧化还原态-铵离子NH4+- 羟胺NH2OH0
9、+ 硝酰基NOH+ 亚硝酸盐NO2-+ 硝酸盐NO3-Nutrisimonas亚硝化菌亚硝化菌Nitrobacter硝化菌硝化菌硝化反应过程中氮的转化及价态的变化硝化反应过程中氮的转化及价态的变化 硝化作用过程中细菌的性质对废水处理有多方面硝化作用过程中细菌的性质对废水处理有多方面影响：影响： 硝化细菌的生长速率慢、细胞产率低，使得废水硝化细菌的生长速率慢、细胞产率低，使得废水中有机物负荷不能太大，否则细菌就被冲失；中有机物负荷不能太大，否则细菌就被冲失； 其次，过程中应存在一定量的氧气；其次，过程中应存在一定量的氧气； 硝化过程产生氢离子，需要考虑合适的缓冲溶液硝化过程产生氢离子，需要考虑合
10、适的缓冲溶液调节系统。调节系统。反硝化反硝化 反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮和亚硝酸盐氮(NO2-)还还原为氮气的过程。原为氮气的过程。反硝化菌反硝化菌 属异养兼性厌氧菌，有氧存在时，以属异养兼性厌氧菌，有氧存在时，以O2为电子受为电子受体进行呼吸；在无氧而有体进行呼吸；在无氧而有NO3-或或NO2-时，则以时，则以NO3-或或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化。营养源进行反硝化。 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利反硝化反应可使有机物得到分解
11、氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧。用了硝酸盐中的氧。 当缺乏有机物时，则无机物如氢、当缺乏有机物时，则无机物如氢、NaNa2 2S S等也可作等也可作为反硝化反应的电子供体为反硝化反应的电子供体 反硝化作用的条件：厌氧条件下，存在有机碳源，反硝化作用的条件：厌氧条件下，存在有机碳源，硝酸盐浓度大于或等于硝酸盐浓度大于或等于2mg/L，且，且pH值在值在6.5-7.5之间。之间。 以有机物为基质时，反硝化菌不仅能将其用作电以有机物为基质时，反硝化菌不仅能将其用作电子给体进行反硝化，还能将其用作碳源合成细胞子给体进行反硝化，还能将其用作碳源合成细胞物质。物质。当利用的碳源为甲醇时：当利用的碳源为甲醇
12、时：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.056C5H7CO2+0.47N2+1.68H2O + HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7CO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3-从以上的过程可知，约从以上的过程可知，约96的的NO3-N经异化过程还经异化过程还原，原，4经同化过程合成微生物。经同化过程合成微生物。内源反硝化内源反硝化 微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反硝化硝化 C C5 5H H7 7NONO2 2+4NO+4NO3 3- -5CO5CO2 2+NH+NH3 3+2
13、H+2H2 2+4OH+4OH- - 内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NHNH3 3的生的生成。成。 废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提供必要的碳源。供必要的碳源。 硝化、反硝化反应中氮的转化硝化、反硝化反应中氮的转化表表1 硝化过程中氮的转化硝化过程中氮的转化 表表2 反硝化反应中氮的转化反硝化反应中氮的转化 氮氮的的氧氧化化还还原原态态氨离子氨离子NH4+羟胺羟胺NH2OH0+硝酰基硝酰基NOH+亚硝酸根亚硝酸根NO2+硝酸根硝酸根NO3氮氮的的氧氧化化还还原原态态氨离子氨离子NH4+羟胺羟胺NH
14、2OH0N2+硝酰基硝酰基NOH+亚硝酸根亚硝酸根NO2+硝酸根硝酸根NO31.2 硝化硝化反硝化过程影响因素反硝化过程影响因素溶解氧溶解氧硝化反应必须在好氧条件下进行。硝化反应必须在好氧条件下进行。氧是硝化反应的氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程。在硝化反应的曝气池内，溶响硝化反应的进程。在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于解氧含量不得低于1mgL。 反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利用这些离酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利
15、用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。 另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行 pH值值在硝化反应过程中，释放出在硝化反应过程中，释放出H离子，致使混合液离子，致使混合液中中pH值下降。硝化菌对值下降。硝化菌对pH值的变化十分敏感。最佳值的变化十分敏感。最佳pH值是值是8.08.4。需保持足够的碱度，起到缓冲的。需保持足够的碱度，起到缓冲的作用。一般来说，作
16、用。一般来说，1g氨态氮氨态氮(以以N计计) 完全硝化，需碱完全硝化，需碱度度(以以CaCO3) 7.1g。 对反硝化反应最适宜的对反硝化反应最适宜的pH值是值是6.5-7.5。pH值高于值高于8低于低于6，反硝化速率将大为下降。，反硝化速率将大为下降。 温度温度硝化反应的适宜温度是硝化反应的适宜温度是20-3020-30，1515以下，硝化以下，硝化反应速度下降，反应速度下降，55时完全停止。低温对硝酸菌的抑时完全停止。低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，在低温制作用更为强烈，在低温12121414时常出现亚硝酸时常出现亚硝酸盐的积累。在盐的积累。在30303535较高温度下，亚硝酸菌的最较高温
17、度下，亚硝酸菌的最小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制温度和小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制温度和污泥龄，可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。污泥龄，可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。 温度对硝化菌的影响比反硝化菌大。反硝化反应温度对硝化菌的影响比反硝化菌大。反硝化反应的最适宜温度是的最适宜温度是20-4020-40，低于，低于1515反硝化反应速反硝化反应速率降低。率降低。l 有机物含量有机物含量l 混合液中混合液中BODBOD浓度过高，会使增殖速度较高的异养浓度过高，会使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，使自养型的硝化菌得不到优势，型细菌迅速增殖，使自养型的硝化菌得不到优势，硝化反应
18、无法进行。一般硝化反应无法进行。一般BODBOD值应在值应在20mg20mgL L以下。以下。l 反硝化过程需要充足的碳源，理论上反硝化过程需要充足的碳源，理论上lgNOlgNO2 2还原为还原为N N2 2需要碳源有机物需要碳源有机物2.86g2.86g。一般认为，当废水的。一般认为，当废水的BODBOD5 5/TKN/TKN值大于值大于4 46 6时，碳源充足，不需另外投时，碳源充足，不需另外投加碳源，反之则要投加甲醇或其他易降解的有机加碳源，反之则要投加甲醇或其他易降解的有机物作碳源。物作碳源。污泥龄污泥龄u硝化菌在反应器内的停留时间硝化菌在反应器内的停留时间 ( (污泥龄污泥龄) (c
19、) (c)N N，必须大于其最小的世代时间必须大于其最小的世代时间(c)(c)N N，minmin 否则将使硝否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。化菌从系统中流失殆尽。u自养型硝化菌最小的世代时间自养型硝化菌最小的世代时间(3d) (3d) ，至少应为硝，至少应为硝化菌最小世代时间的化菌最小世代时间的2 2倍以上倍以上(6d)(6d)。抑制物质抑制物质对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、重金属、有毒物质以及有机物。一般来说，同样毒重金属、有毒物质以及有机物。一般来说，同样毒物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。反硝化菌对
20、有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与一般好氧异养菌相同。一般好氧异养菌相同。1.3生物脱氮工艺生物脱氮工艺传传统活性污泥法脱氮工艺统活性污泥法脱氮工艺 三三级活性污泥生物脱氮工艺级活性污泥生物脱氮工艺 由由Barth开创的所谓开创的所谓3级活性污泥法流程，包括氨级活性污泥法流程，包括氨化、硝化、反硝化三项反应过程。化、硝化、反硝化三项反应过程。氨化，使有机氮转化为氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除，去除BOD、COD。BOD5值可降至值可降至1520mg/l左右左右硝化曝气池，硝化曝气池，NH3-N及及NH4-N 在这里氧化为在这里氧化为 NO-
21、3-N，投，投碱以防止碱以防止pH值下降。值下降。采取厌氧采取厌氧缺氧交替运行缺氧交替运行方式。作为碳源，可投加方式。作为碳源，可投加CH3OH(甲醇甲醇)，也可以，也可以引入原废水引入原废水 第一级曝气池的功能：氨化第一级曝气池的功能：氨化-使有机氮转化为使有机氮转化为氨氮；氨氮； 第二级是硝化曝气池，投碱以维持第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；值； 第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。加碳源或引入原废水。优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各自回流污泥，反应自的反应器内进行
22、，各自回流污泥，反应进行速度快且彻底进行速度快且彻底缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦活性污泥法脱氮传统工艺特点活性污泥法脱氮传统工艺特点：两级活性污泥法脱氮工艺两级活性污泥法脱氮工艺 该工艺是将其中的前两级曝气池合并成一个曝气该工艺是将其中的前两级曝气池合并成一个曝气池，使废水在其中同时实现氨化和硝化反应，因池，使废水在其中同时实现氨化和硝化反应，因此只是在形式上减少了一个曝气池，并无本质上此只是在形式上减少了一个曝气池，并无本质上的改变。的改变。两级生物脱氮工艺两级生物脱氮工艺：BOD去除和硝化两个反应过程放在一起去除和硝化两个反应过程放在一起缺氧缺氧-好
23、氧活性污泥法脱氮系统（好氧活性污泥法脱氮系统（A-O工艺）工艺）回流污泥回流污泥处理水内循环（硝化液回流）回流污泥反硝化反应器BOD去除、硝化反应反应器(缺氧)沉淀池碱N2(好氧)图 21-3 分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统该流程与两级活性污泥工艺相比，是将缺氧的该流程与两级活性污泥工艺相比，是将缺氧的反硝化反应器设置在好氧反应器的前面，因此反硝化反应器设置在好氧反应器的前面，因此常被称为常被称为“前置式反硝化生物脱氮系统前置式反硝化生物脱氮系统”。反硝化反反硝化反应器应器BOD去除，硝化去除，硝化反应反应器反应反应器（好氧）（好氧）原废水原废水（缺氧）（回流污泥回流污泥）沉淀池沉淀池（剩余
24、污泥）内循环（硝化液回流）内循环（硝化液回流）碱碱2N特征反硝化反应器在前，反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项去除、硝化二项反应的综合反应器在后反应的综合反应器在后反硝化反应以原废水反硝化反应以原废水中的有机物为碳源中的有机物为碳源硝化反应器内的含有大量硝硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应应器，进行反硝化脱氮反应在反硝化反应过程在反硝化反应过程中，产生的碱度可中，产生的碱度可补偿硝化反应消耗补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右的碱度的一半左右硝化曝气池在后，使反硝化硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一残留的有机污染物得以
25、进一步去除，勿需增建后曝气池。步去除，勿需增建后曝气池。本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低反硝化反反硝化反应器应器BOD去除，硝化去除，硝化反应反应器反应反应器（好氧）（好氧）原废水原废水（缺氧）（回流污泥回流污泥）沉淀池沉淀池（剩余污泥剩余污泥）内循环（硝化液回流内循环（硝化液回流）碱碱2N缺点缺点处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生反硝化反应使污泥上浮池内能够产生反硝化反应使污泥上浮欲提高脱
26、氮率，必须加大内循欲提高脱氮率，必须加大内循环比环比(RN)，导致：一是运行费，导致：一是运行费用增高；二是内循环液带入大用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程量的溶解氧，影响反硝化进程本系统的脱氮率一般在本系统的脱氮率一般在85以下以下主要特征主要特征 反硝化反应器设置在流程的前端，去除反硝化反应器设置在流程的前端，去除BOD、进、进行硝化反应的综合好氧反应器设置在流程后端；行硝化反应的综合好氧反应器设置在流程后端； 反硝化反应时利用原废水中的有机物直接作为有反硝化反应时利用原废水中的有机物直接作为有机碳源，将从好氧反应器回流的混合液中的硝酸机碳源，将从好氧反应器回流的混合液中
27、的硝酸盐反硝化成为氮气；盐反硝化成为氮气； 反硝化反应器中产生的碱度随出水进入好氧硝化反硝化反应器中产生的碱度随出水进入好氧硝化反应器，补偿硝化反应中所需消耗碱度的一半左反应器，补偿硝化反应中所需消耗碱度的一半左右；右； 使反硝化过程中残留的有机物得以进一步去除，使反硝化过程中残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。无需增建后曝气池。 是实际工程中较常见的一种生物脱氮工艺。是实际工程中较常见的一种生物脱氮工艺。 生物转盘脱氮工艺生物转盘脱氮工艺 控制每级生物转盘的运行工况，使其分别处于好控制每级生物转盘的运行工况，使其分别处于好氧状态和缺氧状态，即在整个流程中需要分别采氧状态和缺氧状态，
28、即在整个流程中需要分别采用好氧生物转盘和厌氧生物转盘，在不同的好氧用好氧生物转盘和厌氧生物转盘，在不同的好氧生物转盘中分别实现生物转盘中分别实现BOD的去除和氨氮的硝化，的去除和氨氮的硝化，而在厌氧生物转盘中则主要实现反硝化。而在厌氧生物转盘中则主要实现反硝化。 其原理类似于前述的三级活性污泥生物脱氮工艺，其原理类似于前述的三级活性污泥生物脱氮工艺，只是在本工艺中实现各级功能是依靠生物转盘来只是在本工艺中实现各级功能是依靠生物转盘来完成的。完成的。 氧化沟工艺氧化沟工艺 由于氧化沟的运行工艺特征，会在其反应由于氧化沟的运行工艺特征，会在其反应沟渠内的不同部位分别形成好氧区、缺氧沟渠内的不同部位
29、分别形成好氧区、缺氧区，使得氧化沟内的活性污泥分别经过好区，使得氧化沟内的活性污泥分别经过好氧区和缺氧区，从而可以实现生物脱氮功氧区和缺氧区，从而可以实现生物脱氮功能。能。生物脱氮新技术生物脱氮新技术 （1 1）短程硝化）短程硝化- -反硝化反硝化 硝化过程是由两类独立的细菌催化完成的硝化过程是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可以分开；而对于反两个不同反应，应该可以分开；而对于反硝化菌，亚硝酸根或硝酸根均可以作为最硝化菌，亚硝酸根或硝酸根均可以作为最终受氢体。终受氢体。 该方法就是将硝化过程控制在亚硝化阶段该方法就是将硝化过程控制在亚硝化阶段而终止，随后进行反硝化，在反硝化过程而终
30、止，随后进行反硝化，在反硝化过程将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程( (或简捷或简捷) )硝化硝化- -反硝化。反硝化。 控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程硝化硝化- -反硝化生物脱氮技术的关键。反硝化生物脱氮技术的关键。 主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、pHpH值值和游离氨等。和游离氨等。 控制较高温度、较低溶解氧和较高控制较高温度、较低溶解氧和较高pHpH值和极短值和极短的污泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚的污泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚硝酸菌占绝对优势，从而
31、使硝化过程控制在亚硝酸菌占绝对优势，从而使硝化过程控制在亚硝化阶段。硝化阶段。 （2 2）厌氧氨氧化）厌氧氨氧化 厌氧氨氧化是荷兰厌氧氨氧化是荷兰DelftDelft大学大学19901990年提出的一种新型脱氮工艺。在厌氧条件下年提出的一种新型脱氮工艺。在厌氧条件下以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化氮气，或者说利用氨作为电子供体将亚硝酸盐氮气，或者说利用氨作为电子供体将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气。或硝酸盐还原成氮气。 参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌。厌氧氨氧化过参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌。厌氧氨氧化过程无需有机碳源。程无需有机碳源。 （3 3）
32、亚硝酸型完全自养脱氮）亚硝酸型完全自养脱氮 是先将氨氮部分氧化是先将氨氮部分氧化成亚硝酸氮，控制氨根离子与亚硝酸根离子比例成亚硝酸氮，控制氨根离子与亚硝酸根离子比例为为1 1：1 1，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的。氮的目的。 全过程为自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧全过程为自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应无需有机碳源，对氧的消耗比传统氨氧化反应无需有机碳源，对氧的消耗比传统硝化硝化/ /反硝化减少反硝化减少62.5%62.5%，同时减少碱消耗量和污，同时减少碱消耗量和污泥生成量。泥生成量。2 磷的去除磷的去除 磷不同于氮，不能形成
33、氧化体或还原体，磷不同于氮，不能形成氧化体或还原体，向大气放逐，但具有以固体形态和溶解形向大气放逐，但具有以固体形态和溶解形态互相循环转化的性能。态互相循环转化的性能。 从污水中除磷技术就是以磷的这种性能为从污水中除磷技术就是以磷的这种性能为基础而开发的。基础而开发的。2.1 2.1 生物除磷原理及影响因素生物除磷原理及影响因素生物除磷原理生物除磷原理 有一类特殊的细菌，在厌氧状态释放磷，在好有一类特殊的细菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态可以过量地、超出其生理需要地从污水中摄氧状态可以过量地、超出其生理需要地从污水中摄取磷酸盐。取磷酸盐。生物除磷主要由一类统称为聚磷菌的微生物完成。生物除磷主要
34、由一类统称为聚磷菌的微生物完成。该类微生物均属异养型细菌，能适应厌氧和好氧交该类微生物均属异养型细菌，能适应厌氧和好氧交替环境的优势菌群。替环境的优势菌群。 l 厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生ATP，利用利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的基质以主动运输方式吸收产酸菌提供的基质进入细胞合成聚进入细胞合成聚-羟基丁酸盐（羟基丁酸盐（PHB），同时释），同时释放出放出PO43-l 聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。氧释磷。 在好氧区内，聚磷菌以游离氧为电子受体，将积在好氧区内，聚磷菌以游离氧为电
35、子受体，将积贮在胞内的贮在胞内的PHBPHB好氧分解，并利用该反应产生的能好氧分解，并利用该反应产生的能量，过量摄取水体中的磷玻盐，在胞内转化为聚量，过量摄取水体中的磷玻盐，在胞内转化为聚磷，这就是好氧吸磷。磷，这就是好氧吸磷。 好氧吸磷量大于厌氧放磷量，形成高磷污泥，排好氧吸磷量大于厌氧放磷量，形成高磷污泥，排出系统外，达到从污水中除磷的效果。出系统外，达到从污水中除磷的效果。 一般的活性污泥法，其剩余污泥中的含磷一般的活性污泥法，其剩余污泥中的含磷量为量为1.52 %，采用生物除磷工艺的剩余，采用生物除磷工艺的剩余活性污泥中磷的含量可以达到传统活性污活性污泥中磷的含量可以达到传统活性污泥法
36、的泥法的23倍倍在厌氧状态下放磷愈多，合成的在厌氧状态下放磷愈多，合成的PHBPHB愈多，则在愈多，则在好氧状态下合成的聚磷量也愈多，除磷的效果也就好氧状态下合成的聚磷量也愈多，除磷的效果也就愈好。愈好。 生物除磷通常指的是在活性污泥或生物膜生物除磷通常指的是在活性污泥或生物膜法处理废水后进一步利用微生物去除水体法处理废水后进一步利用微生物去除水体中磷的技术。中磷的技术。 主要利用聚磷菌从废水中摄取磷，并形成主要利用聚磷菌从废水中摄取磷，并形成高磷污泥排出系统，实现废水处理。高磷污泥排出系统，实现废水处理。生物除磷影响因素生物除磷影响因素 溶解氧和氧化态氧溶解氧和氧化态氧 在厌氧区中必须控制严
37、格的厌氧条件，既没有分在厌氧区中必须控制严格的厌氧条件，既没有分子态氧，也没有化合态氧。溶解氧的存在，将抑子态氧，也没有化合态氧。溶解氧的存在，将抑制厌氧菌的发酵产酸作用和消耗乙酸等低分子脂制厌氧菌的发酵产酸作用和消耗乙酸等低分子脂肪酸物质。肪酸物质。 在好氧区中要供给足够的溶解氧，以满足聚磷菌在好氧区中要供给足够的溶解氧，以满足聚磷菌对对PHBPHB的分解和摄磷所需。一般厌氧段的溶解氧应的分解和摄磷所需。一般厌氧段的溶解氧应严格控制在严格控制在0.2mg0.2mgL L以下，而好氧段的溶解氧控以下，而好氧段的溶解氧控制在制在2.0mg2.0mgL L左右。左右。污泥龄污泥龄 生物脱磷系统主要
38、是通过排除剩余污泥去除磷的，生物脱磷系统主要是通过排除剩余污泥去除磷的，因此剩余污泥量的多少将决定系统的脱磷效果。因此剩余污泥量的多少将决定系统的脱磷效果。 一般污泥龄较短的系统产生较多的剩余污泥，可以一般污泥龄较短的系统产生较多的剩余污泥，可以取得较高的脱磷效果。仅以除磷为目的的污水处取得较高的脱磷效果。仅以除磷为目的的污水处理系统中，一般宜采用较短的泥龄。理系统中，一般宜采用较短的泥龄。 当污泥龄为当污泥龄为3030天时，除磷率为天时，除磷率为4040，污泥龄为，污泥龄为1717天时，除磷率为天时，除磷率为50%50%，污泥龄降至，污泥龄降至5 5天时，除磷率天时，除磷率可提高到可提高到8
39、7%87%。 温度温度 温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响明显，因为在高温、中温、低过程的影响明显，因为在高温、中温、低温条件下，不同的菌群都具有生物除磷的温条件下，不同的菌群都具有生物除磷的能力，在能力，在5 53030的范围内，都可以得到很的范围内，都可以得到很好的除磷效果。好的除磷效果。 BODBOD负荷和有机物性质负荷和有机物性质 一般认为，较高的一般认为，较高的BODBOD负荷可取得较好的除负荷可取得较好的除磷效果，有人提出磷效果，有人提出BOD/TPBOD/TP2020是正常进行生物除是正常进行生物除磷的低限。不同有机物为基质对磷的厌氧释
40、放及磷的低限。不同有机物为基质对磷的厌氧释放及好氧摄取也有差别。一般低分子易降解的有机物好氧摄取也有差别。一般低分子易降解的有机物易被聚磷菌吸收、诱导磷释放的能力较强，而高易被聚磷菌吸收、诱导磷释放的能力较强，而高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。磷磷的释放充分，磷的摄取量亦大。的释放充分，磷的摄取量亦大。 pH pH值值 pH pH值在值在6 68 8的范围内时，磷的厌氧释放比的范围内时，磷的厌氧释放比较稳定。较稳定。pHpH值低于值低于6 6时生物除磷的效果会大时生物除磷的效果会大大下降。大下降。 硝酸盐和亚硝酸盐硝酸盐和亚硝酸盐 硝酸氮和亚硝
41、酸氮的存在会抑制细菌对磷硝酸氮和亚硝酸氮的存在会抑制细菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下对磷的吸的释放，从而影响在好氧条件下对磷的吸收。收。 据报导，据报导，NO3-N浓度应小于浓度应小于2mgL。2.2 生物除磷工艺生物除磷工艺 废水生物除磷工艺流程一般由厌氧池和好氧池组成。废水生物除磷工艺流程一般由厌氧池和好氧池组成。 按磷的最终去除方式和构筑物的组成，除磷工艺可按磷的最终去除方式和构筑物的组成，除磷工艺可分主流除磷和侧流除磷工艺。分主流除磷和侧流除磷工艺。主流除磷主流除磷指厌氧池在污水水流方向上，磷的最终去除指厌氧池在污水水流方向上，磷的最终去除通过剩余污泥排放，如通过剩余污泥排放，如A
42、/OA/O（厌氧（厌氧好氧生物除磷）好氧生物除磷）工艺工艺侧流除磷侧流除磷指结合生物除磷和化学除磷的指结合生物除磷和化学除磷的Phostrip工艺。工艺。将部分回流污泥分流到厌氧池脱磷并用石灰沉淀，将部分回流污泥分流到厌氧池脱磷并用石灰沉淀，厌氧池在回流污泥的侧流中。厌氧池在回流污泥的侧流中。（1）弗斯特利普除磷工艺（）弗斯特利普除磷工艺（Phostrip） 曝气池：曝气池：含磷污水进入，同时还有由除磷池回流含磷污水进入，同时还有由除磷池回流的已经释放磷但含有聚磷菌的污泥。使聚磷菌过的已经释放磷但含有聚磷菌的污泥。使聚磷菌过量摄取磷，去除有机物（量摄取磷，去除有机物（BOD和和COD），可能还
43、），可能还有一定的硝化作用有一定的硝化作用 沉淀池（沉淀池（）：泥水分离，含磷污泥沉淀，已除：泥水分离，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作为处理水排放。磷的上清液作为处理水排放。 除磷池除磷池：保持厌氧状态，含磷污泥在这里释放磷，：保持厌氧状态，含磷污泥在这里释放磷，并投加冲洗水，使磷充分释放，已释放磷的污泥并投加冲洗水，使磷充分释放，已释放磷的污泥沉淀于池底，并回流曝气池，再次用于吸收污水沉淀于池底，并回流曝气池，再次用于吸收污水中的磷。上清液从上部流出进入混合池中的磷。上清液从上部流出进入混合池 。 混合池混合池：含磷上清液进入，同步投加石灰：含磷上清液进入，同步投加石灰乳，经混合后进入搅拌反
44、应池，磷与石灰乳，经混合后进入搅拌反应池，磷与石灰反应，形成固体磷酸钙。化学法除磷。反应，形成固体磷酸钙。化学法除磷。 沉淀池（沉淀池（ ）：混凝沉淀，磷酸钙沉淀分：混凝沉淀，磷酸钙沉淀分离，除磷上清液回流曝气池，含有大量磷离，除磷上清液回流曝气池，含有大量磷酸钙的污泥排出酸钙的污泥排出 ，适宜作肥料。，适宜作肥料。工艺特征工艺特征 是一种生物除磷与化学除磷相结合的工艺是一种生物除磷与化学除磷相结合的工艺 除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l； 污泥的含磷量高，一般为污泥的含磷量高，一般为2.17.1%； 石灰用量较低，介于石灰用量较低，介于213
45、1.8mgCa(OH)2/m3废水废水之间；之间； 污泥的污泥的SVI低于低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。污泥肥分高，不易膨胀。 可以根据可以根据BOD/P的比值来灵活调节回流污泥与混的比值来灵活调节回流污泥与混凝污泥量的比例；凝污泥量的比例； 流程复杂，运行管理麻烦，投加石灰乳运行费用流程复杂，运行管理麻烦，投加石灰乳运行费用有所提高。建设费用也高。有所提高。建设费用也高。 沉淀池（沉淀池（）底部可能形成缺氧状态，产生释放）底部可能形成缺氧状态，产生释放磷的现象。应及时排泥或回流。磷的现象。应及时排泥或回流。厌氧厌氧好氧（好氧（A/O）除
46、磷工艺）除磷工艺释放磷曝气池BOD去除，吸收磷原废水（厌氧）回流污泥（含磷污泥）沉淀池（剩余污泥）（好氧）处理水含磷污泥用作肥料 污水和污泥顺次经过厌氧和好氧交替循环流动。污水和污泥顺次经过厌氧和好氧交替循环流动。在厌氧池可吸收去除一部分有机物，并释放出大在厌氧池可吸收去除一部分有机物，并释放出大量磷，进入好氧池的废水中有机物被好氧降价，量磷，进入好氧池的废水中有机物被好氧降价，污泥也将大量摄取废水中的磷，部分富磷污泥以污泥也将大量摄取废水中的磷，部分富磷污泥以剩余污泥的形式排出，实现磷的脱除。剩余污泥的形式排出，实现磷的脱除。厌氧厌氧-好氧除磷工艺特征好氧除磷工艺特征 （1）反应器内停留时间
47、短，一般）反应器内停留时间短，一般3h6h; （2）曝气池内污泥浓度一般在）曝气池内污泥浓度一般在27003000mg/L之间；之间； （3）BOD去除率与一般的活性污泥法相同，磷去除率与一般的活性污泥法相同，磷的去除率较好，处理出水一般含磷低于的去除率较好，处理出水一般含磷低于1.0mg/L，去除率大致去除率大致76%左右。左右。 （4）沉淀污泥含磷）沉淀污泥含磷4%左右，污泥肥效好。左右，污泥肥效好。 （5）混合液）混合液SVI100，易沉淀，不膨胀。，易沉淀，不膨胀。 除磷率难于进一步提高，因为微生物对磷除磷率难于进一步提高，因为微生物对磷的吸收，既或是过量吸收，也是有一定限的吸收，既或
48、是过量吸收，也是有一定限度的，特别是当进水度的，特别是当进水BOD值不高或废水中值不高或废水中含磷量高时，即含磷量高时，即PBOD值高时，由于污值高时，由于污泥泥的产量低，将更是这样。的产量低，将更是这样。在沉淀池内容易产生磷的释放的现象，特在沉淀池内容易产生磷的释放的现象，特别是当污泥在沉淀池内停留时间较长时更别是当污泥在沉淀池内停留时间较长时更是如此，应注意及时排泥和回流。是如此，应注意及时排泥和回流。3. 同步脱氮除磷技术同步脱氮除磷技术 其工艺特点：各项反应都反复进行两次以其工艺特点：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二
49、、三项辅助功能；脱氮除磷的效果兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。良好。进水1）巴登福）巴登福(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺厌氧反应器反硝化脱氮；其次是污泥释放磷，硝态氮通过内循环来自第一好氧反应器，污泥则是沉淀池回流的去除BOD；硝化，由于BOD浓度还较高，因此，硝化程度较低；吸收磷，由于NOX未能有效的去除，因此，磷吸收效果不高。第二厌氧反应器的功能同第一厌氧反应器，仍以脱氮为主第二好氧反应器的首要功能是吸收磷；第二功能是进一步硝化；第三项功能则是去除BOD泥水分离。上清液作为处理水排放，含磷污泥的一部分作为回流污泥回流到第一厌氧反应器，另一部分则作为剩余污泥
50、排出系统。优点：各项反应都反复进行二次以上，各反应单元都有其首要功能，并兼行二、三项功能。本工艺脱氮、除磷效果良好。缺点：工艺复杂，反应器单元多，运行繁缺点：工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐，成本高琐，成本高好氧反应器原废水释放磷氨化回流污泥（含磷）沉淀池（剩余污泥）内循环 2Q2N缺氧缺氧反应器反应器缺氧缺氧反应器反应器厌氧反应器厌氧厌氧反应器反应器脱氮硝化吸收磷去除BOD处理水Anaerobic-Anoxic-Oxic（2）AAO法同步脱氮除磷工艺法同步脱氮除磷工艺 A2O法法Anaerobic-Anoxlc-Oxic厌氧反应器的功能是释放磷，进入本单元的除原废水外，还有从沉淀池排出的污泥
