1、污水生物脱氮除磷的原理与工艺设计污水生物脱氮除磷的原理与工艺设计v生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 氮在水体中的存在形态氮在水体中的存在形态蛋白质(C,O,N,H,N=1518%)多肽氨基酸尿素CO(NH2)2其他(硝基、胺及铵类化合物)COOHHR CNH2氨氮(NH3-N,NH4+-N)亚硝态氮(NO2-N)硝态氮(NO3-N)v生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 氮在水体中的存在形态氮在水体中的存在形态氨氮(NH3-N,NH4+-N)亚硝态氮(NO2-N)硝态氮(NO3-N)凯氏氮凯氏氮(TKN)=有机氮有机氮 +氨氮氨氮水污染控制中经常提到的几个术语水污染控制中经常提到的几个术语TN=T
2、KN+NOx-Nv生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 有机氮(氨化作用)氨化菌NH4+-N(氨化作用)氨化菌NH4+-N(亚硝化作用)NO2-N亚硝酸菌+O2(亚硝化作用)NO2-N亚硝酸菌+O2硝酸菌+O2(硝化作用)NO3-N硝酸菌+O2(硝化作用)NO3-N反硝化菌+有机碳(反硝化作用)N2反硝化菌+有机碳(反硝化作用)N2v生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 u 氨化作用氨化作用(Ammonification)氨化作用无论在好氧还是厌氧，中性、酸性还是碱性环境中都能进行，只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一。有机氮(氨化作用)氨化菌NH4+-Nv生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 u 硝
3、化作用硝化作用(Nitrification)氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：55NH4+76O2+109HCO3-C5H7NO2+54NO2-+57H2O+104H2CO3400NO2-+NH4+4H2CO3+HCO3-+195O2 C5H7NO2+3H2O+400NO3-NH4+1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3v生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 u 硝化作用硝化作用(Nitrification)氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：氨氮和亚硝酸盐氮的
4、生物转化和细胞合成的反应式：NH4+1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3如果不考虑硝化过程中硝化细菌的增殖，硝化过程的氧化反应式为：245.1 ONH HOHNO222 (1-4)225.0 ONO 3NO (1-5)总反应式为：242ONH OHHNO232 (1-6)亚硝酸菌 硝酸菌 硝化细菌 v生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 u 硝化作用硝化作用(Nitrification)Monday,Monday,November 14,November 14,20222022v生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理 u缺氧反硝化过
5、程缺氧反硝化过程NO3-NNO2-NNON2ON2通常反硝化菌群优先选择分子氧而不是硝酸盐为电子受体，但如果无分子态氧存在，则利用硝酸盐进行无氧呼吸。p 反硝化细菌大量存在于污水处理系统中。p 反硝化细菌是兼性细菌v生物除磷基本原理生物除磷基本原理 聚磷酸是一种高能化合物，水解时能放出能量。因此，在厌氧池中聚磷菌利用这部分能量摄取有机物并放出水解产生的磷酸，结果厌氧池中的磷浓度上升。同时，废水中的有机物因被聚磷菌摄取而减少。但聚磷酸水解放出的能量还达不到菌体增殖所需的能量，所以摄取的有机物只能变成细胞内暂时贮存积蓄物质。到了好氧池，聚磷菌将体内积蓄的有机物通过好氧呼吸氧化分解，合成ATP，用这
6、部分能量进行菌体的增殖和合成聚磷酸。由于其摄取合成聚磷酸的磷量比厌氧时放出的多，因此废水中的磷被不断净化。v生物除磷基本原理生物除磷基本原理 有试验资料表明，厌氧状态下每释放有试验资料表明，厌氧状态下每释放1mg磷，进入好氧磷，进入好氧状态后就可吸收状态后就可吸收2.0一一2.4mg磷。细胞内吸收了大量磷的磷。细胞内吸收了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除磷过程。磷过程。厌氧条件下，因废水中没有DO和缺乏硝态氮，一般无聚磷能力的好氧菌及反硝化细菌不能产生ATP，故这类细菌不能摄取细胞外的有机物合成菌体。聚磷菌(polypho
7、sphate accumulation organisms，PAOs)是指具有聚磷能力的一类细菌硝化过程一般出现在泥龄较长的活性污泥系统中，硝酸盐是这类活性污泥系统出水中的主要形式。曝气池 类型 BOD污泥负荷(kgBOD5/kgMLVSSd)污泥龄(d)污泥浓度(mg/L)污泥回流比(%)曝气时间(d)符号 Ns c MLSS MLVSS R t 传统 推流式 0.20.4 515 15003000 12002400 0.250.50 48 阶段 曝气式 0.20.4 515 20003500 16002800 0.250.75 35 吸附 再生式 0.20.6 515 吸附池1000300
8、0 再生池400010000 吸附池 8002400 再生池 32008000 0.251.0 吸附池 0.51.0 再生池 36.0 延时 曝气式 0.050.15 2030 30006000 24004800 0.751.50 203648 传统完全 混合式 0.20.6 515 30006000 24004800 0.251.0 高负荷活 性污泥过程 v有硝化功能的活性污泥法有硝化功能的活性污泥法影响硝化反应的环境因素 (1)温度在535范围内，随着温度的升高，硝化反应速率增加。温度低于15即发现硝化速度急剧下降。低温运行时，延长泥龄，并将好氧池的DO维持在4.0mg/L，系统也可达到较
9、好的硝化效果。(2)DO 一般建议硝化反应中DO浓度大于2mg/L。影响硝化反应的环境因素 v有硝化功能的活性污泥法有硝化功能的活性污泥法(3)pH 影响硝化反应的环境因素 在pH值 7.08.0范围内，pH值变化对活性污泥硝化速率的影响甚少。当pH值降到5.05.5时，硝化反应几乎停止。生物脱氮的硝化阶段，通常控制pH值为7.28.0。(4)C/N 研究表明，有机物对于硝化菌的影响并非是具有毒害作用，更为可能的是有机物的存在刺激了异养菌迅速生长，从而与硝化菌争夺DO、氨氮和微量营养物质，使得硝化菌群生长受到限制，而有机物本身并不直接影响硝化菌的生长和硝化作用 一般认为处理系统的BOD负荷小于
10、0.15gBOD5/gMLSSd时，处理系统的硝化反应才能正常进行。硝化段中含碳有机基质浓度与总氮(TKN)的比例将直接影响活性污泥中硝化菌所占的比例.BOD5/TKN与活性污泥中硝化细菌含量的关系摘自马文漪、杨柳燕,环境微生物工程.南京大学出版社,1998年影响硝化反应的环境因素(5)污泥龄影响硝化反应的环境因素 理论上，污泥龄大于3d就可获得满意的硝化效果，但实际脱氮系统所需的污泥龄通常要有1025d，脱氮率才不受污泥龄的影响。(6)有毒物质重金属、酚、硫脲及其衍生物、高浓度的NH4+-N、高浓度的NO2-N。一般NH4+-N 200mg/L,最高400 mg/L；NO2-N 100mg/
11、L;丙烯基硫脲可以抑制抑制亚硝化菌活性。抑制浓度5mg/L好氧好氧BODBOD氧化，硝化氧化，硝化SRTSRT15d15dBODTKN 曝气池曝气池 污泥回流污泥回流 排泥排泥 低低BOD低低NH4+高高NO3-单污泥系统单污泥系统v有硝化功能的活性污泥法有硝化功能的活性污泥法双污泥系统双污泥系统好氧好氧BODBOD氧化氧化SRT=SRT=约约5d 5d BODTKN 曝气池曝气池 污泥回流污泥回流 SRT15d硝化硝化 低低BOD高高NH4+曝气池曝气池 污泥回流污泥回流 排泥排泥排泥排泥低低BOD低低NH4+高高NO3-v有硝化功能的活性污泥法有硝化功能的活性污泥法BNR工艺 BNR=bi
12、ological nutrient removal 生物法去除营养盐生物法去除营养盐BNR工艺 生物脱氮工艺 生物除磷工艺 生物脱氮除磷工艺 v污水生物脱氮除磷工艺污水生物脱氮除磷工艺vBNR工艺工艺 生物脱氮工艺 有机氮(氨化作用)氨化菌NH4+-N(氨化作用)氨化菌NH4+-N(亚硝化作用)NO2-N亚硝酸菌+O2(亚硝化作用)NO2-N亚硝酸菌+O2硝酸菌+O2(硝化作用)NO3-N硝酸菌+O2(硝化作用)NO3-N反硝化菌+有机碳(反硝化作用)N2反硝化菌+有机碳(反硝化作用)N2BNR工艺 生物脱氮工艺 影响生物反硝化的环境因素 BNR工艺 生物脱氮工艺 碳源不足时应补充，甲醇和乙酸
13、盐是被广泛应用的外加碳源。脱氮效率 COD/TKN BOD5/NH4+-N BOD5/TKN 差 5 4 9 8 5 生物脱氮效率与进水C/N之间的关系 NO2-+3H(电子供体有机物)0.5N2+H2O+OH-(1-7)NO3-+5H(电子供体有机物)0.5N2+H2O+OH-(1-8)生物反硝化的总反应式如下：q由第一式计算，转化1g NO2-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)316/(214)=1.71。q由第二式计算，转化1g NO3-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)516/(214)=2.86BNR工艺 生物脱氮工艺 2H+OH2O1molH=0.5molO(以BOD表示)
14、BNR工艺 生物脱氮工艺 反硝化过程中需要的有机物总量可按下式估算：C=2.86NO3-N+1.71NO2-N+DO式中：C 反硝化需要的有机物总量，按BOD5计(mg/L)；NO3-N污水中硝态氮的浓度（mg/L)；NO2-N污水中亚硝态氮的浓度mg/L)；DO污水中溶解氧的浓度（mg/L)。BNR工艺 生物脱氮工艺 生物脱氮工艺悬浮污泥系统(Suspended System)膜法系统(Attached System)BNR工艺 生物脱氮工艺 生物脱氮工艺多级污泥系统单级污泥系统三级二级A/O,氧化沟，SBR多级污泥系统生物脱氮工艺曝气池（去除 BOD）沉淀池 硝化池（硝化）反硝化反应器 原
15、污水 处理水 碱 回流污泥 回流污泥 回流污泥 剩余污泥 剩余污泥 剩余污泥 CH3OH 注：虚线表示可引入部分原污水作为碳源 沉淀池 沉淀池 q优点：有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌分别在各自反应器内生长繁殖，环境条件适宜，反应速度快而且比较彻底，可以获得相当好的BOD5去除效果和脱氮效果。q缺点：该流程构筑物和设备多，造价高，运行管理复杂，且需要外加碳源，运行费较高，一般应用不多。两级生物脱氮系统去除 BOD、氨化、硝化（硝化）反硝化反应器 原污水 处理水 回流污泥 回流污泥 剩余污泥 剩余污泥 CH3OH 注：虚线表示可引入部分原污水作为碳源 沉淀池 沉淀池 q主要缺点：该流程仍然较复杂，
16、出水有机物浓度也不能保证十分理想。单级污泥系统生物脱氮工艺q主要缺点：要取得满意的脱氮效果，必须保证足够大的混合液回流比，通常在14倍的进水流量，这势必增加运行费用 沉淀池 回流污泥 剩余污泥 出水 进水 缺氧池 好氧池 混合液回流 缺氧(Anoxic)/好氧(Oxic)脱氮工艺简称A/O脱氮工艺：好氧区 缺氧区 沉淀池 剩余污泥 出水 回流污泥 进水 曝气装置 单级污泥系统生物脱氮工艺q主要缺点：污泥负荷比较低，污泥龄较长，占地面积较大。氧化沟(Oxidation Ditch)生物脱氮工艺q主要缺点：占地面积大，设备利用率较低。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Activa
17、ted Sludge Process)充水期 反应期 沉淀期 排水期 进水 出水 剩余污泥 闲置期 单级污泥系统生物脱氮工艺生物脱氮新工艺短程硝化反硝化工艺短程硝化反硝化工艺(Shortcut Nitrification-Denitrification)有机氮(氨化)氨化菌NH4+-N(亚硝化)NO2-N亚硝酸菌+O2硝酸菌+O2(反硝化)NO3-NNO2-NN2NH3-NNO2-NN2短程反硝化短程硝化(碳源)(碳源)实现短程硝化反硝化的关键在于将NH4+的氧化控制在NO2阶段。影响NO2积累的主要因素有温度、pH、游离氨(Free Ammonium，简称FA)、DO、游离羟胺(FH)以及水
18、力负荷、有害物质和污泥泥龄等。短程硝化反硝化工艺短程硝化反硝化工艺(Shortcut Nitrification-Denitrification)短程硝化反硝化优点：硝化阶段可减少25%左右的需氧量；反硝化阶段可减少40%左右的有机碳源；反应时间缩短，反应器容积可减小30%40%左右；具有较高的反硝化速率(NO2的反硝化速率通常比NO3的高63%左右)；污泥产量降低(硝化过程可少产污泥33%35%左右，反硝化过程中可少产污泥55左右)；(6)减少了投碱量等。生物脱氮新工艺厌氧氨氧化厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺工艺(ANaerobic AMMonium OXidation)NH4+NH2OH
19、 N2H4 N2H2 N2 NO2-NO3-2H 2H SHARON(活性污泥)NH4+NO2-ANAMMOX(生物膜)NH4+NO2-N2 NH4+NO2?出水 进水 NH4+SHARONANAMMOX组合工艺具有耗氧量少、污泥产量少、不需外加碳源等优点，是迄今为止最简捷的生物脱氮工艺，具有很好的应用前景，成为当前生物脱氮领域内的一个研究重点。生物脱氮新工艺参数 SHARONANAMMOX组合工艺 传统生物脱氮工艺 耗氧量(kgO2/kg NH4+-N)1.9 3.45 反硝化过程BOD 消耗量(kgBOD/kg NH4+-N)0 1.7 污泥产量(kgVSS/kg NH4+-N)0.08
20、1 生物脱氮新工艺SHARON反应器1组；19.5 m，H=5.75 m，流量为550 m 3/d，水力停留时间为3 d，好氧停留时间为24 h，温度为35，pH为77.2，溶解氧浓度为1.5 mg/L。ANAMMOX反应器1组；2.2 m，H=18 m(V=70 m3)，流量为550 m3/d，水力停留时间为3 h，设计负荷为800 kgN/d，温度为35，pH为7.5。SHARONANAMMOX荷兰鹿特丹DOKHAVEN市政污水处理厂同步硝化同步硝化/反硝化工艺反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称简称SND)同步硝化
21、反硝化现象，就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中、相同操作条件下同时发生。与传统的脱氮工艺相比，SND工艺从理论上具有明显的优越性，主要表现在：工艺流程简单、反应器体积小；反硝化反应产生的碱度可及时补充部分硝化反应所消耗的碱度；缩短反应时间。生物脱氮新工艺同步硝化同步硝化/反硝化工艺反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称简称SND)生物脱氮新工艺宏观环境解释认为：由于生物反应器的混合形态不均，可在生物反应器内形成缺氧及(或)厌氧段，此为生物反应器的大环境，即宏观环境。对SND生物脱氮的机理还需进一步地加深认识与了解，但已
22、初步形成了三种解释：即宏观环境解释、微环境理论和生物学解释。微环境理论则是从物理学角度加以解释的，目前已被普遍接受。同步硝化同步硝化/反硝化工艺反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称简称SND)生物脱氮新工艺微环境理论认为：由于氧扩散的限制，在微生物絮体内产生DO梯度从而导致微环境的SND BOD NH4+O2 NO3-缺氧区 好氧区 扩散层 主体液相 浓度 微生物絮体的外表面DO较高，以好氧硝化菌为主；深入絮体内部，氧传递受阻及外部氧的大量消耗，产生缺氧区，反硝化菌占优势。同步硝化同步硝化/反硝化工艺反硝化工艺(Simu
23、ltaneous Nitrification and Denitrification，简称简称SND)生物脱氮新工艺生物学的解释有别于传统理论。近年来，好氧反硝化菌和异养硝化菌的发现，打破了传统理论认为硝化反应只能由自养菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点。对于好氧反硝化、异养硝化、自养反硝化的现象，近年来生物学的发展已经可以给出令人比较满意的答案。由于许多好氧反硝化菌如Thiosphaera pantotropha、Pseudamonas Spp.、Alcaligenes faecalis等同时也是异养硝化菌，能够直接把NH4+转化为最终气态产物而逸出，因此，同时硝化反硝化生物脱氮也就成
24、为可能。BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)通过生物途径去除废水中磷的过程称为生物除磷。采用投加铝盐或铁盐去除废水中磷的过程称为化学沉淀除磷。生物除磷法的优点：（1）降低化学药品费用；（2）减少污泥产量；生物除磷需要以下几个条件：（1）存在聚磷菌；（2）有厌氧区和好氧区；（3）存在易生物降解物质和相当高浓度的磷 生物除磷(Biological Phosphorus Removal)BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)BNR工艺 BODTNTP 厌氧池厌氧池 生物体合成生物体合成及衰减；及衰减；PHB利用并利用并过量吸磷；过量吸磷；高高PO43-好氧池好氧池 污泥回流污泥回流 富磷富磷污泥污
25、泥排放排放低低BOD低低TP高高NH3-N聚磷水解，聚磷水解，释磷；释磷；PHB内部贮内部贮存；存；将磷从水中转移至泥中；通过排放富磷污泥从系统中除磷。产酸菌产酸菌PAOs异养菌异养菌(PAOs占占48%63%)生物除磷工艺(BPR工艺)BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)正磷 SBOD 厌氧区 好氧区 时间浓度BPR工艺中BOD及磷的去除 BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)HRT=3+4=7h完成生物除磷过程.BNR工艺 在常规活性污泥系统中，微生物正常生长时活性污泥含磷量一般为干重的1.5%2.3%，一般按2%计算。C60H87O23N12P(31/1374=2.26%)生物除磷工艺
26、中剩余污泥的含磷量达到污泥干重的3%7%。PAOs的聚磷酸盐含量最高为50%，相当于15%20%的含磷量。生物除磷工艺(BPR工艺)富磷污泥(PAOs占48%63%)BNR工艺 BODTNTP 厌氧池厌氧池 高高PO43-好氧池好氧池 污泥回流污泥回流 富磷污泥富磷污泥低低BOD低低TP高高NH3-N厌氧(Anaerobic)/好氧(Oxic)除磷工艺(A/O除磷工艺)生物除磷工艺(BPR工艺)BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)沉淀池 回流污泥 剩余污泥 出水 进水 厌氧池 好氧池 主要特点：负荷高、泥龄短、HRT短，污泥产率高。为了保证良好的生物除磷效果，该工艺一般控制在不发生硝化作用。
27、BOD去除率大致与一般的活性污泥法系统相同。处理水中磷的含量一般都低于1mg/L。BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)影响生物除磷的主要因素BNR工艺 生物除磷工艺(BPR工艺)三种活性污泥法工艺参数对比BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮缺氧池 好氧池 反硝化除碳,硝化生物除磷 厌氧池 好氧池 释磷除碳,过量吸磷生物脱氮除磷 厌氧池 缺氧池 好氧池 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 典型的生物脱氮除磷工艺包括三部分：厌氧区、缺氧区和好氧区。按空间顺序出现 厌氧-缺氧-好氧缺氧-严氧-好氧A2/O工艺 倒置A2/O工艺 按时间顺序出现 A2/C氧化沟 SBR及其革新工艺 T型氧化沟、Unita
28、nk工艺 空间和时间的结合 MSBR工艺 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥 出水 进水 混合液回流 回流污泥 厌氧池 A2/O工艺 为反硝化细菌提供硝酸盐。释磷释磷反硝化反硝化除碳，过量吸除碳，过量吸磷，硝化。磷，硝化。泥水分离接种污泥提供VFAs提供碳源排放富排放富磷污泥磷污泥BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥 出水 进水 混合液回流 回流污泥 厌氧池 A2/O工艺 NO3N进入厌氧区后，在厌氧区会发生反硝化作用，反硝化菌将夺取聚磷菌所需的有机物而影响厌氧释磷效果。BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 A2/O工艺 NO3N进入厌氧区后，在厌
29、氧区会发生反硝化作用，反硝化菌将夺取聚磷菌所需的有机物而影响厌氧释磷效果。A2/O工艺的改进 倒置A2/O工艺 改良A2/O工艺 UCT工艺 MUCT工艺 JHB工艺 国内 国外 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 倒置A2/O工艺 进水 缺氧池 污泥回流 7-65 AAnO 脱氮除磷工艺脱氮除磷工艺 厌氧池 好氧池 出水 剩余污泥 沉淀池 75%25%主要问题：(1)受进水水质影响较大，当进水VFAs少时，生物除磷效果变差。(2)受污泥回流比的限制，脱氮效率不高。BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 改良A2/O工艺微生物利用10%进水中的有机底物去除回流污泥中的硝态氮，消除硝态氮对后续厌氧池释磷的干扰。
30、进水 10%含磷污泥回流 7-66 改良型改良型 AnAO 脱氮除磷工艺脱氮除磷工艺 缺氧池 好氧池 出水 剩余污泥 沉淀池 硝化混合液回流 厌/缺氧调节池 进水 90%厌氧池 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 UCT工艺(University of Cape Town，南非开普敦大学研发)回流污泥不是直接进入厌氧池而是先进入缺氧池，这样避免了回流污泥中大量硝酸盐对厌氧池的冲击。缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥 出水 进水 内循环 回流污泥(含NO3?)厌氧池 内循环 当缺氧池反硝化不彻底时，同样会有硝酸盐进入厌氧池。BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 改良UCT工艺 缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥
31、出水 进水 内循环(含NO3?)回流污泥(含NO3?)厌氧池 内循环 缺氧池 将缺氧池分为两部分，前一部分专为消耗回流污泥中的硝酸盐而设，且不受内循环的硝化液的影响，把硝酸盐的不利影响降到最低限度。需要增加一个混合液回流，且厌氧池内的MLSS亦受此回流比大小的影响。BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 改良UCT工艺 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 JHB工艺 缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥 出水 进水 混合液回流 回流污泥(含NO3?)缺氧池 厌氧池 该工艺最初在南非的约翰内斯堡市(Johannesburg)产生，目的是为了最大限度地提高低浓度污水的生物除磷效果。该工艺中，回流污泥在进入厌氧池前首先
32、进入一缺氧池，在其中停留足够长的时间以去除回流污泥中的硝酸盐。硝酸盐的去除效果主要取决于内源呼吸速率以及硝酸盐浓度。与UCT工艺相比，JHB工艺厌氧池内可维持较高的MLSS浓度，厌氧池HRT约为1h。三种活性污泥法工艺参数对比首先保证脱氮效果，然后才是除磷。为何？首先保证脱氮效果，然后才是除磷。为何？BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 Ana Ano O S 出水 进水 回流污泥 剩余污泥 A2/C氧化沟 不需将混合液提升，可实现硝化液的高回流比(R=400%)，获得较高的脱氮率。节能。BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 A2/C氧化沟 BNR工艺 生物脱氮
33、除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 厌氧-T型氧化沟 Ana 出水 剩余污泥 剩余污泥 回流污泥 回流污泥 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 T型氧化沟运行示意图 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 Orbal氧化沟 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 Orbal氧化沟 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 Orbal氧化沟 第1沟DO：00.3mg/L 第2沟DO：0.51.5mg/L 第3沟DO：23mg/L 23 0.51.5 00.3 BNR工艺 生物脱氮除磷工艺 生物脱氮除磷氧化沟工艺 外沟道能够发生所特有的同时硝
34、化反硝化作用。即使不设内回流，也能达到较好的脱氮效果。如设置内回流系统，则脱氮率可达95%以上。外沟道存在大区域的厌氧区，聚磷菌可完成磷的释放。外沟道的供氧量通常是总供氧量的50%左右，但可去除80%以上的BOD。Orbal氧化沟 生物脱氮除磷氧化沟工艺 DE氧化沟 DE氧化沟生物脱氮除磷运行方式 A2/O工艺 的设计方法(2)厌氧池体积的计算24QtVPPVP厌氧区（池）容积（m3）；tP厌氧区（池）停留时间（h），宜为 12；Q设计污水流量（m3/d）。(1)判断能否采用A2/O工艺BOD5/TKN4 脱氮要求BOD5/TP17 除磷要求同时满足A2/O工艺 的设计方法(3)缺氧池体积的计
35、算XKXNNQVdevtekn12.0)(001.0Vn缺氧区（池）容积（m3）；Q生物反应池的设计流量（m3/d）；X生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度(gMLSS/L)；Nk生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L）；Nte生物反应池出水总氮浓度（mg/L）；Xv排出生物反应池系统的微生物量（kgMLVSS/d）；Kde脱氮速率kgNO3N/(kgMLSSd)剩余污泥含氮量11314124.0A2/O工艺 的设计方法(3)缺氧池体积的计算XKXNNQVdevtekn12.0)(001.0)20()20()(08.1TdeTdeKK脱氮速率Kde宜根据试验资料确定。无试验资料时，20的Kde值可
36、采用0.030.06(kgNO3N/(kgMLSSd)，并进行温度修正。T设计温度，一般取最不利温度，即低温。A2/O工艺 的设计方法(3)缺氧池体积的计算XKXNNQVdevtekn12.0)(001.01000)(eotvSSQyYXYt污泥总产率系数（kgMLSS/kgBOD5），宜根据试验资料确定。无试验资料时，系统有初次沉淀池时取 0.30.5，无初次沉淀池时取 0.61.0；yMLSS 中 MLVSS 所占比例；So生物反应池进水 BOD5浓度（mg/L）；Se生物反应池进出水 BOD5浓度（mg/L）。1000)(eotvSSQyYXYt污泥总产率系数（kgMLSS/kgBOD5
37、），宜根据试验资料确定。无试验资料时，系统有初次沉淀池时取 0.30.5，无初次沉淀池时取 0.61.0；yMLSS 中 MLVSS 所占比例；So生物反应池进水 BOD5浓度（mg/L）；Se生物反应池进出水 BOD5浓度（mg/L）。)1(1000)(0CdeCvKVSSQYX)1(1000)(0CdeCvKSSQYVXvvcXVXcvvVXX)1(1000)(0CdeCvvKSSQYVXX(kgMLVSS/d)1(CdobstKYYyYYt污泥总产率系数（kgMLSS/kgBOD5）;Yobs表观产率系数（kgMLVSS/kgBOD5）;Y产率系数（kgMLVSS/kgBOD5）;0.4
38、0.8)1(CdobstKYYyY1000)(eoobsvSSQYX(kgMLVSS/d)(1)当仅要求降低BOD时，c取58d，Yobs=0.6；(2)当要求进行有机物降解和硝化时，c取1020d，Yobs为0.520.55；(3)当要求降低BOD和脱氮时，c取30d左右，Yobs为0.48。YYobsA2/O工艺 的设计方法(4)好氧池体积的计算XYSSQVtcoeoO1000)(1Fco)15(098.047.0TaaeNKnNVo好氧区（池）容积（m3）；co好氧区(池)设计污泥泥龄（d）；F安全系数，为 1.53.0；硝化细菌比生长速率（d-1）；Na生物反应池中氨氮浓度（mg/L）
39、；Kn硝化作用中氮的半速率常数（mg/L）；T设计温度()；0.4715时，硝化细菌最大比生长速率（d-1）。)1(1000)(0CdeCvKVSSQYX)1(CdtKYyYvXyX A2/O工艺 的设计方法(5)混合液回流量的计算 缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥 出水 进水 混合液回流 回流污泥 厌氧池 I*QR*QNkeNtQ假定1）好氧区(池)硝化作用完全，2）回流污泥中硝态氮浓度和好氧区(池)相同，3）回流污泥中硝态氮进厌氧区(池)后全部被反硝化，4）缺氧区(池)有足够碳源，则系统最大脱氮率%1001%10013rrIRIRNOr总回流比。A2/O工艺 的设计方法(5)混合液回流量的
40、计算0.020.040.060.080.0100.00246810总回流比rTN去除率(%)%1001%10013rrIRIRNO一般工程上r不超过4，即达到TN的理论去除率为80%。再增加回流比，对脱氮效果的提高不大。总回流比过大，会使系统由推流式趋于完全混合式，导致污泥性状变差；缺氧池 好氧池 沉淀池 剩余污泥 出水 进水 混合液回流 回流污泥 厌氧池 I*QR*QNkeNtQ设出水硝酸盐氮浓度为Ce(mg/L)，假定回流中的硝酸盐氮完全被反硝化为氮气，则有：好氧池生物硝化产生的硝酸盐氮总量TKNoxTKNox=进水TKN-出水TKN-0.12XveoxeQCTKNCIRQ)(11IRTK
41、NQCoxe好氧池生物硝化产生的硝酸盐氮的去除率为：%1001%1003IRIRTKNQCTKNoxeoxNOA2/O工艺 的设计方法(6)剩余污泥量的计算法1：按泥龄计算CXVX=法2：污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算 XYQ（SoSe）KdVXVfQ（SSoSSe）X剩余污泥量（kgSS/d）；V生物反应池的容积（m3）；X生物反应池内 MLSS 平均浓度（gMLSS/L）；C污泥泥龄（d）；Y污泥产率系数（kgVSS/kgBOD5）20时为 0.40.8；Q设计平均日污水量（m3/d）；So生物反应池进水五日生化需氧量（kg/m3）；Se生物反应池出水五日生化需氧量（
42、kg/m3）；kd衰减系数(d-1)；XV生物反应池内 MLVSS 平均浓度（gMLVSS/L）；fSS 的污泥转换率，宜根据试验资料确定，无试验资料时可取 0.50.7（gMLSS/gSS）；SSo生物反应池进水悬浮物浓度（kg/m3）；SSe生物反应池出水悬浮物浓度（kg/m3）。A2/O工艺 的设计方法(7)需氧量的计算生物反应池中好氧区的污水需氧量，根据去除的BOD5、氨氮的硝化和除氮等要求，宜按下列公式计算 O2=0.001aQ(SoSe)cXV+b0.001Q(NkNke)0.12XV0.62b0.001Q(NtNkeNoe)0.12XVO2污水需氧量（kgO2/d）；Q生物反应池
43、的进水流量（m3/d）；So生物反应池进水 BOD5浓度（mg/L）；Se生物反应池出水 BOD5浓度（mg/L）；XV排出生物反应池系统的微生物量；（kg/d）；Nk生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L）；Nke 生 物 反 应 池 出 水 总 凯 氏 氮 浓 度（mg/L）；Nt生物反应池进水总氮浓度（mg/L）；Noe生物反应池出水硝态氮浓度（mg/L）；A2/O工艺 的设计方法(7)需氧量的计算BODt=BODu(1-e-kt)20时，k=0.23BOD5=BODu(1-e-0.23*5)=0.68BODu(7-1)第一项去除的五日生化需氧量 0.001aQ(SoSe)a碳的氧当量，当
44、含碳物质以BOD5计时，取1.47 BODu=(1/0.68)BOD5=1.47BOD50.00.20.40.60.81.005101520时间(d)BODt/BODuA2/O工艺 的设计方法(7)需氧量的计算(7-2)第二项剩余污泥的COD cXV排放剩余活性污泥所造成减少的COD量，因此部分COD并未耗氧，应予以扣除。C=1.42结论:1g异养菌相当于1.42gCOD;C5H7O2N+5O2+H+5CO2 +2H2O+NH4+1131601xx=160/113=1.42A2/O工艺 的设计方法(7)需氧量的计算(7-3)第三项氨氮的硝化需氧量氨氮的硝化需氧量 b0.001Q(NkNke)0.12XV242ONH OHHNO232 (1-6)硝化细菌 不计细菌增值，每氧化1gNH4+-N为NO3-N，共需氧。146457.4b常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（kgO2/kgN），取4.57 A2/O工艺 的设计方法(7)需氧量的计算(7-4)第四项反硝化回收的氧量反硝化回收的氧量 0.62b0.001Q(NtNkeNoe)0.12XV2232542425COOHNNOOHCOHHNOONH2324484844个NO3还原成2个N2，可使5个有机碳氧化成CO2，相当于耗去5个O2，而4个氨氮氧化成4个NO3需消耗8个O2，故反硝化时氧的回收率为5/8=0.62
