1、第六节第六节 生物脱氮与除磷生物脱氮与除磷内容内容 1.概述概述2.生物脱氮原理与工艺生物脱氮原理与工艺3.生物除磷原理与工艺生物除磷原理与工艺4.同步脱氮除磷工艺同步脱氮除磷工艺5.脱氮除磷工艺设计计算脱氮除磷工艺设计计算Water Pollution Control Engineering1.概述概述 水体富营养化是当前水环境污染面临的重大问题，水体富营养化是当前水环境污染面临的重大问题，富营养化造成水质恶化，生态平衡破坏，鱼类和水生生物富营养化造成水质恶化，生态平衡破坏，鱼类和水生生物死亡，还对饮用水安全造成严重的威胁，危害人类健康死亡，还对饮用水安全造成严重的威胁，危害人类健康.氮氮(
2、N)和磷和磷(P)是引起水体富营养化的关键的物质，低是引起水体富营养化的关键的物质，低浓度的浓度的N和和P即可以引起富营养化，即可以引起富营养化，(如湖泊地面水水质标如湖泊地面水水质标准，二级标准准，二级标准P的浓度为的浓度为0.01 mg/L).因而，污水处理时如因而，污水处理时如何利用生物技术能将何利用生物技术能将N,P物质去除是当今污水处理的重要物质去除是当今污水处理的重要内容，尤其是磷的去除内容，尤其是磷的去除.Water Pollution Control Engineering1.概述概述含含N化合物在水中存在形态，有机化合物在水中存在形态，有机N、氨氨N、亚硝酸盐亚硝酸盐N、硝酸
3、盐硝酸盐N。总氮总氮(TN)是四种含是四种含N化合物和；凯氏氮化合物和；凯氏氮(KN)是有机是有机N与氨与氨N。城市污水经过传统的二级生化处理，有机物可以转化为城市污水经过传统的二级生化处理，有机物可以转化为CO2,H2O等等,但是有机物中的氮不能有效去除，少部分但是有机物中的氮不能有效去除，少部分可以通过同化作用转化为生物细胞有机体组分可以通过同化作用转化为生物细胞有机体组分(通过剩余通过剩余污泥污泥)而去除，大部分只能转化为溶解性的无机氮而去除，大部分只能转化为溶解性的无机氮,(一般一般为为NH3,有少量有少量NO2-,NO3-),无法从水中直接去除，生物无法从水中直接去除，生物脱脱N是通
4、过将这些物质转化为不溶解于水的是通过将这些物质转化为不溶解于水的N2而从水中而从水中去除的去除的.Water Pollution Control Engineering1.概述概述二 级 污 水 处 理 工 艺 活 性 污 泥 对二 级 污 水 处 理 工 艺 活 性 污 泥 对 N 去 除 率 按 照去 除 率 按 照BOD:N=100:5:1计算，城市污水进水计算，城市污水进水BOD一般可达到一般可达到200mg/L左右，这样以微生物需要的营养计算，则剩左右，这样以微生物需要的营养计算，则剩余污泥可以去除余污泥可以去除10mg/L的氮和的氮和2mg/L左右的磷左右的磷(存在存在污泥中污泥中
5、,不同的工艺有差异不同的工艺有差异)。以同化作用将。以同化作用将N,P转移转移出污水系统。出污水系统。(微生物利用的微生物利用的NP还会因内源代谢释放还会因内源代谢释放)高浓度工业废水的氮可以用物理吹脱，低浓度的饮用水高浓度工业废水的氮可以用物理吹脱，低浓度的饮用水氮一般以化学方法氮一般以化学方法(加氯氧化加氯氧化)去除，污水氮一般以生去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同时富含高浓度磷，则常形成物方法去除。如果同时富含高浓度磷，则常形成磷酸磷酸镁铵镁铵作为化学肥料回收。作为化学肥料回收。Water Pollution Control Engineering1.概述概述化学方法脱化学方法脱N(
6、折点加折点加氯氯)：NH4+HOCl=NH2Cl+H+H2ONH2Cl+HOCl=NHCl2+H2ONHCl2+HOCl=NCl3+H2O2NH2Cl+HOCl N2+3HCl+H2O余氨的吹脱余氨的吹脱(针对氨针对氨)：游离的氨游离的氨容易挥发，可以空气吹脱到容易挥发，可以空气吹脱到大气中去大气中去.Mg2+PO43-+NH4+6H2O=Water Pollution Control EngineeringMgNH4 PO4 6H2O 2.生物生物脱氮原理与工艺脱氮原理与工艺n一一.生物脱氮原理生物脱氮原理1.1 生物脱氮基本过程生物脱氮基本过程1.2 影响生物脱氮的环境因素影响生物脱氮的环
7、境因素n二二.生物脱氮工艺生物脱氮工艺2.1 三级生物脱氮工艺三级生物脱氮工艺2.2 两级生物脱氮工艺两级生物脱氮工艺2.3 单级生物脱氮工艺单级生物脱氮工艺 2.4 A/O工艺工艺n三三.生物脱氮新理论生物脱氮新理论3.1 同步硝化反硝化同步硝化反硝化;3.2 短程硝化反硝化短程硝化反硝化;3.3 厌氧厌氧氨氧化氨氧化2.生物脱氮原理工艺生物脱氮原理工艺Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理一一.生物脱氮原理生物脱氮原理 除同化作用可以部分除氮除同化作用可以部分除氮,生物脱氮主要由反硝化过程实现生物脱氮主要由反硝化过程实现.1.1 基本
8、过程基本过程:氨化氨化:在氨化菌作用下在氨化菌作用下,有机物中的氮被转化为有机物中的氮被转化为氨氮氨氮,有机物同时得到降解：有机物同时得到降解：有机有机N NH3 硝化硝化:分为两个步骤分为两个步骤-亚硝化和硝化亚硝化和硝化.在好氧条件下在好氧条件下,亚硝化菌亚硝化菌将将NH4+转化为转化为NO2,进一步在硝化菌作用下转化为进一步在硝化菌作用下转化为NO3:NH4+1.5O2 NO2+2H+H2O (亚硝化亚硝化)NO2+0.5O2 NO3 (硝化硝化)总反应总反应:NH4+2O2 NO3+2H+H2OWater Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原
9、理 反硝化反硝化:在缺氧条件下在缺氧条件下,反硝化菌作用将反硝化菌作用将NO3转化为转化为N2(异化反硝化异化反硝化,占占96)或生物体或生物体(同化反硝化同化反硝化,占占4).6NO3+5C 3N2+6OH+H2O+5CO2 NO3 NO2 NO N2O N2 NO3+C+H+C5H7O2N+H2O NO3 NO2 有机含有机含N物质物质异化异化同化同化Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理1.2.影响生物脱氮的因素影响生物脱氮的因素 氨化氨化:氨化菌是异养菌氨化菌是异养菌,对环境条件要求不苛刻对环境条件要求不苛刻,好氧或厌氧均可好氧或
10、厌氧均可,对酸碱对酸碱,温度的适应范围宽温度的适应范围宽.Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理(亚亚)硝化硝化:亚硝化菌和硝化菌均为化能自养菌亚硝化菌和硝化菌均为化能自养菌.(A).溶解氧溶解氧,需要好氧的条件需要好氧的条件,DO2,每每mol氨经过亚硝化需氨经过亚硝化需1.5mol O2,硝化需硝化需0.5mol O2 (B).酸碱酸碱,中性或弱碱性中性或弱碱性(亚硝化产生酸亚硝化产生酸!),最宜在最宜在pH 8.0-8.4左右左右.(C).温度温度,20-30最佳最佳(15迅速降低迅速降低,5反应停止反应停止).(D).C/N比，比
11、，BOD低才能维持硝化菌生长低才能维持硝化菌生长(异养微生物竞争异养微生物竞争,BOD越高硝化菌比例越小越高硝化菌比例越小)Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理反硝化反硝化:反硝化菌是异养菌反硝化菌是异养菌,兼性厌氧菌兼性厌氧菌.(A).碳源碳源(外加外加,利用污水有机物利用污水有机物,或内源呼吸或内源呼吸)(B).酸碱酸碱,pH最宜在最宜在 6.5-7.5 (C).溶解氧溶解氧,需少的需少的DO或间歇有氧缺氧或间歇有氧缺氧,DO 0.5mg/L,DO过过高则直接以好氧呼吸高则直接以好氧呼吸 (D).温度温度,20-40,低于低于15反
12、应迅速降低反应迅速降低 由于硝化菌和反硝化菌世代时间长由于硝化菌和反硝化菌世代时间长,所以反应器内生物停留所以反应器内生物停留时间要长时间要长,即即污泥龄要长污泥龄要长Water Pollution Control Engineering生物脱氮原理生物脱氮原理生物脱氮的过程比较生物脱氮的过程比较过程过程氨化氨化亚硝化亚硝化硝化硝化反硝化反硝化(异化异化)能源能源有机物有机物NH4+NO2碳源碳源H受体受体O2O2O2NO3,NO2DO范围宽范围宽好氧好氧好氧好氧缺氧缺氧,0.5碱度变碱度变化化产生产生NH31MNH4+产生产生2M H+不变不变1M NO3 产生产生1M OH需氧情需氧情况况
13、1g BOD需需1.5gO2氧化氧化1MNH4+需需1.5M O2氧化氧化1M NO2需需0.5M O2需需NO2或或NO3Water Pollution Control Engineering生物脱氮工艺生物脱氮工艺二二.生物脱氮工艺生物脱氮工艺2.1：Barth三级三级(段段)生物脱生物脱N工艺工艺第一段第一段-氨化氨化.去除去除BOD和和COD,进行曝气进行曝气,有机有机N转化为转化为氨氮；氨氮；第二段第二段-亚硝化和硝化亚硝化和硝化,氨氨N转化为转化为NO3,需要加碱；需要加碱；第三段第三段-反硝化反硝化,NO3转化为转化为N2气气,必须外加碳源必须外加碳源(加甲醇加甲醇或引污水或引污
14、水),否则效率低否则效率低,需搅拌需搅拌.Water Pollution Control EngineeringBarth三级三级(段段)生物脱生物脱N工艺流程工艺流程:曝气硝化反硝化碱N2碳源曝气池曝气池:降解降解BOD,有机物分解有机物分解(氨化氨化)硝化池硝化池:硝化反应硝化反应,NH3转化为硝态氮转化为硝态氮,降解降解BOD(亚亚 硝化硝化,硝硝化化)反硝化池反硝化池:脱脱N(反硝化反硝化),需搅拌需搅拌沉淀池沉淀池:固液分离固液分离.生物脱氮工艺生物脱氮工艺沉沉沉出水进水Water Pollution Control Engineering Barth三级三级(段段)生物脱生物脱N工
15、艺特点工艺特点:1.各段在各自的反应器下完成各段在各自的反应器下完成,可控制各个反应器最可控制各个反应器最适宜的条件；适宜的条件；2.脱氮率较高；脱氮率较高；3.反应器多构筑物多反应器多构筑物多,需外加碳源和碱需外加碳源和碱,造价高造价高,管理管理也不便也不便.生物脱氮工艺生物脱氮工艺Water Pollution Control Engineering2.2 两级两级(段段)生物脱生物脱N工艺工艺:曝气反硝化碱N2碳源生物脱氮工艺生物脱氮工艺沉沉出水进水曝气池曝气池:降解降解BOD,有机物分解有机物分解(氨化氨化),(亚亚)硝化反应硝化反应,NH3转化为硝态转化为硝态N；反硝化池反硝化池:缺
16、氧缺氧,完成反硝化脱完成反硝化脱N；沉淀池沉淀池:固液分离固液分离.Water Pollution Control Engineering生物脱氮工艺生物脱氮工艺2.3 单级生物脱氮工艺单级生物脱氮工艺曝气反硝化沉淀N2污水或甲醇出水进水污泥回流曝气池曝气池:好氧条件好氧条件,完成降解完成降解BOD,氨化氨化,硝化等功能硝化等功能;反硝化池反硝化池:缺氧缺氧,完成反硝化脱氮完成反硝化脱氮;沉淀池沉淀池:固液分离固液分离;特点特点:工艺简单工艺简单,但难以控制但难以控制,水质也难保证水质也难保证.碱Water Pollution Control Engineering2.4 前置反硝化工艺前置反
17、硝化工艺,A/O工艺或工艺或AN/O(缺氧/好氧工艺anoxic/oxic):反硝化曝气沉淀反硝化池反硝化池:缺氧缺氧,完成反硝化脱氮完成反硝化脱氮曝气池曝气池:好氧条件好氧条件,完成降解完成降解BOD,氨化氨化,硝化反应等功能硝化反应等功能N2出水进水硝化液内循环污泥回流生物脱氮工艺生物脱氮工艺Water Pollution Control Engineering生物脱氮工艺生物脱氮工艺AN/O工艺特点工艺特点:反硝化反应器前置反硝化反应器前置,氨化和硝化在后氨化和硝化在后,不需要外加碳源不需要外加碳源,反反硝化的碳源从污水中得到硝化的碳源从污水中得到;亚硝化阶段需要的碱度可以得到部分补偿亚
18、硝化阶段需要的碱度可以得到部分补偿,所以通常不需所以通常不需要加碱要加碱,反硝化液残留的有机物可以进一步处理反硝化液残留的有机物可以进一步处理;构筑物少构筑物少,流程简单流程简单;但是出水含硝酸盐但是出水含硝酸盐NO3,脱脱N效率受限制效率受限制,高的脱高的脱N率需率需要循环比大要循环比大,动力消耗大动力消耗大,沉淀池存在反硝化过程沉淀池存在反硝化过程,容易污容易污泥上浮泥上浮.Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展三三.生物脱氮新理论生物脱氮新理论传统脱氮理论传统脱氮理论:硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌硝化和反硝化反应分
19、别由硝化菌和反硝化菌作用完成作用完成,两菌对环境条件的要求不同两菌对环境条件的要求不同,这两个过程不能同这两个过程不能同时发生时发生,而只能序列式进行，即硝化反应在好氧条件下而只能序列式进行，即硝化反应在好氧条件下,反硝化反应在缺氧或厌氧条件下反硝化反应在缺氧或厌氧条件下.因此生物脱氮工艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝因此生物脱氮工艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝化工艺化工艺,或在两个分离的反应器中进行或在两个分离的反应器中进行,或在时间上造成或在时间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行,以便硝化与以便硝化与反硝化能够独立地进行反硝化能
20、够独立地进行.Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展3.1 同步硝化反硝化同步硝化反硝化：微环境理论认为微环境理论认为,由于氧扩散的限制由于氧扩散的限制,在微生物絮体或者生物膜在微生物絮体或者生物膜内产生溶解氧梯度内产生溶解氧梯度,即微生物絮体或生物膜的外表面溶解氧即微生物絮体或生物膜的外表面溶解氧浓度高浓度高,深入絮体内部深入絮体内部,氧传递受阻及外部氧的大量消耗氧传递受阻及外部氧的大量消耗,产产生缺氧区生缺氧区,从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境.宏观环境论认为，由于氧气扩散速率的
21、限制，曝气池内形成宏观环境论认为，由于氧气扩散速率的限制，曝气池内形成局部缺氧局部缺氧/厌氧环境厌氧环境.微生物学研究发现微生物学研究发现,存在存在好氧反硝化细菌好氧反硝化细菌和和异养硝化细菌异养硝化细菌,打打破了传统理论的硝化反应只能由自养细菌完成和反硝化只破了传统理论的硝化反应只能由自养细菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点能在厌氧条件下进行的观点.Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展同步硝化反硝化具有以下特点：同步硝化反硝化具有以下特点：(1)NO2无须氧化为无须氧化为NO3便可直接进行反硝化反应，因此便可直接进行反硝
22、化反应，因此,整个反应过程加快整个反应过程加快,水力停留时间缩短水力停留时间缩短,反应器容积减小；反应器容积减小；(2)亚硝化反应仅需亚硝化反应仅需75的氧的氧,需氧量降低需氧量降低,节约能耗；节约能耗；(3)硝化菌和反硝化菌在同一反应器中同时工作硝化菌和反硝化菌在同一反应器中同时工作,脱氮工艺简脱氮工艺简化而效能提高；化而效能提高；Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展(4)将有机物氧化将有机物氧化,硝化和反硝化在反应器内同时实现硝化和反硝化在反应器内同时实现,既提既提高脱氮效果高脱氮效果,又节约曝气和混合液回流所需的能源；又节
23、约曝气和混合液回流所需的能源；(5)反硝化产生的反硝化产生的OH可以中和硝化产生的部分可以中和硝化产生的部分H+,减少了减少了pH值波动值波动,使两个生物反应过程同时受益使两个生物反应过程同时受益,提高了反应效提高了反应效率；率；(6)为反硝化提供了碳源为反硝化提供了碳源,促进同步硝化反硝化的进行促进同步硝化反硝化的进行 Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展3.2 短程硝化反硝化短程硝化反硝化：传统理论认为传统理论认为,生物脱氮需经过如下过程：生物脱氮需经过如下过程：NH4+NO2 NO3 NO2 N2 氨化氨化 亚硝化亚硝化
24、硝化硝化 反反 硝硝 化化而短程反硝化就是在硝化过程中造成一定的特殊环境使而短程反硝化就是在硝化过程中造成一定的特殊环境使NH4+正常硝化到正常硝化到NO2,而而NO2氧化到氧化到NO3的过程受阻的过程受阻,形成所谓的形成所谓的“NO2积累积累”后直接进行反硝化后直接进行反硝化,也可称为也可称为不完全硝化反硝化不完全硝化反硝化:NH4+NO2 N2Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展实现短程反硝化的关键在于将实现短程反硝化的关键在于将NH4+氧化控制在氧化控制在NO2阶段，阶段，阻止阻止NO2的进一步氧化，因此，如何持久稳定地维
25、持的进一步氧化，因此，如何持久稳定地维持较高浓度的较高浓度的NO2的积累及影响的积累及影响NO2积累的因素积累的因素.因为影响因为影响N 积累的控制因素比较复杂，并且硝化菌能够迅积累的控制因素比较复杂，并且硝化菌能够迅速地将速地将NO2转化为转化为NO3，所以要将所以要将NH4+的氧化成功地的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事控制在亚硝酸盐阶段并非易事.Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展工艺特点工艺特点：(1)硝化阶段可减少硝化阶段可减少25左右的需氧量，左右的需氧量，反硝化阶段可减反硝化阶段可减少少40左右的有机碳源，降低
26、了能耗和运行费用；左右的有机碳源，降低了能耗和运行费用；(2)反应时间缩短，反应器容积可减小反应时间缩短，反应器容积可减小3040左右；左右；(3)具有较高的反硝化速率具有较高的反硝化速率(NO2 的反硝化速率通常比的反硝化速率通常比NO3的高的高63左右；左右；(4)污泥产量降低污泥产量降低(硝化过程可少产污泥硝化过程可少产污泥33-35左右，反左右，反硝化过程中可少产污泥硝化过程中可少产污泥55左右左右).Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展SHARON工艺工艺:利用硝化菌在较高的温度下生长速率低于亚硝化菌这一事利用硝化菌在
27、较高的温度下生长速率低于亚硝化菌这一事实实,开发在较高温度下实现生物脱氮处理开发在较高温度下实现生物脱氮处理.工艺的核心是通过污泥龄和反应温度实现将工艺的核心是通过污泥龄和反应温度实现将硝化菌硝化菌淘汰淘汰,但留下亚硝化菌但留下亚硝化菌.Water Pollution Control Engineering生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展3.3 厌氧氨氧化厌氧氨氧化(ANAMMOX)：是指在厌氧条件下是指在厌氧条件下,微生物直接以微生物直接以NH4+为电子供体为电子供体,以以NO3或或NO2为电子受体为电子受体,将将NO3,NO2,NH4+直接转变直接转变成成N2的生物转化过程的生物转化过程.
28、反应可以如下方式存在：反应可以如下方式存在：5NH4+3NO3 4N2 +9H2O +2H+(1)NH4+NO2 N2 +2H2O (2)Water Pollution Control Engineering工艺特点工艺特点：(1)无需外加有机物作电子供体无需外加有机物作电子供体,既可节省费用既可节省费用,又可又可防止二次污染；防止二次污染；(2)硝化反应每氧化硝化反应每氧化lmolNH4+耗氧耗氧2mol,厌氧氨氧化每氧化厌氧氨氧化每氧化lmol NH4+只需要只需要0.75mol氧氧,耗氧下降耗氧下降62.5,能耗低；能耗低；(3)硝化反应氧化硝化反应氧化lmol NH4+可产生可产生2m
29、olH+,反硝化产生反硝化产生lmol OH-,而氨厌氧氧化的生物产酸量降低而氨厌氧氧化的生物产酸量降低1/2,产碱量降至为零产碱量降至为零;(4)在厌氧条件下直接利用在厌氧条件下直接利用NH4+作电子供体作电子供体,无需供氧无需供氧,无需外无需外加有机碳源维持反硝化加有机碳源维持反硝化,无需额外投加酸碱中和试剂无需额外投加酸碱中和试剂,故降低故降低了能耗了能耗,节约了运行费用节约了运行费用,用时还避免了因投加中和试剂有可用时还避免了因投加中和试剂有可能造成的二次污染问题能造成的二次污染问题.生物脱氮理论进展生物脱氮理论进展Water Pollution Control Engineering
30、3.生物生物除磷原理与工艺除磷原理与工艺n生物除生物除P机理机理n生物除磷新技术生物除磷新技术n生物除磷工艺生物除磷工艺 3.1 A/O工艺工艺 3.2 Phostrip工艺工艺:生物除磷原理与工艺生物除磷原理与工艺化学除磷化学除磷是利用磷酸盐与是利用磷酸盐与Fe3+,Al3+或或Ca2+反应形成不溶性沉淀而将反应形成不溶性沉淀而将溶解性的磷去除的溶解性的磷去除的.5Ca2+3PO43 +OH=Ca5(PO4)3OH Al3+PO43=AlPO4 Fe3+PO43=FePO4 n多余的多余的Fe3+,Al3+或或Ca2+继续与水或继续与水或CO32 形成形成Fe(OH)3,Al(OH)3 或或
31、CaCO3等沉淀等沉淀.n化学法除磷效果较好化学法除磷效果较好,去除率高去除率高,磷不二次释放磷不二次释放,但形成但形成的含磷污泥较多的含磷污泥较多.Water Pollution Control Engineering生物除磷原理生物除磷原理一一.生物除生物除P机理：机理：1.1 基本过程：厌氧释放磷，好氧吸收磷基本过程：厌氧释放磷，好氧吸收磷n厌氧时厌氧时:厌氧发酵产酸菌将污水有机物转化为乙酸苷；厌氧发酵产酸菌将污水有机物转化为乙酸苷；聚聚P菌将体内菌将体内聚聚P分解分解,多余能量吸收挥发性脂肪酸转化多余能量吸收挥发性脂肪酸转化为聚为聚羟基丁酸羟基丁酸(PHB)或或PHV等等,聚聚P分解为
32、无机分解为无机P释放释放到水中到水中.n好氧时好氧时:聚聚P菌将菌将PHB分解分解,多余能量吸收水中溶解性磷多余能量吸收水中溶解性磷酸盐为酸盐为ATP并部分转化为并部分转化为聚聚P并储存在体内并储存在体内,即好氧吸即好氧吸P,好氧吸好氧吸P所吸收的所吸收的P是过多的是过多的,并非生物需要量的并非生物需要量的P.厌氧厌氧产生的产生的PHB多有利于好氧吸收磷。多有利于好氧吸收磷。n 通过排放高含通过排放高含P的剩余污泥将的剩余污泥将P从系统中除去从系统中除去.Water Pollution Control Engineeringn生生物物除除磷磷原原理理示示意意图图有机物有机物乙酸苷乙酸苷产酸菌产
33、酸菌聚磷菌聚磷菌PHB聚磷菌聚磷菌PHB厌氧环境厌氧环境好好氧氧环环境境生物除磷原理生物除磷原理Water Pollution Control Engineering生物除磷原理生物除磷原理1.2.生物影响除生物影响除P因素因素nDO：厌氧反应器应该尽可能没有电子受体厌氧反应器应该尽可能没有电子受体O2、或或NO3-,厌氧需要厌氧需要DO0,NO3-0,好氧区需要氧好氧区需要氧,但曝但曝气时间不宜过长气时间不宜过长,否则否则P可能重新释放出来可能重新释放出来.n污水性质：污水性质：BOD/TKN要大要大,容易生物降解有机物如容易生物降解有机物如低级脂肪酸低级脂肪酸对厌氧释放对厌氧释放P过程有利
34、过程有利,一些酸碱物质等一些酸碱物质等有利于厌氧释放有利于厌氧释放P.Water Pollution Control Engineering生物除磷新技术生物除磷新技术l反硝化除磷技术反硝化除磷技术是指反硝化除磷菌是指反硝化除磷菌(Denitrifying Phosphorus removal Bacteria，DPB)经厌氧释磷后，经厌氧释磷后，在缺氧条件下以硝酸盐作为吸磷的电子受体，同步实在缺氧条件下以硝酸盐作为吸磷的电子受体，同步实现脱氮和除磷现脱氮和除磷.l特点特点:缓解了反硝化和释磷对耗氧有机物缓解了反硝化和释磷对耗氧有机物(以以COD计计)的需求矛的需求矛盾盾,PHB 一碳两用一碳
35、两用;克服了硝酸盐对磷释放的不利影响克服了硝酸盐对磷释放的不利影响,硝酸盐电子手体硝酸盐电子手体,节省节省氧量氧量;反硝化菌和聚磷菌反硝化菌和聚磷菌(PAO)所需的最佳所需的最佳SRT相抵触等矛盾相抵触等矛盾.Water Pollution Control Engineering 三、生物除磷工艺三、生物除磷工艺3.1 AP/O工艺工艺nA/O工艺工艺(anaerobic/oxic)是厌氧是厌氧/好氧工艺好氧工艺,工艺简单工艺简单,水不水不内循环内循环,比较与生物脱比较与生物脱N的的A/O工艺异同工艺异同.n厌氧池厌氧池-释放释放P,有机物厌氧分解有机物厌氧分解;曝气池曝气池-吸收吸收P,去除
36、去除BOD;沉淀池沉淀池-泥水分离泥水分离.厌氧池厌氧池曝气池曝气池沉淀池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥生物除磷工艺生物除磷工艺Water Pollution Control Engineering3.2 Phostrip工艺工艺:是化学除磷与生物除磷相结合的工艺是化学除磷与生物除磷相结合的工艺,工艺流程工艺流程:生物除磷工艺生物除磷工艺Water Pollution Control Engineering厌厌氧氧池池曝气池曝气池沉淀池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥混混合合池池搅搅拌拌池池沉淀沉淀化化学学污污泥泥石灰石灰Phostrip工艺特点工
37、艺特点:n除磷效果好除磷效果好,除磷稳定除磷稳定,一般出水磷浓度达到一般出水磷浓度达到1mg/L以下以下,但是没有脱氮的功能但是没有脱氮的功能;n污泥含磷率高污泥含磷率高,可以作为肥料使用可以作为肥料使用;n工艺流程复杂工艺流程复杂,管理难度高管理难度高,需氧投加石灰需氧投加石灰,基建和运行基建和运行费用较大费用较大,生物除磷工艺生物除磷工艺Water Pollution Control Engineering4.同步生物脱氮除磷工艺同步生物脱氮除磷工艺同步生物脱同步生物脱N与除与除P工艺工艺l(1)A/A/O工艺工艺l(2)Bardenpho工艺工艺l(3)UCT工艺工艺l(4)Johann
38、esburg工艺工艺l(5)SBR工艺工艺l(6)氧化沟工艺氧化沟工艺同步脱同步脱N除除P工艺工艺Water Pollution Control Engineering同步脱同步脱N除除P工艺工艺同步生物脱同步生物脱N与除与除P 生物脱生物脱N与除与除P要求的环境条件接近，脱要求的环境条件接近，脱N是缺氧与好氧交替，除是缺氧与好氧交替，除P是厌氧与好氧交替，是厌氧与好氧交替，所以在工艺上可以实现既脱所以在工艺上可以实现既脱N又除又除P的功能。的功能。Water Pollution Control Engineering同步脱同步脱N除除P工艺工艺同步生物脱同步生物脱N除除P工艺工艺:n(1)A
39、/A/O工艺工艺,A2/O工艺工艺,厌氧厌氧/缺氧缺氧/好氧工好氧工艺艺.n特点：最简洁的同步生物脱特点：最简洁的同步生物脱N除除P工艺工艺,构筑物少构筑物少,两两个个A池需要慢速搅拌池需要慢速搅拌,不需外加碳源和碱度不需外加碳源和碱度,运行费运行费用低用低,脱脱N除除P效果不高效果不高.Water Pollution Control Engineering同步脱同步脱N除除P工艺工艺 第一第一A池池(anaerobic)-厌氧池厌氧池,释放释放P和部分有机物厌氧分解；和部分有机物厌氧分解；第二第二A池池(anoxic)-缺氧池缺氧池,生物脱生物脱N,NO3来自回流；来自回流；O池池(oxic
40、)-好氧池好氧池,有机物降解有机物降解,氨化氨化,亚硝化亚硝化,硝化硝化,吸收吸收P；沉淀池沉淀池-污泥与水分离。污泥与水分离。厌厌氧池氧池缺缺氧池氧池沉淀池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥好氧池好氧池A/A/O工艺流程图工艺流程图Water Pollution Control Engineering同步脱同步脱N除除P工艺工艺 倒置倒置A2/O工艺工艺：第一第一A池池(anaerobic)-缺氧池缺氧池,生物脱生物脱N,NO3来自回流；第二来自回流；第二A池池(anoxic)-厌氧池厌氧池,释放释放P和部分和部分有机物厌氧分解；有机物厌氧分解；O池池(oxic)-好氧池
41、功能好氧池功能；沉淀池沉淀池-功能。功能。缺缺氧池氧池厌厌氧池氧池沉淀池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥好氧池好氧池倒置倒置A2/O工艺流程图工艺流程图Water Pollution Control Engineering沉沉(2)Bardenpho工艺工艺n四级串连工艺四级串连工艺,即缺氧即缺氧/好氧好氧/缺氧缺氧/好氧工艺好氧工艺,理解为两级理解为两级串连的串连的A/O工艺工艺,第一级第一级A/O工艺设置污水回流工艺设置污水回流.n特点特点:脱脱N效果好效果好,除除P一般一般,工艺较复杂工艺较复杂,构筑物较多构筑物较多.Water Pollution Control
42、Engineering同步脱同步脱N除除P工艺工艺nBardenpho工艺流程图工艺流程图Water Pollution Control Engineering缺氧池缺氧池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥好氧池好氧池 缺氧池缺氧池 好氧池好氧池回流污水回流污水n第一缺氧池第一缺氧池-脱脱N释放释放P;第一好氧池第一好氧池-BOD降解降解,吸收吸收P,硝硝化化(程度低程度低)；第二缺氧池；第二缺氧池-脱脱N释放释放P;第二好氧池第二好氧池-吸收吸收P,硝化硝化,BOD降解。降解。同步脱同步脱N除除P工艺工艺n改进的改进的Bardenpho工艺流程图工艺流程图:n厌氧池厌氧池
43、:释放磷释放磷;第一缺氧池第一缺氧池-脱脱N释放释放P;第一好氧池第一好氧池-BOD降降解解,吸收吸收P,硝化硝化(程度低程度低)；第二缺氧池；第二缺氧池-脱脱N释放释放P;第二好氧第二好氧池池-吸收吸收P,硝化硝化,BOD降解降解,除除N2功能。功能。n强化了除磷的功能强化了除磷的功能,但构筑物多但构筑物多,工艺复杂工艺复杂.同步脱同步脱N除除P工艺工艺Water Pollution Control Engineering厌厌沉进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥好好缺缺好好回流污水回流污水缺缺同步脱同步脱N除除P工艺工艺(3)UCT工艺工艺，厌氧，厌氧/缺氧缺氧/好氧工艺。好氧
44、工艺。避免避免(AAO工艺工艺)厌氧池由于污泥回流带入的少量厌氧池由于污泥回流带入的少量NO3-给释放给释放P的影响；厌氧池的污泥减少由缺氧池回流补充的影响；厌氧池的污泥减少由缺氧池回流补充(但是回流但是回流污泥浓度不高，造成厌氧池污泥浓度不高，造成厌氧池MLSS低低).厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池沉淀池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥好氧池好氧池回流回流1 1回流回流2 2Water Pollution Control Engineering同步脱同步脱N除除P工艺工艺(4)Johannesburg工艺工艺(约翰内斯堡约翰内斯堡)n减少回流减少回流,缺氧池有足够的水力时间缺
45、氧池有足够的水力时间,厌氧池厌氧池NO3-浓度低浓度低,效率高效率高.缺氧池缺氧池1厌氧池厌氧池沉淀池沉淀池进水进水出水出水剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥好氧池好氧池缺氧池缺氧池2Water Pollution Control Engineering缺氧池缺氧池1,仅处理回流污泥，体积小仅处理回流污泥，体积小(5)SBR工艺工艺:n1.反硝化脱反硝化脱N;2.释放释放P,有机物厌氧分解有机物厌氧分解;3.有机物好氧有机物好氧分解分解,吸收吸收P,BOD降低降低,氨化氨化;4.吸收吸收P,亚硝化亚硝化,硝化硝化;5.泥水分离泥水分离n具有较高的脱具有较高的脱N除除P效率效率,运行灵活运行灵活,
46、工艺简洁工艺简洁Water Pollution Control Engineering缺氧缺氧厌氧厌氧好氧好氧好氧好氧沉淀沉淀12345进水进水出水出水排泥排泥同步脱同步脱N除除P工艺工艺n(6)氧化沟工艺氧化沟工艺:l特点特点:推流与完全混合工艺特点推流与完全混合工艺特点;DO存在浓度梯度存在浓度梯度,具有具有显著的脱氮功能显著的脱氮功能,有除磷效果有除磷效果;出水水质好出水水质好;l形式形式:Carrousel氧化沟氧化沟.Orbal氧化沟氧化沟.一体化氧化沟一体化氧化沟。同步脱同步脱N除除P工艺工艺Water Pollution Control Engineering同步脱同步脱N除除P
47、工艺工艺同步生物脱同步生物脱N除除P工艺存在问题：工艺存在问题：n生物脱生物脱N要求低的污泥负荷要求低的污泥负荷,长的泥龄长的泥龄,而生物除而生物除P要求高要求高的负荷的负荷,较低的较低的泥龄泥龄.n为了脱为了脱N效果效果,要充分曝气以完成硝化过程要充分曝气以完成硝化过程,会对吸收会对吸收P产产生不利影响生不利影响,生物脱生物脱N必须的必须的NO3对生物除对生物除P的过程有抑制的过程有抑制作用作用,解决此问题则工艺复杂解决此问题则工艺复杂.n同步生物脱同步生物脱N除除P在在沉淀池前为好氧池沉淀池前为好氧池,有部分有部分NO3不能不能去除去除,只能依靠加大回流来提高脱只能依靠加大回流来提高脱N效
48、率效率,动力消耗大动力消耗大.n系统抗冲击负荷能力低系统抗冲击负荷能力低.Water Pollution Control EngineeringN,P处理主要问题处理主要问题l1.传统工艺要传统工艺要同时同时获得高的获得高的N,P去除率有困难去除率有困难,N P 同时同时高的污水需采取其他措施高的污水需采取其他措施;需要双污泥系统需要双污泥系统,工艺过分复杂工艺过分复杂.l2.出水出水TP和和TN超标与超标与污泥沉降污泥沉降不完全有很大关系不完全有很大关系(BOD5也是也是),改善沉降性能或外加过滤措施改善沉降性能或外加过滤措施;l3.与进水的与进水的TN和和TP相比相比,传统工艺的传统工艺的
49、碳源碳源相对不足相对不足,工艺工艺需要改进和完善需要改进和完善.Water Pollution Control Engineering5.脱氮除磷工艺设计脱氮除磷工艺设计脱脱N除除P工艺设计与计算工艺设计与计算l1.生物脱氮设计计算生物脱氮设计计算 1.1 水质要求水质要求 1.2 脱氮设计计算脱氮设计计算 1.3 设计举例设计举例l2.生物除磷设计计算生物除磷设计计算脱脱N除除P工艺计算工艺计算Water Pollution Control Engineering脱脱N除除P工艺设计与计算：工艺设计与计算：1.生物脱氮设计计算生物脱氮设计计算确定污水水质参数；确定污水水质参数；根据污水性质选
50、择合适的脱根据污水性质选择合适的脱N除除P工艺；工艺；计算各反应器容积和水力停留时间；计算各反应器容积和水力停留时间；计算需要氧的量；计算需要氧的量；计算碱度。计算碱度。Water Pollution Control Engineering脱脱N除除P工艺计算工艺计算n1.1水质要求水质要求:l1.脱氮时，污水中的五日生化需氧量与总凯氏氮之比脱氮时，污水中的五日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于宜大于4；l2.除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大于于17；l3.同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求；同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求；l
