水污染控制工程課件教學作者孫體昌婁金生第20章生物脫氮除磷

第20章

生物脫氮除磷2/5/20231第20章生物脫氮除磷普通活性污泥法主要是以去除污水中可降解有機物和懸浮物為目的，氮、磷的去除量僅僅是微生物細胞合成過程中從污水中所攝取的量，因此去除率低，氮為20%~40%，磷僅為5%~20%。要求的提高，對污水處理廠出水的氮、磷有越來越嚴格的控制要求。污水中氮、磷的處理方法有物化法和生物法兩種。其中生物法脫氮除磷的效率高、成本低。根據(jù)生物脫氮除磷的微生物學原理，脫氮需要有缺氧條件下的反硝化反應，除磷需要有厭氧條件下聚磷菌對磷的釋放。本章將介紹一些較為成熟的生物脫氮除磷工藝。2/5/20232第20章生物脫氮除磷20.1生物脫氮20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝20.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

20.2.2A2/O生物除磷工藝20.2.3A2/O生物除磷過程影響因素20.3A2/O生物脫氮除磷

20.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝20.3.2A2/O生物脫氮除磷原理20.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素2/5/20233第20章生物脫氮除磷20.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝20.4.2A-B生物脫氮除磷機理20.5SBR生物脫氮除磷

20.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序

20.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素20.6氧化溝生物脫氮除磷20.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝20.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序20.7工程案例2/5/2023420.1生物脫氮

20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理氮在水中以有機氮和無機氮兩種形態(tài)存在，有機氮如尿素、氨基酸、蛋白質(zhì)，無機氮如氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮等。污水中有機氮的去除要經(jīng)歷氨化、硝化和反硝化過程，最終生成氮氣從水中逸出進入大氣而除去。1．氨化反應有機氮在好氧狀態(tài)下被氨化細菌轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。例如，氨基酸的氨化反應為：

2/5/202352．硝化反應在好氧狀態(tài)下，嚴格好氧的硝化細菌將氨態(tài)氮氧化為硝酸鹽氮。反應為：1gNH4+-N完全硝化需氧4.57g，此即硝化需氧量（NOD）。同時，硝化反應使pH值下降，1gNH4+-N完全硝化消耗7.1g堿度（以CaCO3計）。為保持硝化反應適宜的pH值，污水中應有足夠的堿度。2/5/202363．反硝化反應反硝化菌在DO濃度很低的環(huán)境中，以有機物作為碳源及電子供體，以硝酸根作為電子受體，將硝酸鹽還原為氮氣。如以甲醇為電子供體時，反應式如下：可見，還原1g硝態(tài)氮產(chǎn)生3.57g堿度。另外，反硝化要順利進行，必須要有足夠的電子供體。硝化、反硝化反應中氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化見表20-1和20-2。2/5/20237表20-1硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化氮的氧化還原態(tài)–III氨離子NH4+–II–I羥胺NH2OH0+I硝酰基NOH+II+III亞硝酸根NO2-+IV+V硝酸根NO3-氮的氧化還原態(tài)–III氨離子NH4+–II–I羥胺NH2OH0N2+I硝?；鵑OH+II+III亞硝酸根NO2-+IV+V硝酸根NO3-表20-2反硝化反應中氮的轉(zhuǎn)化2/5/2023820.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝傳統(tǒng)的脫氮工藝就是嚴格按照先氨化和硝化，再進行反硝化脫氮的順序來進行，工藝流程長，管理復雜，運行費用高。為克服傳統(tǒng)的生物脫氮工藝的缺點，根據(jù)生物脫氮原理，在20世紀80年代初開創(chuàng)了缺氧-好氧生物脫氮工藝，俗稱A1/O工藝（Anoxic-Oxic的縮寫，加上下標1，以便于和后面的Anaerobic-Oxic工藝區(qū)別開來），工藝流程如圖20-1所示。2/5/20239圖20-1缺氧-好氧活性污泥脫氮工藝A1/O工藝將反硝化池放在好氧池之前，故又稱前置反硝化脫氮。2/5/202310在好氧池中，主要進行有機物的氧化、有機氮的氨化和氨氮的硝化，硝化液大部分回流至反硝化池，稱為硝化液內(nèi)回流。在缺氧池中，反硝化細菌利用污水中的有機物為碳源，回流混合液中的NOX--N作為電子受體，將硝態(tài)氮還原為氮氣，從而達到脫氮的目的。反硝化池殘留的有機物可在好氧硝化池中進一步去除，同時阻止反硝化的進一步進行，防止在二沉池中繼續(xù)反硝化導致污泥上浮。如果缺氧池和好氧池合建在一個池體中，則二者通過隔板隔開，反硝化后的污水通過底部穿孔流入好氧池，即為合建式A1/O工藝，該工藝便于對現(xiàn)有的不具有脫氮功能的推流式曝氣池進行改造。缺氧池和好氧池也可以分開為兩個單獨的池體，即為分建式A1/O工藝。2/5/202311前置反硝化脫氮的優(yōu)點：①能同時去除有機物和氮，流程簡單，構(gòu)筑物少，基建費用省；②反硝化池不需外加碳源；③好氧池在缺氧池后，可使反硝化殘留的有機物得到進一步去除；④污水中的有機物在缺氧池被反硝化菌所利用，減輕了好氧池的有機物負荷，同時，缺氧池反硝化產(chǎn)生的堿度可補償好氧池硝化所需堿度的一半，對含氮濃度不高的廢水，不必另行投堿調(diào)節(jié)pH值。缺點：①脫氮效率不高，一般只能達到70%～80%，如需進一步提高脫氮效率則要加大回流比，從而增加運行費用；②好氧池出水含有一定濃度的硝酸鹽，如二沉池運行不當時，則會發(fā)生反硝化反應，造成污泥上浮，使處理水水質(zhì)惡化。2/5/20231220.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素1．水力停留時間要使脫氮效率達到70%～80%，硝化反應的HRT不應小于6h，而反硝化反應的HRT在2h之內(nèi)即可。2．進入硝化池的有機物濃度硝化細菌是一種化能自養(yǎng)菌，為了充分硝化，進入硝化好氧池中BOD5應小于80mg/L，否則異養(yǎng)菌迅速繁殖而占優(yōu)勢，硝化細菌不易成為優(yōu)勢菌種，不利于硝化反應的進行。2/5/2023133．溶解氧硝化池中的DO值應控制在2.0mg/L左右，以滿足生化需氧量和硝化需氧量的要求。缺氧池DO應小于0.5mg/L，一般為0.2~0.3mg/L。如果DO較高，反硝化菌就會利用分子氧進行呼吸，使氧成為電子受體，阻礙NO3--N成為電子受體，從而使N難以還原成N2。但是反硝化菌體內(nèi)的某些酶需要在有氧條件下合成，所以DO不能太低。因此，反硝化菌需要在缺氧、好氧交替的環(huán)境中生活。4．缺氧池中溶解性BOD5/NO3--N的比值缺氧池中溶解性BOD5與NO3--N的比值應大于4，以保證反硝化過程中有充足的碳源。2/5/2023145．混合液回流比RN

混合液回流比RN越大，脫氮效率越高。脫氮效率N與RN存在如下函數(shù)關(guān)系：

例如，當RN為200%時，N約為67%；當RN為300%時，N約為75%。但是，RN越大，動力消耗越大，運行費用越高。因此，需要權(quán)衡二者，選擇合適的內(nèi)回流比，一般選擇200%~500%。這就是該工藝脫氮效率不可能很高的原因。6．污泥濃度

MLSS一般應大于3000mg/L，否則脫氮效率明顯降低。2/5/2023157．污泥齡硝化細菌的世代時間長，20℃時，硝化菌的平均世代時間約為3.3d。為保證硝化池內(nèi)有足夠的硝化細菌，污泥齡應至少為硝化菌世代時間的3倍，否則硝化菌不能得到大量繁殖，導致硝化不徹底。例如冬季水溫為10℃，硝化菌的世代時間為10d，則設(shè)計污泥齡應為30d。硝化菌的世代時間與污水溫度關(guān)系密切，如表20-3。表20-3硝化菌的世代時間與污水溫度的關(guān)系污水溫度/℃5101520硝化菌世代時間/d181053.52/5/2023168．溫度硝化反應最適溫度為20～30℃，在15℃以下，硝化速度明顯下降，5℃時則完全停止。反硝化反應最適溫度為20～40℃，低于15℃時，反硝化菌的增殖速率和代謝速率隨之降低。因此，在低溫季節(jié)，應提高污泥齡、降低負荷率、延長水力停留時間等措施來保持脫氮率。9．pH值硝化菌對pH的變化十分敏感，最佳pH為8.0～8.4。反硝化反應最適宜的pH為6.5～7.5，此時反硝化速率最高，當大于8或低于6時，則反硝化速率大為下降。2/5/20231710．污泥負荷率

影響硝化反應的主要因素是硝化菌的存在和活性。自養(yǎng)型硝化菌的最小比增殖速率為0.21d-1，而異養(yǎng)型好氧菌的最小比增殖速率為1.2d-1，前者比后者的比增殖速率小得多。要使硝化菌存活并占優(yōu)勢，則要求污泥齡較長，對此，要加大曝氣池容積或增加MLSS的濃度，以降低有機負荷。

研究證明，污泥負荷率應小于0.18kgBOD5/(kgMLSS?d）。另外，污泥的總氮負荷率應在0.05kgTN/(kgMLSS?d)以下。11．原污水總氮濃度原污水TN應小于30mg/L，過高濃度的氨氮會抑制硝化菌的生長，脫氮率大為下降。2/5/20231820.2.2A2/O生物除磷工藝20.2.3A2/O生物除磷過程影響因素20.3A2/O生物脫氮除磷

20.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝20.3.2A2/O生物脫氮除磷原理20.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素第20章生物脫氮除磷20.1生物脫氮20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝20.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

2/5/202319第20章生物脫氮除磷20.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝20.4.2A-B生物脫氮除磷機理20.5SBR生物脫氮除磷

20.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序

20.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素20.6氧化溝生物脫氮除磷20.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝20.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序20.7工程案例2/5/20232020.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

廢水生物除磷主要依靠聚磷菌來完成，聚磷菌能在厭氧-好氧交替的過程中大量繁殖，成為優(yōu)勢菌種。在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細菌將溶解性的BOD通過水解發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化為低分子易生物降解的揮發(fā)性有機酸（VFA），聚磷菌大量吸收這些有機酸并將其同化成細胞內(nèi)碳源貯存物聚β羥基丁酸（PHB），所需的能量來自細菌聚磷細胞的水解以及細胞內(nèi)糖的降解，這一過程導致了磷酸鹽釋放。該階段反應簡化式為：

2C2H4O2+(HPO3)(聚磷)+H2O→

(C2H4O2)2(儲存的有機物)+PO43-+3H+2/5/202321在好氧池中，聚磷菌的活性得到恢復，從污水中大量吸收磷，其數(shù)量遠遠超過細胞合成所需的磷量，磷以聚合磷酸鹽（Ploy-P）的形式貯藏在菌體內(nèi)而形成高磷污泥，通過剩余污泥排出，從而達到除磷效果。磷的吸收和聚磷鹽的合成所需的能量來源于PHB的氧化代謝。從而，在整個生物除磷過程中表現(xiàn)為PHB的合成與分解。聚磷菌在這個過程中吸收了其它微生物可利用的有機質(zhì)，從而容易成為優(yōu)勢菌種。該階段反應簡化式為：C2H4O2(有機物)+0.16NH4++1.2O2+0.2PO43-→0.16C5H7NO2+1.2CO2+0.2(HPO3)(聚磷)+0.44OH－+1.44H2O2/5/202322圖20-2生物除磷過程中聚磷菌對磷酸鹽的吸收和釋放過程示意圖a)厭氧，無溶解氧或硝酸鹽存在時b)好氧，有溶解氧或硝酸鹽存在時2/5/20232320.2.2A2/O生物除磷工藝A2/O（Anaerobic-Oxic的縮寫）生物除磷工藝由前段厭氧池和后段好氧池串聯(lián)組成，如圖20-3所示。圖20-3厭氧-好氧生物除磷工藝進水污泥回流剩余污泥沉淀池出水好氧池厭氧池2/5/202324經(jīng)過預處理的污水和回流污泥進入?yún)捬醭兀⒔柚峦七M式攪拌器的作用使其混合。回流污泥中的聚磷菌在厭氧池吸收有機物，同時釋放出大量磷?；旌弦弘S后流入后段好氧池，污水中的有機物得到氧化分解，同時聚磷菌將變本加厲地、超量地攝取污水中的磷，通過排放剩余高磷污泥而使污水中的磷得到有效去除。如果聚磷菌在厭氧池釋磷充分，在好氧池運行狀況良好的情況下，剩余污泥中磷的含量可達到2.5％以上。需要注意的是，沉淀池應及時排泥和污泥回流，否則聚磷菌在厭氧狀態(tài)下容易產(chǎn)生磷的釋放，降低除磷效率。整個工藝BOD5的去除率大致與一般活性污泥法相同，而磷的去除率為70%～80%，處理后出水磷的濃度一般小于1.0mg/L。2/5/202325從污水中去除的磷總量等于排放剩余污泥所帶出的磷量，即：

Q(c0－c1)=qC2A式中，c0、c1分別是進、出水中磷的質(zhì)量濃度，g/m3；

Q是處理水量，m3/d；q是剩余污泥量，m3/d；

C2為剩余污泥的固體質(zhì)量濃度，g/m3；

A為干污泥中磷的百分含量。A2/O生化反應池總有效容積按污泥負荷來計算，好氧段需氧量以及曝氣系統(tǒng)的設(shè)計和普通活性污泥法相似。參數(shù)的選取可參考“城市污水生物脫氮除磷處理設(shè)計規(guī)程”（CECS149：2003）和相關(guān)設(shè)計手冊。2/5/202326A2/O生物除磷工藝的主要特點如下：①工藝流程簡單，基建費用和運行費用較低；②在反應池內(nèi)水力停留時間較短，一般為3～6h，其中厭氧池1～2h，好氧池2～4h；③剩余污泥含磷率高，一般2.5％～4％，故污泥肥效好；④厭氧池在前、好氧池在后，有利于抑制絲狀菌的生長，混合液的SVI一般小于100，不易發(fā)生污泥膨脹。2/5/20232720.2.3A2/O生物除磷過程影響因素1．DO的影響要達到較好的除磷效果，厭氧池DO要小于0.2mg/L，硝態(tài)氮濃度接近于零。而在好氧池，DO一般應大于2mg/L，以保持好氧狀態(tài)，維持微生物菌體對有機物的好氧生物降解。2．進水中BOD5/TP比值聚磷菌對磷的釋放和攝取，在很大程度上取決于起誘導作用的有機物，所以污水中BOD5/TP宜大于17。否則，除磷效果將大大下降。2/5/2023283．NOx–-N的影響硝態(tài)氮存在時，反硝化反應會優(yōu)先消耗易降解有機物，從而抑制聚磷菌對磷的釋放，從而影響聚磷菌在好氧條件下對磷的吸收。一般來說，污水中NOx–-N小于2mg/L時，不會影響除磷效果。4．污泥齡

A2/O除磷工藝是通過排除高磷剩余污泥而去除磷的，所以除磷效果與排放的剩余污泥量多少直接相關(guān)。通常，污泥齡短時，產(chǎn)生的剩余污泥量較多，可取得較高的除磷效果，反之亦然。一般來說，A2/O工藝的污泥齡以5～10d為宜，污泥回流比一般為50％～100％。2/5/2023295．污泥負荷Ns

較高的污泥負荷可取得較好的除磷效果，Ns一般應大于0.10kgBOD5/(kgMLSS?d)，否則除磷效果將急劇下降。6．溫度與pH值在5～30℃的范圍內(nèi)，除磷效果較穩(wěn)定，在13～30℃時，聚磷菌的釋放磷和攝取磷與溫度關(guān)系不大pH值在6～8之間時，聚磷菌對磷的釋放和攝取都比較穩(wěn)定。2/5/20233020.1生物脫氮20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝20.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

20.2.2A2/O生物除磷工藝20.2.3A2/O生物除磷過程影響因素20.3A2/O生物脫氮除磷

20.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝20.3.2A2/O生物脫氮除磷原理20.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素第20章生物脫氮除磷2/5/20233120.3A2/O生物脫氮除磷A2/O是Anaerobic-Anoxic-Oxic的縮寫，是厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱。該工藝在厭氧-好氧（A2/O）生物除磷工藝中間加了一個缺氧池，將好氧池流出的混合液部分回流至缺氧池前端，進行反硝化脫氮，使A2/O工藝同時具有去除BOD5、SS、N、P的功能。2/5/20233220.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝A2/O生物脫氮除磷工藝流程如20-4所示。同A1/O生物脫氮工藝一樣，設(shè)有硝化液內(nèi)回流系統(tǒng)。生物反應池總的HRT一般為6~8h，三段HRT比例為：厭氧:缺氧:好氧為1:1:（3~4）。圖20-4A2/O生物脫氮除磷工藝流程2/5/20233320.3.2A2/O生物脫氮除磷原理污水經(jīng)過預處理和一級處理后進入A2/O生物反應池。在厭氧池主要是進行磷的釋放，污水中磷的濃度升高，溶解性有機物被聚磷菌大量吸收而使污水中BOD5濃度下降；另外氨氮因細胞的合成而被去除一部分，使污水中氨氮濃度下降，但硝酸氮含量沒有變化。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有機物作碳源，將回流混合液帶入的硝酸氮和亞硝酸氮還原為N2，因此BOD5濃度繼續(xù)下降，硝酸氮濃度大幅度下降，而磷的變化很小。2/5/202334在好氧池中，有機物生化降解，BOD5濃度繼續(xù)下降；有機氮被氨化繼而被硝化，使氨氮濃度顯著下降，硝酸氮的濃度增加，而磷隨著聚磷菌的過量攝取，也以較快的速率下降。各主要污染物BOD、氨氮、硝酸氮、總磷在三個生物反應池中濃度的變化如圖20-5所示。從A2/O工藝脫氮除磷的原理可以看出，厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，使該工藝能同時具有去除有機物、脫氮和除磷的功能，而且污泥中磷含量高，一般為2.5%以上；由于厭氧－缺氧－好氧交替運行，絲狀菌不會大量繁殖，SVI一般小于100，有效抑制了污泥絲狀膨脹。2/5/202335圖20-5A2/O工藝主要污染物變化曲線圖2/5/20233620.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素在同時生物脫氮除磷的過程中，脫氮與除磷存在諸多矛盾，要達到較好的脫氮除磷效果需要盡量克服這一矛盾。1．污水中可生物降解有機物對脫氮除磷的影響污水中可快速生物降解的溶解性有機物對氮磷的去除效果影響很大。如果污水中能快速生物降解性有機物少，厭氧段聚磷菌則無法正常進行磷的釋放，導致好氧段也不能更多地吸收磷。2/5/202337在缺氧段，當污水中C/N比高時，反硝化速率就大，缺氧段的HRT為0.5~1.0h即可；如果C/N比較低，則缺氧段需要較長的水力停留時間；對于低BOD5濃度的城市污水，脫氮效率不高。研究證明，厭氧段進水的溶解性磷與溶解性BOD5之比應小于0.06，才會有較好的除磷效果；污水中COD/TKN大于8時，氮的總?cè)コ史侥苓_80%以上。對于低濃度的城市污水，采用A2/O工藝時要考慮取消初沉池，使原污水經(jīng)沉砂池后直接進入?yún)捬醵?，以便保持較高的C/N比與C/P比，有利于脫氮除磷。2/5/2023382．污泥齡的影響

A2/O工藝系統(tǒng)的污泥齡（SRT）受兩方面影響，一方面硝化菌世代時間長，要保證一定的脫氮效率需要較長的污泥齡，SRT比普通活性污泥法的污泥齡要長一些；另一方面，由于除磷主要是通過剩余污泥排除系統(tǒng)，要求A2/O工藝中SRT又不宜過長。權(quán)衡兩個方面，A2/O工藝中的SRT一般為15~20d，與法國研究得出的SRT公式相符，該公式為：

式中，KNTE為出水中凱氏氮濃度，mg/L；為污水溫度，℃。2/5/2023393．DO的影響在好氧段，DO升高，氨氮硝化速度會隨之增加，但DO大于2mg/L后其增長趨勢減緩。因此DO并非越高越好，因為如果好氧段DO過高，則DO會隨污泥回流和混合液回流進入?yún)捬醵闻c缺氧段，影響厭氧段聚磷菌的釋放和缺氧段的反硝化反應。所以好氧段的DO應為2mg/L左右，太高太低都不利。對于厭氧段和缺氧段，則DO越低越好，但由于回流和進水的影響，很難達到很低的水平，但應保證厭氧段DO小于0.2mg/L，缺氧段DO小于0.5mg/L。在實際操作中可以采取一系列的措施，如原污水和回流污泥進入?yún)捬醵魏腿毖醵螒獮檠蜎]入流，以減少復氧。用潛污泵代替螺旋泵提升污泥回流以減少提升過程中的復氧。又如水下攪拌器功率不能過大（一般為3W/m3即可），否則會產(chǎn)生渦流，導致混合液DO升高，影響脫氮除磷的效果。2/5/202340

4．污泥負荷（Ls）的影響如A1/O工藝中所述，在好氧硝化池，Ns應在0.18kgBOD5/(kgMLSS?d）以下，否則異養(yǎng)菌數(shù)量會大大超過硝化菌，使硝化反應受到抑制。而在厭氧池Ns應大于0.10kgBOD5/（kgMLSS?d），否則除磷效果將急劇下降。所以，A2/O工藝污泥負荷率Ns的范圍狹小。5．污泥回流比和混合液回流比的影響同A1/O工藝一樣，回流比大，則脫氮效率高，但動力費用增大，反之亦然。實踐證明A2/O工藝適宜的混合液回流比一般為200%，污泥回流比一般為60%~100%。如果太高，污泥將DO和硝態(tài)氧帶入?yún)捬醭靥啵绊懫鋮捬鯛顟B(tài)，對磷的釋放不利；如果太低，則維持不了正常的反應池內(nèi)污泥濃度2500~3500mg/L，影響生化反應速率。2/5/2023415．污泥回流比和混合液回流比的影響同A1/O工藝一樣，回流比大，則脫氮效率高，但動力費用增大，反之亦然。實踐證明A2/O工藝適宜的混合液回流比一般為200%，污泥回流比一般為60%~100%。如果太高，污泥將DO和硝態(tài)氧帶入?yún)捬醭靥?，影響其厭氧狀態(tài)，對磷的釋放不利；如果太低，則維持不了正常的反應池內(nèi)污泥濃度2500~3500mg/L，影響生化反應速率。A2/O工藝很難同時取得好的脫氮除磷的效果，當脫氮效果好時，除磷效果則較差，反之亦然。硝化作用需要在較低的污泥負荷下進行，為了使系統(tǒng)維持在較低的污泥負荷下運行，以確保硝化過程的完成，則要求采用較大的回流比（一般為60%~100%，最低也應在40%以上），這樣系統(tǒng)硝化作用良好；但由于回流污泥也將大量硝酸鹽帶回厭氧池，干擾磷的厭氧釋放，所以使除磷效果變差，而脫氮效果較好。2/5/202342反之，如果好氧段硝化作用不好，則隨回流污泥進入?yún)捬醵蔚南跛猁}減少，改善了厭氧段的厭氧環(huán)境，使磷能充分地厭氧釋放，提高了除磷的效果，但由于硝化不完全，故脫氮效果不佳。因此，可以將回流污泥分兩點加入，在保證總的污泥回流比的情況下，一般加到厭氧段的污泥回流比為10%，即可滿足除磷的需要，而其余的回流污泥則回流到缺氧段以保證脫氮的需要。這樣，既可以同時減少加入到厭氧段的回流污泥量，又可以減少進入到厭氧段的硝酸鹽和溶解氧。2/5/202343如前所述，A2/O工藝系統(tǒng)中剩余污泥含磷量高、沉淀性能較好，但在污泥厭氧消化過程中磷會重新釋放和溶出，因此可取消消化池，直接經(jīng)濃縮壓濾處理。沉淀池停留時間也不宜過長，要防止發(fā)生厭氧、缺氧狀態(tài)，避免聚磷菌釋放磷而降低除磷效果和反硝化產(chǎn)生N2而干擾沉淀。由于A2/O工藝在去除污水中有機碳污染（BOD污染）的同時，還能有效地去除污水中氮和磷污染物，因此必然會有很好的發(fā)展應用前景。2/5/20234420.2.2A2/O生物除磷工藝20.2.3A2/O生物除磷過程影響因素20.3A2/O生物脫氮除磷

20.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝20.3.2A2/O生物脫氮除磷原理20.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素20.1生物脫氮20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝20.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

第20章生物脫氮除磷2/5/202345第20章生物脫氮除磷20.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝20.4.2A-B生物脫氮除磷機理20.5SBR生物脫氮除磷

20.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序

20.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素20.6氧化溝生物脫氮除磷20.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝20.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序20.7工程案例2/5/20234620.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝

A-B工藝不設(shè)初沉池，由污泥負荷率很高的A段和污泥負荷率較低的B段二級活性污泥系統(tǒng)串聯(lián)組成，并分別有獨立的污泥回流系統(tǒng)。為強化A-B工藝的脫氮除磷功能，可把B段設(shè)計成生物脫氮除磷工藝。若要求以脫氮為重點，則B段采用A1/O工藝，此時AB工藝就成為A+A1/O工藝；若以除磷為重點，則B段采用A2/O（厭氧-好氧）工藝，此時AB工藝為A+A2/O工藝。如果氮和磷均需高效去除，則B段采用A2/O（厭氧-缺氧-好氧）工藝，此時A-B工藝為A+A2/O工藝。具有脫氮除磷功能的A-B工藝流程如圖20-6所示。2/5/202347圖20-6A-B脫氮除磷工藝流程（A+A2/O）2/5/202348

20.4.2A-B生物脫氮除磷機理在A段，污水中的有機污染物的去除以污泥的絮凝吸附作用為主，約占BOD5去除量的2/3，以生物降解為輔。一般A段SS的去除率為60%~80%，BOD5的去除率為40%~70%。對于進水濃度較高的污水，由于A段出水BOD5大為降低，從而大大減輕了B段污泥的有機負荷，一般B段負荷只為總負荷的30%~60%，這為自養(yǎng)型硝化細菌的硝化作用創(chuàng)造了適宜條件。B段脫氮、除磷的機理與本章前三節(jié)已述及的原理相同。2/5/20234920.2.2A2/O生物除磷工藝20.2.3A2/O生物除磷過程影響因素20.3A2/O生物脫氮除磷

20.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝20.3.2A2/O生物脫氮除磷原理20.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素20.1生物脫氮20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝20.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

第20章生物脫氮除磷2/5/202350第20章生物脫氮除磷20.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝20.4.2A-B生物脫氮除磷機理20.5SBR生物脫氮除磷

20.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序

20.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素20.6氧化溝生物脫氮除磷20.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝20.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序20.7工程案例2/5/20235120.5SBR生物脫氮除磷SBR工藝去除污染物的機理與傳統(tǒng)活性污泥工藝相同，只是運行方式不同，SBR工藝采用間歇運行方式，不設(shè)置二沉池和污泥回流系統(tǒng)。初沉池出水流入曝氣池，曝氣池按時間順序進行進水、反應（曝氣）、沉淀、出水、排泥或待機等5個基本運行程序。2/5/20235220.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序SBR工藝可通過適當改變運行工序來實現(xiàn)脫氮除磷的功能。1．SBR脫氮運行工序運行工序如圖20-7如示。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ工序與SBR典型運行工序相同，增加了停曝攪拌工序（階段Ⅲ），此時停止曝氣，潛水攪拌機對混合液進行攪拌混合，進行反硝化脫氮。2/5/202353Ⅰ污水流入工序Ⅱ曝氣反應工序Ⅲ停曝攪拌工序（有機物降解、氨氮硝化）（反硝化脫氮）圖20-7SBR脫氮運行工序Ⅳ沉淀工序Ⅴ排水工序Ⅵ排泥工序2/5/2023542．SBR除磷運行工序運行工序如圖20-8所示。在階段Ⅰ污水流入時，開啟潛水攪拌設(shè)備，以保持厭氧狀態(tài)（DO＜0.2mg/L），污水與前一周期留在池內(nèi)的污泥充分混合，聚磷菌釋放磷；階段Ⅱ混合液DO保持在2.0mg/L以上，此時，有機物生化降解，聚磷菌過量攝磷。在這一階段曝氣時間不宜過長，否則，硝化產(chǎn)生的NO3－-N會干擾階段I中磷的釋放；在階段Ⅲ，沉淀與排泥同步進行，以防止磷的二次釋放。一個運行周期一般在8h左右時，其除磷效率可達90%以上。2/5/202355Ⅰ污水流入工序Ⅱ曝氣反應工序Ⅲ停曝工序（聚磷菌放磷）（有機物降解、聚磷菌攝磷）圖20-8SBR除磷運行工序Ⅳ排水待機工序2/5/2023563．SBR脫氮除磷運行工序

SBR脫氮除磷運行工序如圖20-9如示，該工序能同時去除污水中有機污染物、脫氮和去除磷。階段Ⅰ的狀態(tài)和功能與SBR除磷運行工序相同；階段Ⅱ進行有機物生物降解、氨氮硝化和聚磷菌好氧攝磷，一般曝氣時間應大于4h，以保證充分硝化；Ⅲ階段生化反應池處于缺氧狀態(tài)，進行反硝化脫氮，該階段一般歷時在2h以上；Ⅳ階段沉淀排泥，該階段先進行泥水分離，然后排放剩余高磷污泥。一個運行周期一般為10~14h。2/5/202357Ⅰ污水流入工序Ⅱ曝氣反應工序Ⅲ停曝工序（聚磷菌放磷）（有機物降解、硝化、攝磷）（反硝化脫氮）圖20-9SBR脫氮除磷運行工序Ⅳ沉淀排泥工序Ⅴ排水工序待機工序2/5/20235820.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素影響SBR工藝脫氮除磷效率的主要因素有以下三個方面：1．易生物降解的有機物濃度污水中易生物降解的有機物濃度越大，則除磷率越高，通常以BOD5/TP（總磷）的比值來作為評價指標，一般認為BOD5/TP＞20，則磷的去除效果較穩(wěn)定。有人通過實驗得出不同BOD5/TP時的除磷和降解有機物的效果，見表20-4。表20-4不同BOD5/TP下的有機物和磷的去除效果BOD5/PO43－28.2:813.8:15:1有機物去除率/%92.1189.0891.64磷去除率/%97.2270.057.362/5/2023592．NO3--N濃度

在脫氮除磷運行工序的階段Ⅰ，厭氧混合液中的NO3－-N主要來自反硝化作用不完全而殘留在污泥中的NO3--N。NO3--N的反硝化會優(yōu)先消耗部分易生物降解有機物，如果厭氧混合液中NO3--N濃度大于1.5mg/L時，會使聚磷菌釋放時間滯后，磷釋放不充分，最終導致好氧狀態(tài)下聚磷菌攝取磷的能力下降。所以，應盡量降低池內(nèi)殘留的NO3--N濃度，這主要靠停曝反硝化工序。如果反硝化徹底，殘留的NO3--N量減少，就能同時提高氮和磷的去除率。2/5/2023603．運行時間和DO

運行時間和DO是SBR取得良好脫氮除磷效果的兩個重要參數(shù)。進水工序中DO應滿足釋磷要求，當釋磷速率為9~10mg/(gMLSS?d)時，水力停留時間大于1h，則聚磷菌能充分釋放磷。一般情況下，城市污水經(jīng)2h厭氧釋磷，足夠達到磷的有效釋放。如果污水中BOD5/TP偏低時，則應適當延長厭氧時間。在好氧曝氣工序，DO應控制在2.5mg/L以上，以滿足BOD降解，硝化需氧以及聚磷菌攝磷過程的高氧環(huán)境，曝氣時間以4.0h左右為宜。由于聚磷菌的好氧攝磷速率低于硝化速率，因此，以攝磷來考慮曝氣時間比較合適，但不宜過長，否則聚磷菌會因內(nèi)源呼吸而自溶，導致磷的釋放。沉淀、排放工序時間以2h左右為適宜，當時間過長，DO低于0.5mg/L時，則會造成磷的二次釋放，影響除磷效果。2/5/20236120.2.2A2/O生物除磷工藝20.2.3A2/O生物除磷過程影響因素20.3A2/O生物脫氮除磷

20.3.1A2/O生物脫氮除磷工藝20.3.2A2/O生物脫氮除磷原理20.3.3A2/O生物脫氮除磷過程影響因素20.1生物脫氮20.1.1缺氧-好氧生物脫氮原理20.1.2缺氧-好氧生物脫氮工藝20.1.3A1/O生物脫氮過程影響因素20.2生物除磷

20.2.1生物除磷原理

第20章生物脫氮除磷2/5/20236220.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素20.6氧化溝生物脫氮除磷20.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝20.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序20.7工程案例20.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝20.4.2A-B生物脫氮除磷機理20.5SBR生物脫氮除磷

20.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序

第20章生物脫氮除磷2/5/20236320.6氧化溝生物脫氮除磷氧化溝屬于活性污泥法的一種變形，20世紀50年代由荷蘭的帕斯維爾（Pasveer）開發(fā)。氧化溝運行成本低、構(gòu)造簡單、易于維護管理、出水水質(zhì)穩(wěn)定，并可以進行脫氮除磷，因此日益受到人們重視并逐步得到廣泛應用。通過控制曝氣設(shè)備的供氧量，氧化溝出現(xiàn)好氧區(qū)、缺氧區(qū)、厭氧區(qū)，使其具有脫氮除磷功能。2/5/202364氧化溝按運行方式分為連續(xù)工作式、交替工作式和半交替工作式等。連續(xù)式氧化溝進出水流向不變，氧化溝只作曝氣池使用，系統(tǒng)設(shè)有二沉池，常見的有卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝和帕斯維爾氧化溝。交替工作式氧化溝不單獨設(shè)二沉淀，在不同時段，氧化溝的一部分交替作為沉淀池，如三溝式氧化溝（T型氧化溝）。半交替工作氧化溝系統(tǒng)設(shè)有二沉池，能連續(xù)進出水。同時，可根據(jù)要求，氧化溝又可分段處于不同的工作狀態(tài)，具有交替工作運行的特點，特別利于脫氮，常見的如DE型氧化溝。近年來，三溝式氧化溝和DE型氧化溝脫氮除磷工藝得到了廣泛的應用。2/5/20236520.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝三溝式氧化溝由丹麥Kruger公司創(chuàng)建，其結(jié)構(gòu)如圖20-10所示，它由三條同容積的溝槽相互連通串聯(lián)組成。氧化溝水深在3.5m左右，一般采用水平軸轉(zhuǎn)刷曝氣。兩側(cè)溝槽的轉(zhuǎn)刷間歇運行，使污水交替處于好氧和缺氧狀態(tài)，并交替作為曝氣池和沉淀池，中間溝槽的轉(zhuǎn)刷是連續(xù)運行，一直為曝氣池。污水交替地進入兩側(cè)的溝槽，處理出水則相應地從作為沉淀池的另一側(cè)溝槽流出，曝氣和沉淀在兩側(cè)溝槽內(nèi)交替進行。該系統(tǒng)既無二沉池，也無需污泥回流系統(tǒng)。剩余污泥一般從中間的溝槽排出。2/5/202366圖20-10三溝式氧化溝示意圖1－配水井2－曝氣轉(zhuǎn)刷3－可調(diào)節(jié)出水堰4－污泥井2/5/202367三溝式氧化溝脫氮時分為A、B、C、D、E、F6個運行階段，工作周期一般為8h，如圖20-11所示。自動控制系統(tǒng)根據(jù)運行程序自動控制進、出水的方向、溢流堰的升降以及曝氣轉(zhuǎn)刷的開動和停止。圖20-11三溝式氧化溝生物脫氮的運行方式2/5/202368階段A運行2.5h。污水進入第I溝，溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷低速運轉(zhuǎn)，僅維持溝內(nèi)活性污泥在懸浮狀態(tài)下環(huán)流，溝內(nèi)處于缺氧反硝化狀態(tài)，反硝化菌以原污水中COD為碳源，將上階段產(chǎn)生的NOX－-N還原成N2逸出。此時第I溝的出水堰處于升高的狀態(tài)，不能排水，所以混合液進入第II溝，第II溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷在階段A均處于高速運行，使其處于好氧狀態(tài)，以便進行有機物的降解和氨氮的硝化。處理后的混合液再進入第III溝，此時，第III溝內(nèi)的轉(zhuǎn)刷處于閑置狀態(tài)，作為沉淀池，使泥水分離。2/5/202369階段B運行0.5h。污水進入第II溝，此時第I溝內(nèi)的轉(zhuǎn)刷高速運轉(zhuǎn)，使其由缺氧狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)為好氧狀態(tài)，第II溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷仍高速運轉(zhuǎn)，使第I、II溝內(nèi)均處于好氧狀態(tài)，都進行有機物的降解和氨氮的硝化。經(jīng)第II溝處理過的混合液再進入第III溝，第III溝仍為沉淀池。階段C為過渡段，運行1.0h，第I溝轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，開始泥水分離，但不排水，澄清水仍然通過第III溝排出。階段D運行2.5h。第III溝出水堰升高，污水入流至第III溝，溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷低速運轉(zhuǎn)，處于缺氧狀態(tài)，進行反硝化脫氮。然后混合液流入第II溝，進行有機物降解和氨氮硝化。此時，第I溝出水堰降低作為沉淀池，排出澄清水。階段E和階段B類似，同樣運行0.5h，不同的是，第I溝和第III溝的狀態(tài)和功能相反。階段F與階段C類似，運行1.0h，但第I溝和第III溝的狀態(tài)和功能相反。2/5/20237020.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序DE型氧化溝有獨立的二沉池和污泥回流系統(tǒng)，兩個氧化溝相互連通，串聯(lián)運行，交替進出水，溝內(nèi)曝氣轉(zhuǎn)刷高速運行時進行曝氣充氧，處于好氧狀態(tài)；低速運行時只推流、不充氧，處于缺氧狀態(tài)。通過兩溝交替處于缺氧和好氧狀態(tài)，從而達到脫氮的目的。DE氧化溝生物脫氮（BIO-DENITRO）的一個運行周期分為四個階段，運行程序如圖20-12所示。2/5/202371圖20-12DE氧化溝生物脫氮的運行方式第一階段第二階段第三階段第四階段2/5/202372第一階段歷時1.5h。污水進入溝I，溝I出水堰關(guān)閉、轉(zhuǎn)刷低速運轉(zhuǎn)，處于缺氧狀態(tài)，進行反硝化脫氮。溝Ⅱ轉(zhuǎn)刷高速運轉(zhuǎn)，處于好氧狀態(tài)，進行有機物的降解和氨氮的硝化，出水堰開啟排水。第二階段為過渡期，歷時較短，僅為0.5h。污水進入溝Ⅰ,溝Ⅰ與溝Ⅱ內(nèi)轉(zhuǎn)刷均處于高速運轉(zhuǎn)。溝Ⅰ出水堰關(guān)閉，溝Ⅱ出水堰開啟并排水。在該階段中，溝Ⅰ和溝Ⅱ均為好氧區(qū)，進行硝化。第三階段與第一階段相反，溝Ⅰ為好氧硝化區(qū)，溝Ⅱ為缺氧反硝化區(qū)，溝Ⅱ出水堰關(guān)閉，溝Ⅰ出水堰開啟并排水。該階段歷時為1.5h。第四階段歷時與第二階段相同，兩溝狀態(tài)與第二階段相反。2/5/202373根據(jù)實際情況，改變運行周期（4~8h）與運行工序，就可得到不同的脫氮效果。如在氧化溝前增設(shè)厭氧池，如圖20-13。則可同時達到脫氮除磷的功能，原理與前已述及的脫氮除磷工藝相同。圖20-13DE氧化溝生物脫氮除磷工藝流程2/5/20237420.5.2SBR生物脫氮除磷工藝影響因素20.6氧化溝生物脫氮除磷20.6.1三溝式氧化溝生物脫氮工藝20.6.2DE氧化溝生物脫氮除磷運行工序20.7工程案例20.4A-B法生物脫氮除磷

20.4.1A-B生物脫氮除磷工藝20.4.2A-B生物脫氮除磷機理20.5SBR生物脫氮除磷

20.5.1SBR生物脫氮除磷典型運行工序

第20章生物脫氮除磷2/5/20237520.7工程案例1．A1/O脫氮工藝

天津市東郊污水處理廠設(shè)計處理能力為40萬m3/d，其中6萬m3/d污水采用前置缺氧脫氮工藝。設(shè)4座曝氣池，每池長68m，寬8m，每池設(shè)8個廊道，廊道寬8m，有效水深5.2m。其中3座曝氣池按普通活性污泥法運行，1座按A1/O工藝運行，設(shè)計HRT為9h，MLSS為5000mg/L。缺氧區(qū)設(shè)置5臺水下攪拌器，缺氧區(qū)的硝態(tài)氮負荷為2.7mgNO3--N/（gMLSS?d），硝化液內(nèi)回流比為200%，脫氮率為60%。2/5/2023762．A2/O除磷工藝大慶市東城區(qū)污水處理廠日處理污水50萬m3，采用A2/O工藝。設(shè)曝氣池2座，每座5個廊道，每個廊道平面尺寸38.8×6.0×6.3m，前2個廊道為厭氧段，設(shè)水下攪拌器3臺，后3個廊道為好氧段，鼓風曝氣。污泥齡為8d左右，污泥濃度1800mg/L，污泥負荷為0.18KgBOD5/9kgMLVSS?d