廢水生物脫氮除磷工藝

廢水生物脫氮除磷工藝第一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)概述

一、營(yíng)養(yǎng)元素的危害二、脫氮的物化法三、除磷的物化法第二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日一、營(yíng)養(yǎng)元素的危害氨氮會(huì)消耗水體中的溶解氧；氨氮會(huì)與氯反應(yīng)生成氯胺或氮?dú)猓黾勇鹊挠昧?；含氮化合物?duì)人和其它生物有毒害作用：

①氨氮對(duì)魚(yú)類(lèi)有毒害作用；②NO3和NO2可被轉(zhuǎn)化為亞硝胺——一種“三致”物質(zhì)；③水中NO3高，可導(dǎo)致嬰兒患變性血色蛋白癥——“Bluebaby”；加速水體的“富營(yíng)養(yǎng)化”過(guò)程；第三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、脫氮的物化法1）氨氮的吹脫法：調(diào)節(jié)pH值沉淀池吹脫塔出水

排泥

進(jìn)水

石灰或石灰乳吹脫法脫氨工藝流程第四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日2）折點(diǎn)加氯法去除氨氮：每mgNH4+--N被氧化為氮?dú)?，至少需?.5mg的氯。加氯反應(yīng)池活性炭吸附塔NaOCl進(jìn)水出水第五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日3）選擇性離子交換法去除氨氮：采用斜發(fā)沸石作為除氨的離子交換體。澄清或過(guò)濾沸石離子交換床出水再生液脫氮NH3或N2進(jìn)水第六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）鋁鹽除磷:羥磷灰石一般用Al2(SO4)3，聚氯化鋁（PAC）和鋁酸鈉（NaAlO2）2）鐵鹽除磷：FePO4

、Fe(OH)3一般用FeCl2、FeSO4

或FeCl3

、Fe2(SO4)33）石灰混凝除磷:第七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)廢水生物脫氮的基本原理一、生物脫氮的基本過(guò)程：①氨化(ammonification)——含氮有機(jī)物，在生物處理過(guò)程中被（好氧或厭氧）異養(yǎng)微生物氧化分解為氨氮；②硝化(nitrification)——由好氧自養(yǎng)硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為NO2和/或NO3；③反硝化(denitrification)——缺氧條件下，在異養(yǎng)反硝化菌的作用下將NO2和NO3還原轉(zhuǎn)化為N2。第八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日生物脫氮的基本原理有機(jī)氮NH4+-NNO2-NNO3-NNO2-NN2①氨化作用亞硝化作用硝化作用②硝化作用③反硝化作用O2O2O2或無(wú)氧異養(yǎng)細(xì)菌氨氧化細(xì)菌（自養(yǎng)型）硝化細(xì)菌（自養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物反硝化細(xì)菌（異養(yǎng)型）反硝化細(xì)菌（異養(yǎng)型）好氧或厭氧條件堿度增大，pH值升高絕對(duì)好氧條件堿度下降，pH值降低絕對(duì)好氧條件堿度和pH值無(wú)變化堿度增大，pH值升高確氧條件第九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、硝化反應(yīng)（Nitrification）●分為兩步：●由兩組自養(yǎng)型硝化菌分步完成：①氨氧化細(xì)菌，或亞硝化細(xì)菌（Nitrosomonas）；②亞硝酸鹽氧化細(xì)菌，或硝化細(xì)菌（Nitrobacter）第十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日1、硝化細(xì)菌的特性

●都是革蘭氏陰性、無(wú)芽孢的短桿菌和球菌；

●強(qiáng)烈好氧，不能在酸性條件下生長(zhǎng)；

●無(wú)需有機(jī)物，以無(wú)機(jī)含氮化合物為能源，以無(wú)機(jī)C（CO2或HCO3-）為碳源；

●化能自養(yǎng)型；

●生長(zhǎng)緩慢，世代時(shí)間長(zhǎng)。第十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日2、硝化反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)方程式：①亞硝化反應(yīng)：

●亞硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需氧3.16mg（7632/55/14）；

●氧化1mgNH4+-N為NO2--N，需消耗7.08mg堿度以(CaCO3計(jì))（10950/55/14）加上合成，則：第十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日2、硝化反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)方程式：②硝化反應(yīng)：

●硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)

●氧化1mgNO2-N為NO3-N，需氧

1.11mg(195*32/400/14)

●幾乎不消耗堿度加上合成，則：第十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日2、硝化反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)方程式：③總反應(yīng)：

●總的細(xì)菌產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)；

●氧化1mgNH3-N為NO3-N，需氧4.27mg；需堿度7.07mg(以CaCO3計(jì))；

●不考慮合成，則：氧化1mgNH4+-N為NO3—N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應(yīng)3.43mg，硝化反應(yīng)1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計(jì))加上合成，則：第十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日3、硝化反應(yīng)的環(huán)境條件：①好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.0~8.4)；②一般要求進(jìn)水BOD5在15~20mg/l以下；③適宜溫度：20~30C；

<15C，速率下降；<5C，完全停止；④污泥齡，須大于其最小世代時(shí)間(一般為3~10天)；⑤抑制物質(zhì)：高濃度的氨氮、（亞）硝酸鹽、有機(jī)物、重金屬離子等第十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、反硝化反應(yīng)1、反硝化反應(yīng)過(guò)程及反硝化菌●定義：硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過(guò)程；●反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，并不是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)的細(xì)菌，分屬近十個(gè)不同的屬，存在于土壤和污水處理系統(tǒng)中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類(lèi)具有還原硝酸鹽能力的細(xì)菌；●反硝化菌能在缺氧條件下，以NO2-N或NO3-N為電子受體，以有機(jī)物為電子供體，而將氮還原；●

①同化反硝化，最終產(chǎn)物是有機(jī)氮化合物，是菌體的組成部分；②異化反硝化，最終產(chǎn)物為分子態(tài)的氮?dú)?。第十六?yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、反硝化反應(yīng)2HNO3-2H2O+4[H]2HNO22[HNO]-2H2O+4[H]-2H2O+4[H]-H2O+2[H]2NH2OH2NH3N2ON2-H2O異化反硝化同化反硝化-2H2O+2[H]+4[H]N2O：俗稱(chēng)“笑氣”，一種溫室氣體，應(yīng)盡量避免其生成。第十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日反硝化反應(yīng)的方程式以[H]為電子供體：第十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日反硝化反應(yīng)方程式以甲醇為電子供體：第十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）反硝化反應(yīng)的影響因素

●碳源：①?gòu)U水中有機(jī)物，若BOD5/TKN>3~5時(shí)，即可；②外加碳源，多為甲醇；

●適宜pH：6.5~7.5；

●溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下；

●適宜溫度：20~40C第二十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日生物脫氮反應(yīng)過(guò)程中各項(xiàng)生化反應(yīng)特征生化反應(yīng)類(lèi)型去除有機(jī)物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌自養(yǎng)型菌自養(yǎng)型菌兼性菌異養(yǎng)型菌能源有機(jī)物化能化能有機(jī)物電子受體O2O2O2NO2-

、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l堿度無(wú)變化7.14mg/1mgNH4+-N

無(wú)變化還原1mgNO3--N或NO2--N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機(jī)物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg氧化1mgNO2---N需氧1.14mg分解1mg有機(jī)物需NO2---N0.58mg，NO3---N0.35mg最適pH值6~87~8.56~7.56~8最適水溫15~25C30C30C34~37C增殖速度(d-1)1.2~3.50.21~1.080.28~1.44好氧分解的1/2~1/2.5

第二十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日綜合：

（1）硝化反應(yīng)每氧化1.0gNH+4-N耗氧4.57

g，消耗堿度7.14

g，表現(xiàn)為PH值下降；（2）反硝化過(guò)程，去除1.0gNO3－-N，可以消耗2.6

gBOD，補(bǔ)償堿度3.57g.

（3）硝化需要BOD/TKN不能高，污泥負(fù)荷需在0.15

kg/BOD/1gSS.d以下，反硝化需要充足的碳源，BOD/TKN>4-6。（4）PH值范圍不同。硝化，反硝化。（5）硝化反硝化與去除有機(jī)物有矛盾的地方。第二十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)廢水生物除磷原理（1）有關(guān)廢水中的磷的基本概念：

l廢水中的存在形式：無(wú)機(jī)磷酸鹽（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、聚磷酸鹽有機(jī)磷，等；

l所有細(xì)菌都從環(huán)境中攝取磷；

l磷細(xì)菌（也稱(chēng)為聚磷菌、除磷菌），可過(guò)量、超出生理需要的攝取磷，以聚合磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞體內(nèi)，

l從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，就可達(dá)到除磷的目的。第二十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日生物除磷的原理與過(guò)程I——PHB（聚羥基丁酸）S——聚合磷酸鹽厭氧條件下，除磷菌將磷釋放好氧條件下，除磷菌過(guò)量攝取磷高含磷污泥的排出第二十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日磷的轉(zhuǎn)化過(guò)程（1）在厭氧區(qū):

在沒(méi)有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，兼性細(xì)菌通過(guò)發(fā)酵作用將溶解性BOD轉(zhuǎn)化為VFA（低分子發(fā)酵產(chǎn)物——揮發(fā)性有機(jī)酸）。聚磷菌吸收這些或來(lái)自原污水的VFA，并將其運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，同化成胞內(nèi)碳能源儲(chǔ)存物（PHB/PHV），所需的能量來(lái)源于聚磷的水解以及細(xì)胞內(nèi)糖的酵解，并導(dǎo)致磷酸鹽的釋放。第二十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）在好氧區(qū):

聚磷菌的活力得到恢復(fù)，并以聚磷的形式存儲(chǔ)超出生長(zhǎng)需要的磷量，通過(guò)PHB/PHV的氧化代謝產(chǎn)生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能鍵的形式捕積存儲(chǔ)，磷酸鹽從液相去除。產(chǎn)生的富磷污泥（新的聚磷菌細(xì)胞），將在后面的操作單元中通過(guò)剩余污泥的形式得到排放，從而將磷從系統(tǒng)中除去。從能量角度來(lái)看，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋放磷獲取能量以吸收廢水中溶解性有機(jī)物，在好氧狀態(tài)下降解吸收的溶解性有機(jī)物獲取能量以吸收磷，在整個(gè)生物除磷過(guò)程中表現(xiàn)為PHB的合成和分解。第二十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

（3）除磷系統(tǒng)的關(guān)鍵所在就是厭氧區(qū)的設(shè)置，可以說(shuō)厭氧區(qū)是聚磷菌的“生物選擇器”。由于聚磷菌能在這種短暫性的厭氧條件下優(yōu)先于非聚磷菌吸收低分子基質(zhì)（發(fā)酵終產(chǎn)物）并快速同化和儲(chǔ)存這些發(fā)酵產(chǎn)物，厭氧區(qū)為聚磷菌提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同化和儲(chǔ)存發(fā)酵產(chǎn)物的能源來(lái)自聚磷的水解以及細(xì)胞內(nèi)糖的酵解，儲(chǔ)存的聚磷為基質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸、乙酰乙酸鹽（PHB合成前體）的形成提供能量。這樣一來(lái)，能吸收大量磷的聚磷菌群體就能在處理系統(tǒng)中得到選擇性增殖，并可通過(guò)排除高含磷量的剩余污泥達(dá)到除磷的目的。第二十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

（4）聚磷菌在生物除磷過(guò)程中的作用機(jī)理第二十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

PHB的合成和降解，作為一種能量的儲(chǔ)存和釋放過(guò)程，在聚磷菌的攝磷和放磷過(guò)程中起著十分重要的作用，即聚磷菌對(duì)PHB的合成能力的大小將直接影響其攝磷能力的高低。應(yīng)當(dāng)指出，正是因?yàn)榫哿拙趨捬酢醚踅惶孢\(yùn)行的系統(tǒng)中有釋磷和攝磷的作用，才使得它在與其他微生物的競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，從而使除磷作用向正反饋的方向發(fā)展。其原因就在于聚磷菌在厭氧條件下能夠?qū)⑵潴w內(nèi)儲(chǔ)存PHB，這樣使得其在與其他微生物競(jìng)爭(zhēng)中，其他微生物可利用的基質(zhì)減少，從而不能很好地生長(zhǎng)。在好氧階段，由于聚磷菌的高能過(guò)量攝磷作用，使得活性污泥中其他非聚磷微生物得不到足夠的有機(jī)基質(zhì)及磷酸鹽，也會(huì)使聚磷菌在與其他微生物的競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。第二十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日生物除磷的外部條件

總的來(lái)講，聚磷菌對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)與反硝化菌、好氧異養(yǎng)菌相似，為了能夠積累聚磷，以下兩項(xiàng)要求實(shí)際上非常重要?！?/p>

（1）厭氧／好氧條件的交替；·

（2）厭氧階段不存的硝酸鹽。

（1）厭氧／好氧條件厭氧條件對(duì)于污水處理廠(chǎng)選擇機(jī)理非常重要。引入這一條件，我們就加強(qiáng)了聚磷菌的優(yōu)勢(shì)選擇，結(jié)果是大部分生物量由這類(lèi)菌組成。第三十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日

2．硝酸鹽厭氧階段硝酸鹽有兩個(gè)負(fù)作用：

1）反硝化去除了某些本應(yīng)貯存在聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的易降解有機(jī)物。結(jié)果是由于易降解有機(jī)物數(shù)量的減少，使磷的去除也減少了。存在乙酸的反硝化過(guò)程可依據(jù)例3.10的表達(dá)式，據(jù)此可知4.96

mol

HAc/3.94

mol

NO-3=1.26

molHAc/mol

NO-3被消耗。由于反硝化消耗了有機(jī)物質(zhì)，使除磷過(guò)程受到損害。

2）顯然，硝酸鹽影響聚磷菌的代謝，因此不再貯存聚磷酸鹽。第三十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、生物除磷過(guò)程的影響因素①溶解氧：

l厭氧池內(nèi)：絕對(duì)的厭氧，即使是NO3-等也不允許存在；

l好氧池內(nèi)：充足的溶解氧。②污泥齡：

l剩余污泥對(duì)脫磷效果有很大影響，泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥多，可以取得較好的除磷效果；

l有報(bào)道稱(chēng)：污泥齡為30d，除磷率為40%；污泥齡為17d，除磷率為50%；而污泥齡為5d時(shí)，除磷率高達(dá)87%。③溫度：

l5~30C；第三十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、生物除磷過(guò)程的影響因素④pH值：

l6~8。⑤BOD5負(fù)荷：

lBOD/TP>20；

l

小分子易降解的有機(jī)物誘導(dǎo)磷的釋放的能力更強(qiáng)；

l

磷的釋放越充分，磷的攝取量也越大。⑥硝態(tài)氮

l

硝酸鹽應(yīng)小于2mg/l；當(dāng)COD/TKN10，硝酸鹽的影響就減弱了。⑦氧化還原電位：

l好氧區(qū)的ORP:+40~50mV；缺氧區(qū)的ORP:-160~5mV第三十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)廢水生物脫氮工藝與技術(shù)一、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝二、缺氧—好氧活性污泥法生物脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）三、氧化溝生物脫氮工藝四、生物轉(zhuǎn)盤(pán)生物脫氮工藝第三十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日一、活性污泥法脫氮傳統(tǒng)工藝1、三級(jí)活性污泥法流程：①碳化：②氨化：第三十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日1、三級(jí)活性污泥法流程：由Barth首先開(kāi)創(chuàng)；三級(jí)各自具有獨(dú)立的污泥系統(tǒng)；優(yōu)點(diǎn)：氨化、硝化、反硝化是在各自的反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)速率快且較徹底；缺點(diǎn)：處理設(shè)備多，造價(jià)高，運(yùn)行管理較為復(fù)雜。第三十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日2、兩級(jí)活性污泥法脫氮工藝第三十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）

——又稱(chēng)“前置式反硝化生物脫氮系統(tǒng)”第三十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日二、缺氧——好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)（A—O工藝）

在反硝化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化反應(yīng)消耗的堿度的一半左右；硝化曝氣池在后，使反硝化殘留的有機(jī)物得以進(jìn)一步去除，無(wú)需增建后曝氣池。第三十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日三、氧化溝生物脫氮工藝第四十頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月28日四、生物轉(zhuǎn)盤(pán)硝化脫氮工藝進(jìn)水BOD去除好氧碳化及硝化缺氧脫氮好氧第四十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，2022年，8月2