脫氮除磷影響因素

關于脫氮除磷影響因素第1頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

傳統(tǒng)的脫氮機理認為:脫氮一般包括氨化、硝化、反硝化和同化四個過程。先是異養(yǎng)型細菌把有機氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮(氨化),此后氨態(tài)氮又被自養(yǎng)型亞硝化菌氧化成亞硝態(tài)氮,進而亞硝態(tài)氮再被自養(yǎng)型的硝化菌氧化為硝態(tài)氮(硝化),最后異養(yǎng)型的反硝化菌同時將亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮,如N2、N2O或NO將氮元素從污水中去除(反硝化)。由于氨化反應速度很快,一般不作考慮,生物的同化代謝過程也能去除少部分氮,這是脫氮的次要過程。生物脫氮主要是硝化和反硝化兩個過程。目前公認的NO-2還原為N2的過程為:NO-2→NO→N2O→N2脫氮原理第2頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

基本過程：

（1）氨化過程：在氨化細菌作用下，有機物中的氮被轉(zhuǎn)化為氨氮，有機物得到降解：

有機N→NH3

（2）硝化過程：分為亞硝化和硝化。在好氧條件下，亞硝化菌將NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-，在硝化細菌作用下進一步轉(zhuǎn)化為NO3-。（3）反硝化過程：缺氧條件下，反硝化細菌將NO3-轉(zhuǎn)化為N2（異化反硝化，占96%）或生物體（同化反硝化，占4%）。脫氮基本過程第3頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月氨化過程

氨化菌是異養(yǎng)菌，對環(huán)境條件要求不苛刻，好氧或厭氧均可，對酸堿、溫度的適應范圍寬。影響生物脫氮的因素第4頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

硝化與反硝化過程

（1）溶解氧(DO)

硝化反應的微生物均是嚴格好氧菌，因此硝化反應過程要求有足夠的溶解氧。大量實驗表明,DO濃度一般應在2.0mg/L以上,最低極限是0.5～0.7mg/L。而溶解氧的存在對反硝化過程有很大影響。當缺氧區(qū)中的溶解氧含量過高時，氧將會與硝酸鹽競爭電子供體,并能抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。一般而言，對于活性污泥系統(tǒng)，反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應控制在0.5mg/L以下，才能保持正常的反硝化速度；對于生物膜來說，由于生物膜中氧的傳遞阻力較大，因而可允許較高的DO濃度。

影響生物脫氮的因素第5頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)泥齡(SRT)

泥齡是一個很重要的設計和運行控制參數(shù)，它直接與活性污泥活性相聯(lián)系。亞硝化菌和硝化菌均屬于自養(yǎng)菌,生長緩慢,世代時間較長，而亞硝化菌的世代期較短，控制系統(tǒng)的泥齡在兩種細菌的世代期之間，則可使系統(tǒng)中硝化菌的數(shù)量越來越少，實現(xiàn)短程硝化反硝化。要保持硝化菌群在活性污泥系統(tǒng)中的比例,就必須保證SRT大于最短的世代時間。一般SRT應大于10d。(3)溫度

硝化反應的溫度范圍為5～40℃,適宜溫度為30～35℃，低于5℃，硝化反應幾乎停止；反硝化的適宜溫度為20～40℃,低于15℃,硝化反硝化速率極低，低于3℃時，反硝化作用將停止。

影響生物脫氮的因素第6頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4)pH值

生物脫氮過程中，硝化要消耗堿度使pH下降；而在反硝化階段，由于產(chǎn)生一定量的堿度，可使pH上升。但即使在前置反硝化脫氮工藝中，反硝化階段產(chǎn)生的堿度也不能完全彌補硝化所消耗的堿度，從而使系統(tǒng)的pH值下降。亞硝酸菌最適pH值為8.0～8.4,硝酸菌的最適pH值為6.5～7.5,反硝化最適宜的pH值為6.5～7.5。當pH低于6.0或高于9.6,硝化反硝化將受到影響,甚至反應將停止。

影響生物脫氮的因素第7頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

(5)有機碳及C/N比

硝化菌是自養(yǎng)型,其生存率遠小于氧化有機物的異養(yǎng)菌,當好氧池中有機物濃度較高時,硝化菌為劣勢菌種,當BOD5小于20mg/L,硝化反應才不受影響。而反硝化是異養(yǎng)菌，因此反硝化過程需要有一定的碳源作為電子供體及能源,否則反硝化不徹底。(6)有毒有害物質(zhì)

許多物質(zhì)對硝化菌有毒害作用,如某些重金屬、復合陰離子和有機化合物等,會干擾細胞的新陳代謝,破壞細菌最初的氧化能力。另外,過高的氨氮濃度對硝化反應會產(chǎn)生基質(zhì)抑制作用。影響生物脫氮的因素第8頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

(7)回流比

對于A/O、A2/O和UCT等前置反硝化工藝，污泥回流和混合液回流是使該工藝獲得脫氮效果的先決條件，回流比的大小直接影響脫氮效果的好壞。實際運行時混合液比常常取200~300%,污泥回流比取50~100%。

(8)同化作用

對于通常認為異化脫氮是廢水中氮的主要去除途徑，但對于進水BOD/TN很高的廢水，有時同化脫氮可能占相當大的比例。某些工業(yè)廢水由于卻反氮源而使得氮成為生物處理的限制性底物，這種情況下，為保證生物處理正常運行，必須向廢水中投加氮源，以滿足微生物生長的需求。影響生物脫氮的因素第9頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

起除磷作用的細菌分為兩類：（1）聚磷菌（PAOs,Poly-phosphateAccumulatingOrganisms）；（2）反硝化除磷菌（DPB，DenitrifyingPhosphorusRemovingBacteria）。除磷原理第10頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月PAOs原理：

除磷原理第11頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月PAOs原理：

聚磷菌吸磷和釋磷機理是傳統(tǒng)普遍認可的理論。即在厭氧條件下,發(fā)酵產(chǎn)酸菌充分發(fā)揮其發(fā)酵產(chǎn)酸作用,將進水中大分子有機物變成小分子有機物揮發(fā)性脂肪酸(VFA),以利于“聚磷”的聚磷菌(PAO)釋磷所需。聚磷菌在厭氧“受壓抑”環(huán)境下將其細胞內(nèi)的有機態(tài)磷分解轉(zhuǎn)化為無機態(tài)磷,并釋放于環(huán)境中,并產(chǎn)生三磷酸腺苷(ATP)。聚磷菌利用ATP以主動運輸方式將細胞外的廢水中溶解性有機基質(zhì)攝入細胞內(nèi),以合成聚-β-羥基丁酸鹽(PHB)及糖原等有機顆粒的形式貯存在細胞內(nèi)。聚磷菌在厭氧條件下釋放出的磷,是利用ATP時的水解產(chǎn)物,其反應式為：

ATP+H2O→ADP+H2PO4除磷原理第12頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

在厭氧條件下,表現(xiàn)為磷的釋放,即磷酸鹽由微生物體內(nèi)向廢水的轉(zhuǎn)移過程。在好氧條件下,貯存有機物的聚磷菌的活力將得到恢復,聚磷菌在有溶解氧的條件下進行有機物的降解,同時產(chǎn)生大量ATP。產(chǎn)生的ATP大部分供給細胞合成和維持生命活動,一部分則用于從廢水中攝取溶解態(tài)的正磷酸鹽所需的能量,從而完成聚磷的過程。這一階段表現(xiàn)為微生物對磷的吸收,即磷酸鹽由廢水向聚磷菌體內(nèi)的轉(zhuǎn)移過程。PHB的合成與降解,作為一種能量的貯存與釋放過程,在聚磷菌的攝磷和放磷過程中起著十分重要的作用。聚磷菌對PHB的合成能力的大小將直接影響其攝磷能力的高低。聚磷菌的釋磷和吸磷過程中,細胞對磷的攝取量遠遠大于在厭氧環(huán)境中的釋放量,通過排放剩余污泥來實現(xiàn)除磷。在一定條件下,聚磷菌厭氧釋磷越徹底,好氧條件下的吸磷量就越大。除磷原理第13頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月DPB原理：

由于反硝化菌和聚磷菌對有機物的競爭，因而在脫氮除磷的污水廠中強化的生物除磷過程往往會降低該廠的反硝化能力。大多數(shù)改進的活性污泥脫氮除磷污水廠都會在厭氧條件下被PAO吸收而不能在缺氧下為反硝化菌利用。然而，此情況只有當PAOs與反硝化菌完全不同時才會發(fā)生。若PAOs在缺氧條件下能發(fā)生時反硝化作用，則它們對有機物競爭的程度將大大降低。近年來人們熱衷研究另一類細菌，即“兼性厭氧反硝化除磷細菌”---DPB的反硝化除磷行為。若能在實際工程中培養(yǎng)出以DPB占優(yōu)勢的混合菌種，則可期望反硝化與過量吸磷在同一構筑物中實現(xiàn)。研究表明它們中的一部分可利用NO3--N為電子受體來過量吸磷。除磷原理第14頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)溶解氧

控制生物除磷工藝中厭氧段（即磷釋放區(qū)）的厭氧條件很重要，因為它直接影響到PAOs和DPB的釋磷能力及保證合成PHB所需的VFA或SCFA的數(shù)量。在釋磷區(qū),應保持嚴格厭氧,DO小于0.2mg/L;吸磷過程,要保持充足的DO,一般DO應控制在2.0mg/L以上。(2)溫度

溫度范圍為5～30℃,厭氧釋磷和好氧吸磷受溫度的影響十分明顯,在15～20℃,好氧吸磷速度達到最大。

影響生物除磷的主要因素第15頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)pH值

厭氧條件下釋磷是生物除磷極為重要的一個方面，而這要求有VFA或SCFA存在。因此厭氧釋磷要求pH值小于或等于7.0為宜。而pH值低于5.2,會引起細胞結構和功能的破壞,造成無效釋磷。(4)硝態(tài)氮

一方面,厭氧區(qū)的聚磷菌主要是以VFA為碳源完成聚磷的水解和釋放,如有硝態(tài)氮存在,氣單胞菌就不會產(chǎn)酸,聚磷菌所能獲得的VFA就少;另一方面,氣單胞菌會利用硝態(tài)氮進行反硝化,消耗水中的碳源有機物,硝態(tài)氮與聚磷菌爭奪碳源,這對聚磷菌的厭氧釋磷是非常不利的,厭氧區(qū)的硝態(tài)氮濃度應控制在1.5mg/L以下。

影響生物除磷的主要因素第16頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

(5)有機負荷和有機質(zhì)類型

較高的有機負荷對除磷有利,一般認為,進水中BOD5/TP應大于20,才會獲得較好的除磷效果。有機質(zhì)的類型對厭氧釋磷有重要影響,分子量較小的有機物易于被聚磷菌利用。(6)泥齡

生物除磷主要通過排出剩余污泥實現(xiàn)的,而處理系統(tǒng)中泥齡的長短直接影響污泥的活性及剩余污泥排放量。系統(tǒng)泥齡過長，則使污泥活性降低，污泥的含磷量下降，去除單位重量的磷所消耗的BOD也多。此外，由于泥齡長，污泥趨于老化，可通過自身氧化使體內(nèi)的磷釋放水中，同時剩余污泥量減少也導致了除磷效率降低。因此,SRT越短,排放的污泥量越多,除磷的效率越高。SRT一般為3.5～7.0d。

影響生物除磷的主要因素第17頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月(7)細胞內(nèi)儲存物

生物除磷實際上是微生物細胞內(nèi)幾種內(nèi)儲存物之間的相互作用，故細胞內(nèi)儲存物的含量對除磷有極大影響。聚磷酸鹽的厭氧釋放是除磷菌好氧過剩攝磷的前提，為PHA的合成提供能量，同時糖原的厭氧分解也是合成PHA的能量來源。因此高磷低糖的污泥厭氧釋磷多，低磷高糖的污泥厭氧釋磷少。若污泥糖類含量超過25%時，污泥吸收有機物同時降解糖原而不釋放磷，這必然會導致工藝脫磷失敗。因此，設法降低細胞內(nèi)糖原含量有利于提高生物除磷效率。同樣，細胞內(nèi)PHA的含量與除磷效率也關系密切。

影響生物除磷的主要因素第18頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

氮、磷等污染物的排放會導致水體富營養(yǎng)化，這就要求城市污水處理廠必須考慮采用脫氮除磷的技術措施降