废水的脱氮除磷和深度处理工艺

1、第四章水的回用与废水的最终处置第三节 废水的脱氮除磷和深度处理工艺深度处理的对象和目标去除处理水中残存的悬浮物（包括活性污泥颗粒）；脱色、除臭，使水进一步得到澄清降低 BOD5、COD、TOC 等指标，使水进一步稳定脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素，去除水中的病原微生物经过深度处理的水能够：排放至包括具有较高价值的水体及缓流水体在内的任何水体，补充地面水源回用于农田灌溉、市政杂用，如浇灌城市绿地、冲洗街道、车辆、景观用水等居民小区中水回用于冲洗厕所作为冷却水和工艺用水的补充用水，回用于工业企业用于防止地面下沉或海水入浸，回灌一、脱氮技术含氮污水任意排放造成的危害氨氮会消耗水体中的溶解

2、氧氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量含氮化合物对人和其它生物害作用 氨氮对鱼类害作用 NO3 和 NO2可被转化为亚硝胺 水中 NO3高，可导致婴儿患变性血色蛋白症水体的“富营养化”过程农业灌溉用水中，T-N 含量如超过 1mg/L，作物吸收过剩的氮，会产生贪青倒伏现象常规的处理对氮的去除率较低在处理水中，氮是以氨态氮、亚硝酸氮和硝酸氮形式存在的。在处理过程中，它仅为微生物的生理功能所用，即用于细胞活性污泥法理想的营养平衡式为 BOD:N:P100:5:1。因此在城市污水中，氮是过剩的，氮的去除率仅为 20-40%（磷去除率为 15%30%）脱氮技术物理化学脱氮空气吹脱法折点氯氧化法离

3、子交换法生物脱氮空气吹脱法脱氮工艺NH + H O U NH + + OH -324pH 值升高，平衡向左移动，游离氨所占比例增大标准状态下，含氨废水 pH=11 时，水中的氨占 98%游离氨易于从水中逸出。如能使水的 pH 值升高，并加以曝气吹脱，可使水中氨得到去除吹脱效率受温度和空气量（气水比）的影响。温度升高，氨的吹脱效率显著上升空气吹脱法的特点优点除氨效果稳定操作简便，容易存在的问题逸出的游离氨造成二次污染使用石灰易生成水垢水温降低，脱氨效果也降低采取的措施改用氢氧化钠作为预处理碱剂，以防形成水垢采取技术措施回收逸出的游离氨折点氯氧化法脱氮工艺+-Cl2 + H2O U HClO +

4、H + Cl2NH3 + 3HClO ® N2 + 3H2O + 3HCl使水中的 NH3 氧化为 N2 的投氯量恰好是在过程中，水中余氯量最低值的折点处。因此，采用氯氧化脱氮在理论上称为折点氯氧化脱氮法。Cl:N 的理论质量比为 7.6:1，实际应用时， 采用 8:1pH 是影响脱氮效率的因素，一般 pH 在 6-7 为宜此法最大的优点是通过适当，可完全去除水中的氨氮该法的局限是加氯量大、费用高以及产酸。为了减少氯的投加量，此法常与生物脱氮联用，先硝化再除微量的残留氨氮生物脱氮在处理的新鲜污水中，含氮化合物存在的主要形式有有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等氨态

5、氮（NH3 及 NH4+），一般以前者为主含氮化合物在微生物的作用下发生的反应氨化反应硝化反应反硝化反应氨化反应微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用，很多微生物都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强的微生物称为氨化微生物。在氨化微生物作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮好氧条件下，对于氨化作用影响较大的因素是温度、pH 及溶解氧等硝化反应好氧条件下，氨态氮在硝化菌作用下，分两个阶段进一步分解氧化首先在亚硝化菌的作用下，使氨（NH4+）转化为亚硝态氮NH + + 3 O ¾亚¾硝¾化菌¾® NO- + H O + 2H - DF

6、 (DF278.42kJ)42222亚硝酸氮在硝化菌的作用下，进一步转化为硝态氮NO- + 1 O ¾硝¾化¾菌® NO- - DF (DF72.27kJ)2232硝化反应的总反应式NH + + 2O ® NO- + H O + 2H + - DF (DF351kJ)4232硝化反应正常进行应保持的环境条件1. 好氧条件，满足“硝化需氧量”的要求，并保持一定的碱度在硝化过程中，1mol 原子氮（N）氧化成硝酸氮，需 2mol应需氧 4.57g，这个需氧量称为“硝化需氧量”（NOD）氧（O2）。即 1g 氮完成硝化反在硝化反应过程中将出 H+离子

7、，使混合液 pH 值下降。硝化菌对 pH 值的变化十分敏感， 为了保持适宜的 pH 值，应当在污水中保持足够的碱度。一般来说，1g 氨态氮（以 N 计）完全硝化，需碱度(以 CaCO3 计)7.1g2. 混合液中有机物含量不应过高，BOD 值应在 15-20mg/L 以下硝化菌是化能自养型细菌，有机物浓度并不是它的生长限制因素。若 BOD 浓度过高，会使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，不能成为优占种属，硝化反应无法进行进行硝化反应应当保持的各项指标1. 溶解氧。氧是硝化反应过程中的电子受体，反应器内溶解氧浓度将影响硝化反应的进程。在进行硝化反应的曝气池内，溶解

8、氧含量不能低于 1mg/L，建议应保持在 1.22.0mg/L2. 温度。硝化反应的适宜温度是 20-30。15以下时，硝化速度下降，5时完全停止3. pH 值。硝化菌对 pH 值的变化非常敏感，最佳 pH 值是 8.0-8.44. 生物固体平均停留时间（污）。为了使硝化菌群能够在连续流反应器系统中存活，微生物在反应器内的停留时间必须大于自养型硝化菌最小的世代时间，否则硝化菌的流失率将大于净增殖率，将使硝化菌从系统中流失殆尽。一般污至少应为硝化菌最小世代时间的2 倍以上5. 重金属及其它有害物质。浓度低于阈值反硝化反应硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下被还原为氮气的过程反硝化菌是异养型兼性厌氧

9、菌。在厌氧条件下，以硝酸氮为电子受体，以有机碳为电子供体，进行氧化还原反应电子供体内源：污水中的有机物外源：甲醇。投加量的计算反硝化反应6NO- +3CH OH ¾亚¾硝¾酸盐¾还原¾菌® 3N +3CO +3H O+6OH-232226NO- +5CH OH ¾反¾硝化¾菌¾®3N +5CO +7H O+6OH-33222影响反硝化反应的环境因素碳源。当污水中 BOD/TN>3-5 时，即可认为碳源充足； BOD/TN<3-5 时，需要外加碳源。多采用甲醇，因为甲醇被分解

10、后的产物为 CO2 和 H2O，不留任何难降解的中间产物pH 值。对反硝化菌最适宜的 pH 值是 6.5-7.5。当 pH 值高于 8 或低于 6 时，反硝化速率将大为下降溶解氧。反硝化菌是异养兼性厌氧菌，只有在无氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。反硝化菌以在厌氧、缺氧交替的环境中生活为宜，溶解氧应在 0.5mg/L 以下温度。反硝化反应的适宜温度是 20-40生物脱氮工艺三段活性污泥法将有机物氧化、硝化以及反硝化段开来，每一部分都有其的沉淀各自的污泥回流系统第一曝气池为一般的处理曝气池，其主要功能是去除 BOD、COD，使有机氮转化，形

11、成NH3 及 NH4+，即完成碳化+氨化过程。经过沉淀后，污水进入硝化曝气池。此时污水 BOD5已降至 15-20mg/L第硝化曝气池，在此进行硝化反应，使 NH3 及 NH4+氧化为硝酸氮。硝化反应要消耗碱度， 因此需要投碱以防 pH 值下降第三级为反硝化反应器，在缺氧条件下，硝酸氮还原为气态氮逸出。在这一级应采取厌氧-缺氧交替的运行方式。可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水三级活性污泥法脱氮工艺的特点优点有机物降解菌、硝化菌、反硝化菌，分别在各自的反应器内生长增殖，环境条件适宜。而且各自回流在沉淀池分离的污泥，反应速度快而且比较彻底缺点处理设备多，造价高管理不够方便两级生物脱氮系统BOD 去

12、除和硝化两个反应置于同一反应器内进行设计的污泥负荷率要低，水力停留时间和要长，否则硝化作用要降低。在反硝化段仍需要外加碳源来维持反硝化的顺利进行Bardenpho 生物脱氮工艺取消了三段脱氮工艺的中间沉淀池设立了两个缺氧段第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。经第一段处理，脱氮已基本完成为进一步提高脱氮效率，废水进入第二硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化最后的曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象这一工艺比三段脱氮工艺减少了投资和运行费用缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统（A/O 法脱氮工艺）于二十世纪八十年代初开发

13、。该工艺将反硝化段设置在系统的前面，因此又称为前置式反硝化生物脱氮系统，是目前采用的一种脱氮工艺硝化反应器内的已进行充分反应的硝化液回流至反硝化反应器，而反硝化反应以原污水中的有机物为碳源，以回流液中硝酸盐的氧作为电子受体，在缺氧进行反硝化脱氮，不需外加碳源在反硝化反应中产生的碱度可补偿硝化反应中所消耗的碱度的 50%左右。对含氮浓度不高的废水（如生活污水、城市污水）可不必另行投碱以调节 pH 值硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，提高了处理水水质，而且勿需增建后曝气池A/O 法脱氮工艺的特点优点流程简单，无需外加碳源，因而基建费用及运行费用较低缺点处理水来自硝化反应器，含

14、有一定浓度的硝酸盐，在二沉有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质如欲提高脱氮率，必须加大内循环比，使运行费用增高。内循环液来自曝气池（硝化池），含有一定的溶解氧，使反硝化段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化进程。脱氮效率一般在70-80%二、除磷技术含磷化合物有机磷磷酸甘油酸磷肌酸无机磷磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、磷酸二氢盐 H2PO4-、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74-) 、三磷酸盐(P3O105-)、 三磷酸氢盐(HP3O92-)除磷技术化学除磷法：使磷成为不溶性的固体沉淀物，从污水中分离出去生物除磷法：使磷以溶解态为微生物所

15、摄取，与微生物成为一体，并随微生物从污水中分离出去化学除磷法可分为金属盐混凝沉淀除磷铝盐除磷铁盐除磷石灰混凝除磷化学法的特点是磷的去除率较高，处理结果稳定，污泥在处理和处置过程中重新磷而造成二次污染，但污泥的产量比较大铝盐除磷铝离子与正磷酸离子化合，形成难溶的磷酸铝，通过沉淀加以去除Al3+ + PO3- ® AlPO44混凝剂可以是硫酸铝、聚氯化铝和铝酸钠（NaAlO2）。三者反应过程中体系 pH 值分别下降、不变和上升磷酸铝溶解度与 pH 值有关，pH=6 时溶解度最小。因此反应体系的 pH 值应介于 5-7 之间混凝沉淀污泥宜回流，因污泥中含有氢氧化铝，能与正磷酸离子反应生成磷

16、酸铝，提的去除率反应生成的絮凝体宜通过重力沉淀去除铁盐除磷二价铁离子（氯化亚铁和硫酸亚铁）和三价铁离子（氯化铁和硫酸铁）均可进行除磷。三价铁离子与磷的反应与铝离子相同为了彻底地从污水中去除铁和磷，必须对二价铁离子加以氧化，因此需要充足的氧FePO4 的溶解度当 pH=5 时最小石灰混凝除磷向含磷污水投加石灰，污水 pH 值上升，其中的磷与石灰中的钙反应，生成Ca5(OH)(PO4)3（羟磷灰石）沉淀pH 值是影响除磷效果最主要的因素。如欲使处理水中磷的含量在 1mg/L 以下时，对水，pH 值应在 9.5 以上，对原污水则应在 11 以上石灰混凝沉淀除磷工艺比较复杂，产生的石灰污泥需要进一步处

17、理，回收再生石灰，以免造处理成二次污染生物除磷原理：利用菌一类的微生物能够过量地（超过其生理需要）从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成污泥，排出系统外，达到从污水中除磷的效果ATP，另一部分好氧吸磷：菌在好氧条件下将环境中的磷酸摄入体内，一部分用于用于酸盐贮存起来。这种现象即为“磷的过剩摄取”：在厌氧条件下，菌体内的 ATP 水解，出磷酸、ADP 和能量厌氧具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重 5%6%，去除率基本可满足排放要求生物除磷工艺Phostrip 除磷工艺含磷污水进入曝气池，同步进入曝气池的还有由除磷池回流的已磷但含有菌的污泥。曝气池的功能是：

18、使菌过量地摄取磷，去除有机物，还可能出现硝化作用从曝气池流出的混合液（污泥含磷，污水已经除磷）进入沉淀池 I，在这里进行泥水分离，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作为处理排放保持厌氧状态，即 DO0，NOx-0。含磷污泥在这里含磷污泥进入除磷池，除磷磷后沉于池底，并回流曝气池，再次用于吸收污水中的磷。含磷上清液从上部流出进入混合池含磷上清液进入混合池，同步向混合池投加石灰乳，经混合后进入搅拌反应池，使磷与石灰反应，形成磷酸钙固体。即采用化学法除磷沉淀池 II 为混凝沉淀池，经过混凝反应形成的磷酸钙固体在这里与上清液分离。已除磷的上清液回流曝气池，而磷酸钙的污泥排出，可以用作肥料该工艺主流是常规的活

19、性污泥工艺，而在回流污泥过程中增设厌氧上清液的化学沉淀池，称为旁路Phostrip 除磷工艺的优点该法是生物除磷与化学除磷相结合的工艺，除磷效果良好，处理水中含磷量一般都低于 1mg/L产生污泥的含磷率较高，约为 2.1-7.1%石灰用量较低，一般为 21-31.8mgCa(OH)2/m3 污水SVI100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水、污泥肥分高，丝状菌难于增殖，污泥不膨胀可以根据 BOD/P 比值灵活调节回流污泥与混凝污泥量之比Phostrip 除磷工艺的缺点工艺流程复杂，运行管理比较麻烦投加石灰乳，运行费用有所提高，建设费用也高沉淀池 I 的底部可能形成缺氧状态而产生磷的现象，因此应当及时地

20、排泥和回流厌氧-好氧除磷工艺（A-O 法）厌氧-好氧除磷工艺的优点工艺流程简单，既不投药，也勿需考虑内循环，因此建设费用及运行费用都较低由于无内循环的影响，厌氧反应器能够保持良好的厌氧（或缺氧）状态在反应器内的停留时间较短，一般为 3-6hBOD 去除率大致与一般的活性污泥系统相同。磷的去除率较高，处理水中磷含量一般都低于1.0mg/L，去除率约为 76%沉淀污泥含磷率约为 4%，污泥的肥效好混合液的 SVI100，易沉淀，不膨胀厌氧-好氧除磷工艺的缺点除磷率难以进一步提高，因为微生物对磷的吸收，即便是过量吸收，也是有一定限度的，特别是当进水 BOD 值不高或废水中含磷量，即 P/BOD 值更

21、是如此在沉淀池内容易产生磷的现象，特别是当污泥在沉淀池内停留时间较长时。因此应注意及时排泥和回流同步脱氮除磷工艺Bardenpho 脱氮除磷工艺Bardenpho 脱氮除磷工艺各单元功能原污水进入第一缺氧反应器，本单元的首要功能是脱氮，含硝态氮的污水通过内循环来自第一好氧反应器。本单元的第二功能是污泥磷，而含磷污泥是从沉淀池排出回流来的经第一缺氧反应器处理后的混合液进入第一好氧反应器，它的功能有三：首要功能是去除原污水中的 BOD；其次是硝化，但由于 BOD 浓度还较高，因此硝化程度较低，产生的硝酸氮也较少；第三项功能是菌对磷的吸收。但是本单元内磷吸收的效果太好混合液进入第二厌氧反应器，本单元

22、功能与第一缺氧反应器相同，一是脱氮，二是磷第二好氧反应器，其首要功能是吸收磷，第二项功能是进一步硝化，再次是进一步去除 BOD沉淀池，主要功能是泥水分离，上清液作为处理水排放。含磷污泥的一部分作为回流污泥回流到第一缺氧反应器，另一部分作为剩余污泥排出系统Bardenpho 脱氮除磷工艺特点优点无论哪一种反应，在系统中都反复进行二次或二次以上各反应单元都有其首要功能，并兼行其他项功能本工艺脱氮除磷效果很好，脱氮率达 90-95，除磷率 97缺点工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐成本高厌氧-缺氧-好氧同步脱氮除磷工艺在原来 A/O 工艺的基础上，嵌入一个缺氧池，并将好氧的混合液回流到缺氧，达到反硝化脱氮的目的，这样厌氧-缺氧-好氧相串联的系统能同时除磷脱氮。厌氧反应