清华大学《水处理工程2》—第12讲脱氮除磷

1、生物脱氮除磷原理与工艺4-1 概述一、营养元素的危害氨氮会消耗水体中的溶解氧； 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有毒害作用： 氨氮对鱼类有毒害作用； NO3-和N02-可被转化为亚硝胺一一一种“三致”物质；水中NO3-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症“ Bluebaby” ；加速水体的“富营养化”过程；所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化， 其主要因子是N和P （尤其是P）;控制污染源，降低废水中的N、P含量；对城市废水，传统的活性污泥法，对N的去除率只有 40%左右，对磷的去除率只有 2030%。二、脱氮的物化法1）氨氮的吹脱法： 2）

2、折点加氯法去除氨氮： 3）选择性离子交换法去除氨氮：三、除磷的物化法（混凝沉淀法）1）铝盐除磷； 2）铁盐除磷： 3）石灰混凝除磷4-2 生物脱氮技术4-1-1 生物脱氮原理一、定义：污水中的含氮有机物， 在生物处理过程中被异养微生物氧化分解为氨氮氨化； 由自养型的硝化菌将氨氮转化为NO2-和NO 3-硝化；再由反硝化菌将 NO2-和NO 3-还原转化为N2反硝化。二、硝化反应（Nitrification）:分为两步：NH4 NO2 ；N02 NO3 ;由两组自养型硝化菌分步完成：亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）；硝酸盐细菌（Nitrobacter）:都是革兰氏染色阴性、不生芽抱的短杆

3、菌和球菌；强烈好氧，不能 在酸性条件下生长；无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C（ C02或HCO3-）为碳源；化能自养型；生长缓慢，世代时间长。（ 1）硝化反应过程及反应方程式： 亚 硝 化 反 应 ： NH 4 1.5O2 NO2 H2O 2H 硝 化 反 应 ： NO2 0.5O2 NO3 总 反 应 ： NH 4 202 NO3 H2O 2H :氧化 1mg NH4 N 为 NQ N，氧化 1 mg NH4+-N 为 N03N，需氧 4.57mg，其中 亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg（以CaCO3计）（2）硝化反应的环境条件：硝化菌对

4、环境的变化很敏感：好氧条件（DO不小于1mg/l），并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值（适宜的pH为8.08.4）:进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求BOD5在1520mg/l以下；硝化反应的适宜温度是2030 C，15 C以下时，硝化反应的速率下降，小于5 C时，完全停止；硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间（一般为310天）；高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反 应有抑制作用。二、反硝化反应（1） 反硝化反应过程及反硝化菌：反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，

5、并不是一类专门的细菌， 它们大量存在于土壤和污水处理系统中， 如变形杆菌、 假单胞菌等， 土壤微生物中有 50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；反硝化菌能在缺氧条件下，以NO2-N 或 NO3-N 为电子受体，以有机物为电子供体， 而将氮还原； 在反硝化菌的代谢活动下， NO2-N 或 NO3-N 中的 N 可以有两种转化途径： 同化反硝化， 即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；异化反硝化，即最终产物为分子态的氮气。（2） 反硝化反应的影响因素：碳源：一是原废水中的有机物，当废水的B O D 5/TKN 大于 35时，可认为碳源充足；二是外 加碳源，多采用甲醇；适宜的 pH 值是 6

6、.57.5， pH 值高于 8 或低于 6，反硝化速率将大大下降；反硝化菌适于在缺氧条件 下发生反硝化反应， 但另一方面， 其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成， 所以反硝化反应宜于在缺氧、 好氧交替的条件 下进行，溶解氧应控制在 0.5mg/l以下；最适宜温度为 2040 C,低于15 C其反应速率将大为降低。4-2-2 生物脱氮工艺一、活性污泥法脱氮传统工艺（1）Barth 开创的三级活性污泥法流程：（2）两级活性污泥法脱氮工艺第 1 页 第十二讲二、 缺氧好氧活性污泥法脱氮系统（A O工艺）三、氧化沟硝化脱氮工艺四、生物转盘硝化脱氮工艺4-3废水生物除磷技术4-3-1生物除磷过程（1）磷

7、在废水中的存在形式：通常磷是以磷酸盐（H2PO4、HP。2、PO：）、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废水中；细菌一般是从外部环境摄取一定量的磷来满足其生理需要；有一类特殊的细菌一一磷细菌，可以过量地、超岀其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排岀这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。（2）除磷菌的过量摄取磷：好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。（3）除磷菌的磷释放：在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP,并

8、利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排岀体外。 一般，在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。二、生物除磷过程的影响因素溶解氧：在除磷菌释放磷的厌氧反应器内，应保持绝对的厌氧条件，即使是NO3-等一类的化合态氧也不允许存在；在除磷菌吸收磷的好氧反应器内，则应保持充足的溶解氧。污泥龄：生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有很大影响，一般污泥短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；有报道称

9、：污泥龄为30d，除磷率为40% ;污泥龄为17d，除磷率为50%;而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。温度：在530 C的范围 内，都可以取得较好的除磷效果；pH值：除磷过程的适宜的 pH值为68。BOD5负荷：一般认为，较高的 BOD负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是BOD/TP = 20 ;有机基质的不同也会对除磷有影响，一般小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。硝酸盐氮和亚硝酸盐氮：硝酸盐的浓度应小于 2mg/l ；当COD/TKN 10,硝酸盐对生物除磷的影响就减弱了。氧化还原电位：好氧区的ORP应维持在+4050mV之间；缺氧区的

10、最佳 ORP为-1605mV之间。4-3-2 生物除磷工艺一、Phostrip除磷工艺：生物除磷和化学除磷相结合的工艺。二、厌氧一一好氧除磷工艺4-4同步脱氮除磷工艺一、Bardenpho同步脱氮除磷工艺：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助 功能；脱氮除磷的效果良好。二、AAO同步脱氮除磷工艺：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀 之虞；无需投药，运行费用低。厌氧反应器0.51.0水力停留时间（h）缺氧反应器0.51.0好氧反应器3.56.0污泥回流比（）50100混合液内循环回流比（）100300混合液悬浮固体浓度（mg/l）30005000F/M(kg