第七节 生物脱氮除磷

1、 城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝大部城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的分悬浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等化合物。悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等化合物。氮磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，氮磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，影响饮用水水源。引起水体的富营养化，影响饮用水水源。 如二级污水处理厂出水进一步处理，当出流如二级污水处理厂出水进一步处理，当出流标准是某种特定的污染物或以回用为目的时，则标准是某种特定的污染物或以回用为目的时，则处理工艺称为处理工艺称为深度处理

2、深度处理。若是全面提高出水水质，。若是全面提高出水水质，则称为则称为三级处理三级处理。存在形式：存在形式： 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。生活污水中有机氮约占四种形式存在。生活污水中有机氮约占60%，氨，氨氮约占氮约占40%，硝态氮含量极低。，硝态氮含量极低。去除方法：去除方法： 化学法和生物法，其中化学法主要有吹脱法、折化学法和生物法，其中化学法主要有吹脱法、折点加氯法、离子交换法。点加氯法、离子交换法。危害：缓流水体的富营养化危害：缓流水体的富营养化农作物贪青倒伏农作物贪青倒伏化学法除氮废水中，废水中，NH3与与NH4以如

3、下的平衡状态共存：以如下的平衡状态共存： 这一平衡受这一平衡受pH值的影响，值的影响，pH值为值为10.511.5时，因废水中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱时，因废水中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的pH值提高值提高至至10.511.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。行。OHNHOHNH423（2）折点加氯法）折点加氯法含氨氮的水加氯时，有下列反应：含氨氮的水加氯时，有下列反应： 通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为减通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为减少氯的投量，常与生物硝化联用，

4、先硝化再除微量的少氯的投量，常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。残留氨氮。(3) 离子交换法离子交换法常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生2、生物除氮(1) 生物脱氮机理生物脱氮机理生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为转化为N N2 2和和N Nx xO O气体的过程。其中包括硝化和反硝化气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。两个反应过程。OHCONOHCONHOHC22275M23ZYXa

5、.合成反应：去除合成反应：去除20%-40%氮氮O19HNOH3C3HCOOH14CH3NO2275M233b.氨化反应：氨化反应：新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NHNH3 3及及NH4NH4+ +等。等。微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作氨化作用用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其

6、含氮衍生物，其中分解能力强，并释放出氨的微生含氮衍生物，其中分解能力强，并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：c.硝化反应：硝化反应：硝化反应是在好氧条件下，将硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为转化为NO2-和和NO3-的过程。的过程。总反应方程式n硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度，溶解氧，污泥龄，较为敏感。温度，溶解氧，污泥龄，pH，有机负荷等都，有机负荷等都会对它

7、产生影响。会对它产生影响。硝化过程的影响因素硝化过程的影响因素硝化菌是自养菌，其世代周期长（约硝化菌是自养菌，其世代周期长（约3天）天），污泥龄，污泥龄应大于应大于2倍的时代周期长。倍的时代周期长。硝化菌生长率低，受环境条件影响大，适宜温度硝化菌生长率低，受环境条件影响大，适宜温度20-30，低于，低于15 ，反应速率下降，低于，反应速率下降，低于5 几乎完几乎完全停止。全停止。硝化菌是自养菌，当硝化菌是自养菌，当BOD5值过高时，异养菌快速生值过高时，异养菌快速生长，抑制了硝化菌的生长。长，抑制了硝化菌的生长。硝化过程需氧，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含硝化过程需氧，在硝化反应的曝气池内，溶

8、解氧含量不得低于量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在，多数学者建议溶解氧应保持在1.22.0mg/l。硝化产生硝化产生H+，为促进反应，为促进反应，PH值保持值保持7-8。 反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮氮(NO3-)和亚硝酸盐氮和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。还原为氮气的过程。d.反硝化反应：反硝化反应：总反应方程式n反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子为电子进行呼吸；在无氧而有进行呼吸；在无氧而有NO3-或或NO2-存在时，则以存在时，则以

9、NO3-或或NO2-为电为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。反硝化过程的影响因素反硝化过程的影响因素反硝化需要碳源，当废水中反硝化需要碳源，当废水中BOD5/TN35时，认时，认为碳源充足，勿需另加碳源，当废水中为碳源充足，勿需另加碳源，当废水中BOD5/TN35时，需另加碳源，一般加甲醇。时，需另加碳源，一般加甲醇。PH值适宜值为值适宜值为6.57.5。温度：最适宜温度是温度：最适宜温度是20-40，低于，低于15反硝化反应反硝化反应速率降低。速率降低。溶解氧：反硝化菌是兼性菌，反硝化过程在无氧条溶解氧：反硝化菌是兼性菌，反

10、硝化过程在无氧条件下，利用件下，利用NO3-或或NO2-中的氧进行呼吸，另外，反中的氧进行呼吸，另外，反硝化菌体内某些酶系统合成又需要氧分子，所以反硝化菌体内某些酶系统合成又需要氧分子，所以反硝化反应在缺氧状态下进行，溶解氧不能大，又不硝化反应在缺氧状态下进行，溶解氧不能大，又不能为零，能为零，DO 0.5mg/l。1969年由美国的年由美国的Barth提出，它将有机物氧化，提出，它将有机物氧化，硝化及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己硝化及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。a. 三段生物脱氮工艺三段生物脱氮工艺优点：氨化

11、菌、硝化菌、反硝化菌分别生长在各自适优点：氨化菌、硝化菌、反硝化菌分别生长在各自适宜的环境中，反应速度快；不同性质的污泥分别在不宜的环境中，反应速度快；不同性质的污泥分别在不同的沉淀池中沉淀分离和回流，运行管理较为方便，同的沉淀池中沉淀分离和回流，运行管理较为方便，易于掌握，灵活性和适应性大，运行效果好。易于掌握，灵活性和适应性大，运行效果好。缺点：处理构筑物多，设备较多，管理复杂，目缺点：处理构筑物多，设备较多，管理复杂，目前很少应用。前很少应用。因前两个好氧段可合并，逐渐变为两段后置反硝化因前两个好氧段可合并，逐渐变为两段后置反硝化b. 二级生物脱氮工艺二级生物脱氮工艺回流污泥PH调节硝化

12、池原水沉淀沉淀脱氮池二相活性污泥脱氮工艺流程回流污泥碳源出水c. 单级生物脱氮系统单级生物脱氮系统优点：没有中间沉淀池，只设一个最终沉淀池，优点：没有中间沉淀池，只设一个最终沉淀池，处理设备少。处理设备少。缺点：反硝化碳源不足，难于控制，出水水质难缺点：反硝化碳源不足，难于控制，出水水质难于保证。于保证。单相活性污泥法脱氮工艺流程硝化原水出水沉淀脱氮回流污泥碳源PH调节为解决反硝化过程中需投加碳源的问题，将缺氧段为解决反硝化过程中需投加碳源的问题，将缺氧段位于系统前面，从曝气池末端回流含有大量硝酸盐位于系统前面，从曝气池末端回流含有大量硝酸盐的混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮，反硝化反的混合液

13、，在缺氧池中进行反硝化脱氮，反硝化反应以原污水中的有机物为碳源。应以原污水中的有机物为碳源。d. 缺氧缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺(A/O)优点：优点：流程比较简单，装置少，不需外加碳源及流程比较简单，装置少，不需外加碳源及碱度；基建及运行费用较低。碱度；基建及运行费用较低。缺点：缺点：处理水来自硝化反应器，水中含有一定浓处理水来自硝化反应器，水中含有一定浓度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，会在度的硝酸盐，如果沉淀池运行不当，会在沉淀池内发生反硝化反应，使污泥上浮，沉淀池内发生反硝化反应，使污泥上浮，导致处理水恶化；导致处理水恶化；欲提高脱氮率，必须加大回流比，从而导欲提高脱氮率，必须

14、加大回流比，从而导致处理费用增高；致处理费用增高；循环液来自曝气池，含有一定的循环液来自曝气池，含有一定的DO，难使，难使硝化池内保持理想的缺氧状态，影响反硝硝化池内保持理想的缺氧状态，影响反硝化进程，一般脱氮率难以达到化进程，一般脱氮率难以达到90%。通过投加铝盐、铁盐、石灰等化学药剂反应生成不通过投加铝盐、铁盐、石灰等化学药剂反应生成不溶的沉淀物。溶的沉淀物。普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的的1.5-2.0，通过同化作用可去除磷，通过同化作用可去除磷1030。生生物法（强化）除磷利用好氧微生物中聚磷菌在好氧物法（强化）除磷利用好氧微

15、生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中条件下对污水中溶解性磷酸盐溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。生物强化除磷工艺可以使得系统沉淀分离而除磷。生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到细胞干重的排除的剩余污泥中磷含量占到细胞干重的56生物除磷：利用聚磷菌一类的微生物，能够过量地，在数量上生物除磷：利用聚磷菌一类的微生物，能够过量地，在数量上超过其生理需要的，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形超过其生理需要的，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水中除磷的效果。

16、中除磷的效果。厌氧环境中：聚磷菌将体内积聚的磷分解，分解产生的能量厌氧环境中：聚磷菌将体内积聚的磷分解，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为苷转化为PHB(聚聚羟基丁酸羟基丁酸)的形态储藏于体内。聚磷分解形的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷厌氧释磷好氧环境中：聚磷菌将储存于体内的好氧环境中：聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸收污出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动

17、吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷好氧吸磷厌氧条件下的大量放磷是好氧条件下过量摄取磷的前提，也厌氧条件下的大量放磷是好氧条件下过量摄取磷的前提，也是整个除磷过程的关键是整个除磷过程的关键。生物除磷机理生物除磷机理生物除磷机理图Phostrip去除磷工艺流程A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。有机污染物及磷的处理系统。2. A/O生物除磷工艺生物除磷工艺 厌氧-好氧除磷工艺流程巴顿普巴顿普(Bardenpho)(Bardenpho)脱氮脱氮除磷工艺除磷工艺各单元功能：第一厌氧反应器：脱氮、释磷；各单元功能：第一厌氧反应器：脱氮、释磷；第一好氧反应器：去除第一好氧反应器：去除BODBOD、硝化、吸磷；、硝化、吸磷；第二厌氧反应器：脱氮、释磷；第二厌氧反应器：脱氮、释磷；第二好氧反应器：吸磷、硝化；第二好氧反应器：吸磷、硝化；沉淀池：泥水分离沉淀池：泥水分