第七章-脱氮除磷课件

第七章废水生物脱氮除磷与深度处理2023/9/2511概述废水生物脱氮技术废水生物除磷与同步脱氮除磷技术废水深度处理第一节概述氮磷营养元素的危害

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，但还残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。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。2023/9/2522太湖的富营养化2023/9/25332023/10/1442023/10/155678氮磷等营养元素的危害主要表现在以下几个方面：2023/10/199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：①氨氮对鱼类有毒害作用；②NO3−和NO2−可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质（致癌、致畸形、致突变）；③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）；解决的办法主要就是要严格控制污染源，降低排入水环境的废水中的N、P含量；对于城市废水来说，利用传统的活性污泥法进行处理，对N的去除率一般只有40%左右，对磷的去除率一般只有20~30%。一般城市水质与排放标准2023/10/11010吹脱过程包括将废水的pH提高至10.5~11.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。脱氮的物化法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。吹脱法废水中，NH3与NH4

以如下的平衡状态共存：+这一平衡受pH的影响，pH为10.5~11.5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。2023/10/11111调节pH值沉淀池吹脱塔出水排泥进水石灰或石灰乳吹脱法脱氨处理流程2023/10/11212折点加氯曲线13/10/11313折点加氯法:含氨氮的水加氯时，有下列反应：14/10/11314NaOCl贮槽废水折点加氯反应器活性炭吸附塔出水15/10/11315折点加氯法脱氯工艺流程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。离子交换法16/10/11316第二节生物脱氮生物脱氮原理污水中氮的存在形式主要以有机氮和氨氮的形式存在，通常只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮传统的废水生物处理去除废水中呈溶解状态的有机污染物对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分活性污泥理想的营养平衡式为

BOD:N:P=100:5:1氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为5%~20%17/10/11317（1）氨化反应在未经处理的新鲜废水中有机氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等NH3及NH4等氨化菌(水解、氧化)氨化反应无论在好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨2化023反/10/1应1818（1）氨化反应以氨基酸为例：氧化脱氨基水解脱氨基还原脱氨基2023/10/11919（2）硝化反应反应过程氨态氮+NH3及NH4

等硝酸盐氮NO3-N1g氨氮氧化需氧4.57g亚硝酸盐氮NO2-N亚硝化菌硝化菌需氧3.43g需氧1.14g在硝化反应中，还有H+释放2023/10/12020pH2023/10/12121硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量硝化菌生存需要的环境条件①好氧条件，并保持一定的碱度氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，实验结果证实，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg／L。2023/10/12222pH值的影响在硝化反应过程中，释放H+离子，使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，应当在废水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化，1g氨态氮(以N计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.1g。对硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。②pH值2023/10/12323③营养物质混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在15—20mg／L以下。硝化菌是自养型菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。④温度硝化反应的适宜温度是20—30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。2023/10/12424⑤活性污泥硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄)(θc)N，必须大于其最小的世代时间(θc)minN，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。一般对(θc)N的取值应为硝化菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数应大于2。硝化菌的最小世代时间在适宜温度条件下为3d，因此(θc)N值为6d，最高可以到10d。(θc)N值与温度密切相关，温度低，(θc)N取值应相应明显提高。⑥有毒物质除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高2023/10/225254X浓度的NH

-N、高浓度的NO-

-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。(3)反硝化反应反应过程和反硝化菌硝酸氮NO3-NNO2-N亚硝酸氮反硝化菌异化反硝化(细菌组成部分)有机氮化合物同化反硝化氮气(主要过程)异养型兼性菌硝酰基2023/10/22626(3)反硝化反应影响因素生物学特性：反硝化菌为异养型兼性菌在厌氧条件下，以NO3--N为电子受体，以有机碳为电子供体硝化菌生存需要的环境条件①碳源能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑，可有下列二类：一是原废水中所含碳源·当原废水 时即可认为碳源充足。二是外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，因为甲醇被分解后的产物为C02、H2O，不留任何难降解的中间产物。2023/10/22727(3)反硝化反应2023/10/22828影响因素②对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。③溶解氧应控制在0.5mg／L以下反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行，④反硝化反应的最适宜温度是20-40℃，低于15℃反硝化反应速率降低。在冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷；提高废水的水力停留时间。2023/10/229292023/10/23030项

目亚硝化菌硝化菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸（μm）1×1.50.5×1.0革兰氏染色阴性阴性世代期（h）8~3612~59自养性专性兼性需氧性严格好氧严格好氧最大比增长速率μm·h-10.04~0.080.02~0.06产率系数Y(mg细胞/基质mg)0.04~0.130.02~0.07饱和常数K（mg/L）0.6~3.60.3~1.72023/10/23131亚硝化菌和硝化菌的基本特征(4)脱氮新理论生物脱氮原理①短程硝化-反硝化—把两个反应过程分开关键点：控制硝化反应停止在亚硝化阶段研究结果：控制较高的温度（25~35℃），较低的溶解氧和较高的pH值和极短的污泥龄条件2023/10/23232(4)脱氮新理论生物脱氮原理➁厌氧氨氧化ANAMMOX工艺基本原理：在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化成氮气，或者说利用氨作为电子供体，将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气ΔG<0反应能够自发进行，理论上可以提供能量供微生物增长2023/10/23333(4)脱氮新理论生物脱氮原理③亚硝酸型完全自养脱氮

CANNON工艺基本原理：先将氨氮部分氧化成亚硝酸盐氮，控制NH4

与NO2

比例为1:1，然后通过厌氧氨氧化作+

-为反硝化实现脱氮的目的自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应，无需有机碳源，对氧的消耗比传统的硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量2023/10/23434生物脱氮工艺（1）活性污泥法脱氮传统工艺巴茨(Barth)开创三级活性污泥法流程氨化、硝化、反硝化三项反应过程2023/10/23535氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除BOD、COD。BOD5值可降至15—20mg/l左右硝化曝气池，NH3-N及NH4-N在这里氧化为NO--N，3投碱以防止pH值下降。反硝化反应器，采取厌氧—缺氧交替运行方式。作为碳源，可投加

CH3OH(甲醇)，也可以引入原废水2023/10/23636优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各自回流污泥，反应进行速度快且彻底2023/10/23737缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦活性污泥法脱氮传统工艺两级生物脱氮工艺：BOD去除和硝化两个反应过程放在一起2023/10/23838反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水沉淀池内循环（硝化液回流）碱（2）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统80年代初期开创,目前采用广泛“前置式反硝化生物脱氮系统”A/O法脱氮BOD去除、硝化二项反应的综合反应器在后反硝化反应以原废水（缺氧）中的有机物为碳源反硝化反应器在前，硝化反应器内的含有大量硝酸盐的硝化液回流反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右（回流污泥）

硝化曝气池在后，（使剩反余硝污化泥）2023/10/23939残留的有机污染物得以进一步去除，勿需增建后曝气池。本系统流程简单，勿需外加碳源，建设费用与运行费用均较低反硝化反应器BOD去除，硝化反应反应器（好氧）原废水沉淀池（剩余污泥）内循环（硝化液回流）碱（2）缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统“前置式反硝化生物脱氮系统”

A/O法脱氮(A1-O法)缺点处理水来自硝化反应器，含有一定浓度的

硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生反硝化反应使污泥上浮欲提高脱氮率，必须加大内循2023/10/24040环比(RN)，导致：一（是缺运氧行）费用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程（回流污泥）本系统的脱氮率一般在85％以下设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。2023/10/24141为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。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。（3）Bardenpho生物脱氮工艺：2023/10/24242第三节废水生物除磷与同步脱氮除磷技术1、生物除磷原理磷的存在形式

磷酸盐 聚磷酸盐 有机磷对于磷来说，细菌是从外部环境摄取一定量的磷满足生理需要ADP聚磷菌ATP有氧无氧缺氧（DO≈0，NO

-

≈

0）X2023/10/24444“磷的过量摄取”现象聚磷菌除磷的生物化学机制2023/10/24545目前发现60多种细菌和真菌都有聚磷作用（1）厌氧释放磷的过程厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生ATP，利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的基质进入细胞合成聚β-羟基丁酸盐（PHB），同时释放出PO43-产酸菌在厌氧或缺氧条件下分解蛋白质、脂肪、碳水化合物等大分子有机物为可快速降解的基质，这些基质能与聚磷菌混合后诱导磷释放：①甲酸、乙酸、丙酸低级脂肪酸②葡萄糖、乙醇、柠檬酸等③丁酸、乳酸、琥珀酸等聚磷菌除磷的生物化学机制2023/10/24646目前发现60多种细菌和真菌都有聚磷作用①类基质存在是放磷速度较快，污泥初始的线性放磷由①类基质诱导所致，放磷速度与①类基质的浓度无关，仅与活性污泥的浓度和微生物的组成有关。②类基质必须在厌氧条件下转化为①类基质后才能被聚磷菌利用，从而诱导磷的释放。因此诱导放磷的速度主要取决于②类基质转化成①类基质的速度③类基质能否引起磷的释放则与污泥中微生物组成有关。在用该类基质驯化后，其诱导的厌氧放磷速度与①类基质相近聚磷菌除磷的生物化学机制2023/10/24747目前发现60多种细菌和真菌都有聚磷作用（2）好氧吸磷过程

聚磷菌在好氧或缺氧条件下，分解机体内的聚β-羟基丁酸盐和外源基质，产生质子驱动力，将体外的PO43-输送到体内合成ATP和核酸，将过剩PO43-的聚合成细胞贮存物—多聚磷酸盐。聚磷菌能以3~7倍的水平摄取积累或释放出磷？厌氧释放，好氧吸收，最终系统内磷的出路？好氧条件下聚磷菌，过剩摄取磷酸盐；厌氧条件下，释放磷酸盐生物除磷技术就是利用聚磷菌这一功能而开创的2023/10/24848生物除磷过程的影响因素(1)溶解氧在聚磷菌放磷的厌氧反应器内，应保持绝对厌氧的条件，2023/10/24949NO-一类的化合态氧也不允许存在，但在聚磷菌吸氧的3好氧反应器内却应保持充足的氧(2)污泥龄2023/10/25050生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余活泥多少将对脱磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报导称，当污泥龄为30d时，除磷率为40％，污泥龄为17d时，除磷率为50％，而当污泥龄降至5d时，除磷率高达87％。生物除磷过程的影响因素(1)溶解氧(3)温度与pH值2023/10/25151在5—30℃的范围内，都可以取得较好的除磷效果。除磷过程适宜的pH值为6—8(2)污泥龄生物除磷过程的影响因素(1)溶解氧(2)污泥龄(4)BOD5负荷一般认为，较高的BOD5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(判定条件)。有机基质不同对除磷也有影响，一般低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。磷的释放充分，磷的摄取量亦大。(3)温度与pH值2023/10/25252(2)污泥龄生物除磷过程的影响因素(1)溶解氧(5)硝酸氮和亚硝酸氨硝酸氮和亚硝酸氮的存在会抑制细菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下对磷的吸收。据报导，NO3-N浓度应小于2mg／L。但当COD/TN>10时，NO3-N

对生物除磷的影响就减弱了。(4)BOD5负荷2023/10/25353(3)温度与pH值(2)污泥龄生物除磷过程的影响因素(1)溶解氧2、生物除磷工艺（1）弗斯特利普除磷工艺（Phostrip）：72年开创，生物除磷和化学除磷相结合，除磷效果好2023/10/2545455-2023/10/25656曝气池：含磷污水进入，同时还有由除磷池回流的已经释放磷但含有聚磷菌的污泥。使聚磷菌过量摄取磷，去除有机物（BOD和COD），可能还有一定的硝化作用沉淀池（Ⅰ）：泥水分离，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作为处理水排放。除磷池：保持厌氧状态，DO≈0,NOX

≈0,含磷污泥在这里释放磷，并投加冲洗水，使磷充分释放，已释放磷的污泥沉淀于池底，并回流曝气池，再次用于吸收污水中的磷。上清液从上部流出进入混合池。混合池：含磷上清液进入，同步投加石灰乳，经混合后进入搅拌反应池，磷与石灰反应，形成固体磷酸钙。化学法除磷。沉淀池（

Ⅱ）：混凝沉淀，磷酸钙沉淀分离，除磷上清液回流曝气池，含有大量磷酸钙的污泥排出，适宜作肥料。各单元功能：该工艺特征：2023/10/25757生物除磷和化学除磷结合，效果良好，出水含磷低于1mg/L;污泥回流经过除磷池，污泥中含磷约2.1%~7.1%，较高。石灰用量21~31.8mgCa(OH)2/m3污水，比较低。SVI<100，污泥易沉淀，浓缩，脱水，肥分高，污泥不膨胀。可以根据BOD/P的比值来灵活调节回流污泥与混凝污泥量的比例；流程复杂，运行管理麻烦，投加石灰乳运行费用有所提高。建设费用也高。沉淀池（Ⅰ）底部可能形成缺氧状态，产生释放磷的现象。应及时排泥或回流。释放磷曝气池BOD去除，吸收磷原废水2023/10/25858（厌氧）（好氧）（剩余污泥）沉淀池处理水回流污泥（含磷污泥）含磷污泥用作肥料（2）厌氧-好氧除磷工艺：A-O法反应器内停留时间短，一般3h~6h;曝气池内污泥浓度一般在2700~3000mg/L之间；BOD去除率与一般的活性污泥法相同，磷的去除率较好，处理出水一般含磷低于1.0mg/L，去除率大致76%左右。沉淀污泥含磷4%左右，污泥肥效好。混合液SVI≤100，易沉淀，不膨胀。不足：除磷效率难以进一步提高2023/10/25959厌氧-好氧除磷工艺特征：3、生物同步脱氮除磷工艺（1）巴登福(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺2023/10/26060进水厌氧反应器反硝化脱氮；其次是污泥释放磷，硝态氮通过内循环来自第一好氧反应器，污泥则是沉淀池回流的度较低；吸收磷，由于NOX未能有效的去除，因此，磷吸收效果不高。第二好氧反应器的首要功能是吸收磷；第二功能是进一步硝化；第三项功能则是去除BOD去除BOD；硝化，由于BOD

泥水分离。上清液作为处理水排2023/10/26161浓度还较高，因此，硝化程放，含磷污第泥二的厌一氧部反分应作器为的回功流能同第一厌污泥回流到第一氧厌反氧应反器应，器仍，以另脱氮为主一部分则作为剩余污泥排出系统。（2）A—A—O法同步脱氮除磷工艺A2／O法进水沉淀池厌氧池缺氧池好氧池出水内回流污泥回流剩余污泥进气管2023/10/26262Anaerobic-Anoxic-Oxic好氧反应器原废水释放磷氨化回流污泥（含磷）沉淀池（剩余污泥）内循环2Q缺氧反应器厌氧反应器脱氮硝化

吸收磷

去除BOD处理水厌氧反应器的功能是释放磷，进入本单元的除原废水外，

还有从沉淀池排出的污泥缺氧反应器的首要功能是脱氮，由好氧反应器送出的内循环量为2Q(Q为原废水流量)沉淀池的功能为泥水分离，上清液作为处理水排放，部分污泥回流厌氧反应器，在那里释放磷2023/10/2好氧反应器是多功能的，在这里