1、第 1 页 第十二讲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；NO 3-和 NO2-可被转化为亚硝胺 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
2、物化法1）氨氮的吹脱法：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 NO3-硝化；再由反硝化菌将 NO2-和 NO3-还原转化为 N2反硝化。二、硝化反应（Nitrification）：分为两步： ； ；由两组自养型硝化菌分步完成：亚硝24OH3酸盐细菌（Nitrosomonas） ；硝酸盐细菌（Nitrobacter）：都是革兰氏染色阴性、不生芽孢的
3、短杆菌和球菌；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（CO 2 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： 硝化反应： 总反应：HONH25.124 325.0NO：氧化 1mg 为 ，氧化 1 mg NH4+-N 为 NO3N，需氧 4.57mg，其中ON2234 N43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p
4、H 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 2030C，15C 以下时，硝化反应的速率下降，小于 5C 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（N 2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，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
5、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，NO 2-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 BOD5/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 6.57.5，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
6、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 2040C，低于 15C 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第 2 页 第十二讲(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二、缺氧好氧活性污泥法脱氮系统（AO 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）磷在废水中的存在形式：通常磷是以磷酸盐（ 、 、 ） 、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废42PO
7、H234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；有一类特殊的细菌磷细菌，可以过量地、超出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，如果从系统中排出这种高磷污泥，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，
8、同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。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：污泥龄为 30d，除磷率为 40%；污泥龄为 17d，除磷率为 50%；而污泥龄
9、为 5d 时，除磷率高达 87%。温度：在 530C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。BOD 5 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；缺氧区的最佳 ORP 为-160 5mV 之间。4-3-2 生物
10、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缺氧反应器 0.51.0水力停留时间（h）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(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.150.7好氧反应器内 DO 浓度(mg/l) 2BOD5/P 515(以10 为宜)三、UCT 工艺四、Phoredox 同步脱氮除磷工艺：在缺氧反应器之前再加一座厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下，有第 3 页 第十二讲更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。4-5 生物脱氮除磷的应用实例
