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第十章 生物 脱氮除磷 工艺

第十章 生物 脱氮除磷 工艺. 概述 生物脱氮工艺与技术 生物除磷工艺与技术 同步脱氮除磷工艺. 第一节 概述. 一、营养元素的危害 二、脱氮的物化法 三、除磷的物化法. 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 ： ① 氨氮对鱼类有毒害作用； ② NO 3  和 NO 2  可被转化为亚硝胺 —— 一种 “ 三致 ” 物质； ③水中 NO 3  高，可导致婴儿患变性血色蛋白症 ——“ Bluebaby ” ；

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第十章 生物 脱氮除磷 工艺

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  1. 第十章 生物脱氮除磷工艺 概述 生物脱氮工艺与技术 生物除磷工艺与技术 同步脱氮除磷工艺

  2. 第一节 概述 一、营养元素的危害 二、脱氮的物化法 三、除磷的物化法

  3. 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： ① 氨氮对鱼类有毒害作用； ② NO3和NO2可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质； 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；

  4. 吹脱塔 进水 调节pH值 沉淀池 出水 石灰或 石灰乳 排泥 吹脱法脱氨工艺流程 二、脱氮的物化法 1）氨氮的吹脱法：

  5. NaOCl 活性炭吸附塔 进水 加氯反应池 出水 二、脱氮的物化法 2）折点加氯法去除氨氮： 每mgNH4+--N被氧化为氮气，至少需要7.5mg的氯。

  6. 再生液脱氮 沸石离子交换床 澄清或过滤 NH3或N2 进水 出水 二、脱氮的物化法 3）选择性离子交换法去除氨氮： 采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。

  7. 三、除磷的物化法（混凝沉淀法） 1）铝盐除磷: 一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2） 2）铁盐除磷：FePO4、 Fe(OH)3 一般用FeCl2、FeSO4或 FeCl3、Fe2(SO4)3 3）石灰混凝除磷: 羟磷灰石

  8. 第四节 废水生物脱氮的基本原理 一、生物脱氮的基本过程： ①氨化(ammonification) ——含氮有机物，在生物处理过程中被（好氧或厌氧）异养微生物氧化分解为氨氮； ②硝化(nitrification) ——由好氧自养硝化菌将氨氮转化为NO2和/或NO3； ③反硝化(denitrification) ——缺氧条件下，在异养反硝化菌的作用下将NO2和NO3还原转化为N2。

  9. O2 O2 O2或无氧 NO2-N NO3-N NH4+-N ②硝化作用 有机物 有机物 NO2-N N2 ③反硝化作用 生物脱氮的基本原理 好氧或厌氧条件 碱度增大，pH值升高 绝对好氧条件 碱度下降，pH值降低 绝对好氧条件 碱度和pH值无变化 氨氧化细菌 （自养型） 硝化细菌 （自养型） 异养细菌 有机氮 ①氨化作用 亚硝化作用 硝化作用 碱度增大，pH值升高 确氧条件 反硝化细菌 （异养型） 反硝化细菌 （异养型）

  10. 二、硝化反应（Nitrification） ● 分为两步： ● 由两组自养型硝化菌分步完成： ①氨氧化细菌，或亚硝化细菌（Nitrosomonas）； ②亚硝酸盐氧化细菌，或硝化细菌（Nitrobacter）

  11. 1、硝化细菌的特性 ●都是革兰氏阴性、无芽孢的短杆菌和球菌； ●强烈好氧，不能在酸性条件下生长； ●无需有机物，以无机含氮化合物为能源，以无机C（CO2或HCO3-）为碳源； ●化能自养型； ●生长缓慢，世代时间长。

  12. 2、硝化反应过程及反应方程式： ①亚硝化反应： 加上合成，则： ●亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/g NH4+-N（113/55/14）； ●氧化1mg NH4+-N为NO2--N，需氧3.16mg（7632/55/14）； ●氧化1mg NH4+-N为NO2--N，需消耗7.08mg碱度以(CaCO3计)（10950/55/14）

  13. 2、硝化反应过程及反应方程式： ②硝化反应： 加上合成，则： ●硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14) ●氧化1mg NO2-N为NO3-N，需氧 1.11mg(195*32/400/14) ●几乎不消耗碱度

  14. 2、硝化反应过程及反应方程式： ③总反应： 加上合成，则： ●总的细菌产率是： 0.02g/gNO2-N(113/400/14)； ●氧化1mgNH3-N为NO3-N，需氧4.27mg；需碱度7.07mg(以CaCO3计)； ●不考虑合成，则：氧化1 mg NH4+-N为NO3—N，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)

  15. 3、硝化反应的环境条件： ①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8.0~8.4)； ②一般要求进水BOD5在15~20mg/l以下； ③适宜温度：20~30C； < 15C，速率下降；<5C，完全停止； ④污泥龄，须大于其最小世代时间(一般为3~10天)； ⑤抑制物质： 高浓度的氨氮、（亚）硝酸盐、有机物、重金属离子等

  16. 二、反硝化反应 1、反硝化反应过程及反硝化菌 ●定义：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，并不是一类专门的细菌，分属近十个不同的属，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； ●①同化反硝化，最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分； ②异化反硝化，最终产物为分子态的氮气。

  17. 二、反硝化反应 同化反硝化 +4[H] 2NH2OH 2NH3 -2H2O +4[H] +4[H] +4[H] 2HNO3 2HNO2 2[HNO] -2H2O -2H2O +2[H] -2H2O -H2O +2[H] N2O N2 -H2O 异化反硝化 N2O：俗称“笑气”，一种温室气体，应尽量避免其生成。

  18. 反硝化反应的方程式 • 以[H]为电子供体：

  19. 反硝化反应方程式 • 以甲醇为电子供体：

  20. （2）反硝化反应的影响因素 ●碳源： ①废水中有机物，若BOD5/TKN>3~5时，即可； ②外加碳源，多为甲醇； ●适宜pH：6.5~7.5； ●溶解氧应控制在0.5mg/l以下； ●适宜温度：20~40C

  21. 生化反应类型 去除有机物 硝化 反硝化 亚硝化 硝化 微生物 好氧菌及兼性菌 自养型菌 自养型菌 兼性菌 异养型菌 能源 有机物 化能 化能 有机物 电子受体 O2 O2 O2 NO2-、NO3- 溶解氧 1~2mg/l以上 2mg/l以上 2mg/l以上 0~0.5mg/l 碱度 无变化 7.14mg/ 1mgNH4+-N 无变化 还原1mgNO3--N或NO2--N生成3.57mg碱度 耗氧 分解1mg有机物（BOD5）需氧2mg 氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg 氧化1mg NO2---N需氧1.14mg 分解1mg有机物需NO2---N 0.58mg，NO3---N0.35mg 最适pH值 6~8 7~8.5 6~7.5 6~8 最适水温 15~25C 30C 30C 34~37C 增殖速度(d-1) 1.2~3.5 0.21~1.08 0.28~1.44 好氧分解的1/2~1/2.5 生物脱氮反应过程中各项生化反应特征

  22. 第五节 废水生物除磷原理 （1）有关废水中的磷的基本概念： l废水中的存在形式： 无机磷酸盐（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、 聚磷酸盐 有机磷，等； l所有细菌都从环境中摄取磷； l磷细菌（也称为聚磷菌、除磷菌），可过量、超出生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内， l从系统中排出这种高磷污泥，就可达到除磷的目的。

  23. I——PHB（聚羟基丁酸） S——聚合磷酸盐 生物除磷的原理与过程 好氧条件下，除磷菌过量摄取磷 厌氧条件下，除磷菌将磷释放 高含磷污泥的排出

  24. 二、生物除磷过程的影响因素 ①溶解氧： l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在； l好氧池内：充足的溶解氧。 ②污泥龄： l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果； l有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。 ③温度： l 5~30C；

  25. 二、生物除磷过程的影响因素 ④pH值： l 6~8。 ⑤BOD5负荷： l BOD/TP > 20； l小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强； l磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。 ⑥硝态氮 l硝酸盐应小于2mg/l；当COD/TKN  10，硝酸盐的影响就减弱了。 ⑦氧化还原电位： l好氧区的ORP: + 40~50mV；缺氧区的ORP: -160~ 5mV

  26. 第二节 废水生物脱氮工艺与技术 一、活性污泥法脱氮传统工艺 二、缺氧—好氧活性污泥法生物脱氮系统（A—O工艺） 三、氧化沟生物脱氮工艺 四、生物转盘生物脱氮工艺

  27. ①碳化： ②氨化： 一、活性污泥法脱氮传统工艺 1、三级活性污泥法流程：

  28. 1、三级活性污泥法流程： • 由Barth首先开创； • 三级各自具有独立的污泥系统； • 优点： 氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行，反应速率快且较彻底； • 缺点： 处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。

  29. 2、两级活性污泥法脱氮工艺

  30. 二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺）二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺） ——又称“前置式反硝化生物脱氮系统”

  31. 二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺）二、缺氧——好氧活性污泥脱氮系统（A—O工艺） • 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； • 硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。

  32. 三、氧化沟生物脱氮工艺

  33. 好氧碳化及硝化 好氧 缺氧 脱氮 进 水 BOD去除 四、生物转盘硝化脱氮工艺

  34. 第三节 废水生物除磷工艺与技术 • 厌氧—好氧生物除磷工艺 • 生物法与化学法结合的除磷工艺

  35. 生物除磷原理与过程 好氧条件下，除磷菌过量摄取磷 厌氧条件下，除磷菌将磷释放 高含磷污泥的排出 I——PHB（聚羟基丁酸） S——聚合磷酸盐

  36. 一、厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺)

  37. 一、厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺) 工艺特点： • 水力停留时间为3~6h； • 曝气池内的污泥浓度一般在2700~3000mg/l； • 磷的去除效果好（~70%），出水中磷的含量低于1mg/l； • 污泥中的磷含量约为4%，肥效好； • SVI小于100，易沉淀，不易膨胀。

  38. 二、Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合二、Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合

  39. 二、Phostrip除磷工艺 工艺特点： • 除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l； • 污泥的含磷量高，一般为2.1~7.1%； • 石灰用量较低； • 污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。

  40. 第四节 同步脱氮除磷工艺 一、Bardenpho同步脱氮除磷工艺 工艺特点： • 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。

  41. 二、A—A—O同步脱氮除磷工艺 工艺特点： • 工艺流程比较简单； • 厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生； • 无需投药，运行费用低。

  42. 水力停留时间 （h） 厌氧反应器 0.5~1.0 缺氧反应器 0.5~1.0 好氧反应器 3.5~6.0 污泥回流比(%) 50~100 混合液内循环回流比(%) 100~300 混合液悬浮固体浓度(mg/l) 3000~5000 F/M(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.15~0.7 好氧反应器内DO浓度(mg/l) 2 BOD5/P 5~15(以10为宜) 二、A—A—O同步脱氮除磷工艺

  43. 三、Phoredox同步脱氮除磷工艺 工艺特点： • 在缺氧反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的释放，从而保证在好氧条件下，有更强的吸收磷的能力，提高除磷效果。

  44. 厌氧段 缺氧段 缺氧段 好氧段 四、UCT工艺 ——含NO3-N的污泥直接回流到厌氧池，会引起反硝化作用，反硝化菌将争夺除磷菌的有机物而影响除磷效果，因此提出UCT（Univercity of Cape Town）工艺。

  45. TP(mg/l) TN(mg/l) 原废水 2~4 30 处理水  1.0 NH3-N  1.0 TKN  6 第五节 生物脱氮除磷的应用实例 1、昆明兰花沟废水处理厂

  46. 水力停留时间（h） BOD5 (mg/l) 溶解氧（mg/l） SS (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) 污泥回流比 （%） 混合液内循环回流比（%） A A O A A O 原废水 200 250 40 5 1 2 5 0.2 0.5 1.5~2 25~100 100~200 处理出水  20  30  15  2 第五节 生物脱氮除磷的应用实例 2、广州大坦沙废水处理厂

  47. 生物脱氮工艺的新进展 l好氧反硝化（aerobic denitrification）； l异养硝化（heterotrophic nitrification）； l厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation）； l由自养硝化细菌引起的反硝化(denitrification by autotrophic nitrifying bacteria)等 • SHARON工艺； • ANAMMOX工艺； • OLAND工艺等

  48. +3 NO2- +5 NO3- NO2- +3 N2 0 -3 NH4+ ？

  49. 新型生物脱氮工艺 SHARON 工艺

  50. 新型生物脱氮工艺 • ANAMMOX工艺 S－A组合工艺

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