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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,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： 氨氮对鱼类有毒害作用； NO3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；,二、脱氮的物化法,1）氨氮的吹脱法：,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。,
2、第四节 废水生物脱氮的基本原理,一、生物脱氮的基本过程： 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； 硝化(nitrification) 由好氧自养硝化菌将氨氮转化为NO2和/或NO3； 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。,生物脱氮的基本原理,有机氮,氨化作用,亚硝化作用,硝化作用,异养细菌,氨氧化细菌 （自养型）,硝化细菌 （自养型）,反硝化细菌 （异养型）,反硝化细菌 （异养型）,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
3、,绝对好氧条件 碱度和pH值无变化,碱度增大，pH值升高 确氧条件,二、硝化反应（Nitrification）, 分为两步：, 由两组自养型硝化菌分步完成： 氨氧化细菌，或亚硝化细菌（Nitrosomonas）； 亚硝酸盐氧化细菌，或硝化细菌（Nitrobacter）,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。,2、硝化反应过程及反应方程式：,亚硝化反应：,亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/g NH4+-N（113/55/14）；
4、 氧化1mg NH4+-N为NO2-N，需氧3.16mg（7632/55/14）； 氧化1mg NH4+-N为NO2-N，需消耗7.08mg碱度以(CaCO3计)（10950/55/14）,加上合成，则：,2、硝化反应过程及反应方程式：,硝化反应：,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,加上合成，则：,2、硝化反应过程及反应方程式：,总反应：,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
5、；需碱度7.07mg(以CaCO3计)； 不考虑合成，则：氧化1 mg NH4+-N为NO3N，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),加上合成，则：,3、硝化反应的环境条件：,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)； 一般要求进水BOD5在1520mg/l以下； 适宜温度：2030C； 15C，速率下降；5C，完全停止； 污泥龄，须大于其最小世代时间(一般为310天)； 抑制物质： 高浓度的氨氮、（亚）硝酸盐、有机物、重金属离子等,二、反硝化反应,1、反硝化反应过
6、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； 同化反硝化，最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分； 异化反硝化，最终产物为分子态的氮气。,二、反硝化反应,2HNO3,-2H2O,+4H,2HNO2,2HNO,-2H2O,+4H,-2H2O,+4H,-H2O,+2H,2NH2OH,2N
7、H3,N2O,N2,-H2O,异化反硝化,同化反硝化,-2H2O,+2H,+4H,N2O：俗称“笑气”，一种温室气体，应尽量避免其生成。,反硝化反应的方程式,以H为电子供体：,反硝化反应方程式,以甲醇为电子供体：,（2）反硝化反应的影响因素,碳源： 废水中有机物，若BOD5/TKN35时，即可； 外加碳源，多为甲醇； 适宜pH：6.57.5； 溶解氧应控制在0.5mg/l以下； 适宜温度：2040C,生物脱氮反应过程中各项生化反应特征,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；
8、 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。,生物除磷的原理与过程,IPHB（聚羟基丁酸） S聚合磷酸盐,厌氧条件下，除磷菌将磷释放,好氧条件下，除磷菌过量摄取磷,高含磷污泥的排出,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。 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
9、时，除磷率高达87%。 温度： l 530C；,二、生物除磷过程的影响因素,二、生物除磷过程的影响因素,pH值： l 68。 BOD5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。 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。 氧化还原电位： l好氧区的ORP: + 4050mV；缺氧区的ORP: -160 5mV,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（AO工艺） 三、氧化沟生物脱氮工艺 四、生物转盘生物脱氮工艺,一、活性污
10、泥法脱氮传统工艺,1、三级活性污泥法流程：,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。,2、两级活性污泥法脱氮工艺,二、缺氧好氧活性污泥脱氮系统（AO工艺）,又称“前置式反硝化生物脱氮系统”,二、缺氧好氧活性污泥脱氮系统（AO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。,三、氧化沟生物脱氮工艺,四、生物转盘硝化脱氮工艺,第三节 废水生物除磷工
11、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,生物除磷原理与过程,IPHB（聚羟基丁酸） S聚合磷酸盐,厌氧条件下，除磷菌将磷释放,好氧条件下，除磷菌过量摄取磷,高含磷污泥的排出,一、厌氧好氧除磷工艺(AO工艺),一、厌氧好氧除磷工艺(AO工艺),工艺特点： 水力停留时间为36h； 曝气池内的污泥浓度一般在27003000mg/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。,二、Phostrip除磷工艺生物除磷和化学除磷相结合,二、Phostrip除磷工艺,工艺特点： 除磷效果好，处理出水的
12、含磷量一般低于1mg/l； 污泥的含磷量高，一般为2.17.1%； 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。,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。,二、AAO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。,二、AAO同步脱氮除磷工艺,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
13、，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。,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。,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,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,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 oxid
14、ation）； 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,？,-3 NH4+,新型生物脱氮工艺,SHARON 工艺,新型生物脱氮工艺,ANAMMOX工艺,SA组合工艺,作业,39、试简述生物脱氮、生物除磷的原理，并分别给出一个脱氮、除磷和一个能同时脱氮除磷的工艺流程，并说明工艺中每个反应单元的主要功能。 22、某污水含有氨氮（以N计）150mg/L，BOD5浓度为210mg/L，pH值为7.5。设计采用两级活性污泥法脱氮工艺进行处理，硝化池中
15、投加Na2CO3维持pH值，反硝化池中投加甲醇为外加碳源。假设硝化池对氨氮和BOD5的去除率均为95%；反硝化池中的反硝化率为90%，试计算：（1）硝化池中完成硝化作用所需要的氧量以及为维持适宜的pH值所需要投加的Na2CO3的量；（2）反硝化池中所需的甲醇的投加量。（计算过程中可忽略细菌的同化作用） 26、某污水厂，水量为15000m3/d，水温为2035C，COD2500mg/L，为易降解有机废水，设计的工艺流程如图所示，要求最终出水的COD小于100mg/L。请对流程中的UASB反应器、好氧生物选择器、氧化沟三个主要构筑物，通过选取合理的设计参数进行简单的设计计算，要求给出其各自的容积负
16、荷、COD去除率、HRT、和长、宽、高等基本尺寸。29、,活性污泥法反应动力学的应用,【例1】如何用动力学解释pH值对氨氮氧化速率的影响？ 【思考题1】推流式与完全混合式的比较： 19、(4)进水条件和出水水质要求相同时，如果单从反应动力学的角度来考虑，采用推流式曝气池和完全混合式曝气池，那种所需要的池容较小？,pH值对氨氮氧化速率的影响的动力学解释,例1：在一个硝化反应器中，氨氮浓度为130mg/L，T=35C，请通过计算给出当反应器内的pH值分别为6.0和8.0时的氨氧化速率的比值。,研究背景,亚硝化的反应方程式：,亚硝化反应是由氨氧化细菌在好氧、pH值中性偏碱的条件下完成的； 研究表明，亚硝化
