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1、12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 二、生物除磷工艺 三、生物脱氮、除磷工艺,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 污水中氮的存在形式：有机氮和氨氮，少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐氮 传统废水生物处理主要去除废水中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, 氮的去除率为10%-20%, 磷的去除率仅为5%-20%。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 城市污水，炼油污水中，氮是过剩的。 自然界中存在氮循环的自然现象,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理
2、生物处理过程中，有机氮通过微生物的分解和水解转化成氨氮，即氨化作用；通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮、亚硝态氮还原成气态氮逸出，达到脱氮目的。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 (1)氨化反应 氨化反应：无论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化反应。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 (2)硝化过程,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理
3、 (2)硝化过程 硝化反应的条件 从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量 溶解氧及pH：好氧条件，并保持一定的碱度 氧是硝化反应的电子受体，溶解氧的高低，影响硝化反应的进程，硝化反应曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L。 pH值的影响: 硝化反应过程中, 释放H+离子, pH下降, 硝化菌对pH十分敏感，为保持适宜pH值，应保持足够的碱度，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, 适宜的pH值为8.0-8.4。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 (2)硝化过程 硝化反应的条件 营养物质：有机物含量不应
4、过高，BOD5应在15-20mg/L以下。 硝化菌是自养型菌，有机基质浓度不是它的增殖限制因素; BOD5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势种属。 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。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 (2)硝化过程 硝化反应的条件 活性污泥：硝化菌在反应器内的停留时间 (污泥龄) (c) ，必须大于其最小的世代时间, 否则会使微生物流失殆尽。 一般对c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
5、为3d，因此c值为6d，最高可以到10d。c值与温度密切相关，温度低，c取值应相应明显提高。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,硝化反应的条件 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：高浓度的NH4+-N、高浓度的NOX-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 ()反硝化过程,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 (3) 反硝化过程 影响因素 缺氧条件下, 以NO3-N中的氧为电子受体，有机碳为电子供体 碳源 能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮
6、考虑有两类 i. 原废水中所含碳源, 原废水满足下列条件可认为碳源充足： ii. 外加碳源, 多采用甲醇(CH3OH)，甲醇被分解后产物为CO2、H2O, 不留任何难降解的中间产物:,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1. 生物脱氮原理 (3) 反硝化过程 影响因素 对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5 pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。 溶解氧应控制在0.5mgL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时，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
7、，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 1.生物脱氮原理 ()反硝化过程 影响因素 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。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,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，氨态氮氧化为 NO-3-N，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
8、)，或引入原废水,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (1)三段生物脱氮工艺(巴茨(Barth)开创),12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (1)三段生物脱氮工艺 优缺点： 优点：氨化、硝化、反硝化分段独立；氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各有其沉淀池及污泥回流系统，分别控制适宜条件，处理效率高，反应进行速度快且彻底。 缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦。反硝化段在氨化及硝化后，主要靠内源呼吸碳源进行反硝化，效率低，必须在反硝化段投加碳源保证高效稳定的反硝化反应。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮
9、工艺 (1)二段生物脱氮工艺 BOD去除和硝化反应过程放在一起，各段设沉淀及污泥回流系统，除碳和硝化在一个池子进行，设计的污泥负荷要低，HRT及SRT要长，否则，硝化作用降低，反硝化仍需外加碳源。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,两级生物脱氮工艺：BOD去除和 硝化两个反应过程放在一起,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 (80年代初期开创,目前采用广泛采用),12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,反硝化反应器在前，BOD去除、硝化二项反应的综合反应器在后,反硝化以原废水中的有机物为碳源，无需外加碳源。,
10、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,硝化曝气池在后，使反硝化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,特征：教材p149,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,欲提高脱氮率，必须加大内循环比(RN)，导致：一是运行费用增高；二是内循环液带入大量的溶解氧，影响反硝化进程,本系统的脱氮率一般在85以下,缺点：,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 影响运行的因素与主要参数 i. 水力停留时间(HRT) HRT是影响处理
11、效果和反应器规模、尺寸的重要参数。 经验:脱氮效果与反应时间呈线性关系，在硝化与反硝化反应中，硝化反应需时长。对城市废水脱氮系统，硝化与反硝化之比大体为2:1，具体时间则为4.8h:2.4h。 一般硝化与反硝化时间之比介于2:15:1之间。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 影响运行的因素与主要参数 ii. 回流比(R) 内循环回流比取值与要求达到的脱氮效果及反应器类型有关。活性污泥法，取值不低于200%。最佳回流比应当通过试验确定或对运行数据加以归纳分析确定,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工
12、艺 2.生物脱氮工艺 (2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 影响运行的因素与主要参数 iii.生物固体平均停留时间(污泥龄)(c) c应取值较大，以保证在反应器内保持一定浓度的硝化菌。经证实，此值应在30d以上。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 影响运行的因素与主要参数 iv. 混合液悬浮固体浓度(MLSS) MLSS一般应高于3000mgL，当MLSS值低于3000mgL时，反应速度将迅速下降。 试验证实，当MLSS值高于3000mgL时，温度对反应速度的影响很大，MLSS值低时，其影响较小。,12-6 脱氮除磷活性
13、污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (2)前置缺氧-好氧生物脱氮工艺 影响运行的因素与主要参数 v. 负荷率 氮负荷率也是影响本工艺脱氮效果的重要参数。负荷高会使其转化率不完全，影响脱氮效果 对硝化反应 NH3-N负荷率350g(m3.d)，去除率可在90以上， 达到350g(m3d)时，去除率开始下降; 达到430g(m3d)以上时，去除率(即硝化率)将急剧下降。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,一、生物脱氮工艺 2.生物脱氮工艺 (3) 后置缺氧-好氧生物脱氮工艺 可以补充外来碳源，也可以利用活性污泥的内源呼吸提供电子供体还原硝,酸盐，反硝化速率仅是前置缺氧反
14、硝化速率的1/3-1/8，需较长停留时间。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,二、生物除磷工艺 1.概述 来源：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及含磷工业废水 危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧平衡；水质恶化，危害水资源。 包括：有机磷(磷酸甘油酸、磷肌酸)和无机磷(磷酸盐，聚合磷酸盐) 去除方法： 常规活性污泥法的微生物同化和吸附； 生物强化除磷； 投加化学药剂除磷。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,二、生物除磷工艺 1.概述 常规活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5-2.0%，同化作用可除磷12-20%. 生物强化除磷工艺可以使系统排除的剩
15、余活性污泥中磷含量占干重的5-6%。 如还不能满足排放标准，必须借助化学法除磷。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,二、生物除磷工艺 2.生物除磷原理 利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。 厌氧环境：污水中有机物在厌氧发酵产酸菌作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解，产生的能量一部分供聚磷菌生存，一部分供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB(聚羟基丁酸)的形态贮存于体内。 聚磷分解形成的无机磷释放回污水中厌氧释磷。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,好氧环境：进入好氧状态后，聚磷菌将贮存于
16、体内的PHB进行好氧分解并释放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水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内好氧吸磷。 剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。普通活性污泥法通过同化作用可去除磷12-20%。而具有生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中磷量可以占干重的5-6%，去除率基本可满足排放要求。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,好氧条件下聚磷菌摄取磷酸盐； 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。,12-6 脱氮除磷活性污泥法工艺及其设计,二、生物除磷工艺 3.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，应保持绝对厌氧条件，NO3-一类的化合态氧也不允许存在，但在聚磷菌吸氧的好氧反应器内却应保持充足的氧 (2)污泥龄 生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余活泥多少将对脱磷效
