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1、水中的磷水中的磷有机磷有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷无机磷磷酸盐：正磷酸盐磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐、磷酸氢盐(HPO42-) 、 磷酸二氢盐磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐、偏磷酸盐(PO3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74) 、三磷酸盐、三磷酸盐(P3O105-)、 三磷酸氢盐三磷酸氢盐(HP3O92-) 1. 磷的存在形式磷的存在形式专题六：生物除磷工艺专题六：生物除磷工艺1 1一般城市污水水质与排放要求项项 目目进水水质进水水质/（mgL-1）国家排放标准国家排放标准/（mgL-1）一级一级A一级一级BCOD
2、cr2503005060BOD51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP560.512 2常规活性污泥法的微生物同化和吸附 普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的普通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%，通过同化作用可去除磷，通过同化作用可去除磷12%20%。 生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含量占到干重含量占到干重5%6%。 如果还不能满足排放标准，就必如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。须借助化学法除磷。生物强化除磷工艺2. 磷的去除
3、方法磷的去除方法3 3 在厌氧条件下（氧化还原电位在厌氧条件下（氧化还原电位ORP在在-200-300mV之间），污水之间），污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；而活性污泥中中的有机物在厌氧发酵产酸菌的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为正磷酸盐的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷分解为正磷酸盐（PO43-）释放胞外，并从中获取能量，分解产生的能量一部分供聚磷）释放胞外，并从中获取能量，分解产生的能量一部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收污水中易降解挥发性脂肪酸菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收污水中易降解挥发性
4、脂肪酸（VFA），合成储能物质聚），合成储能物质聚羟基丁酸（羟基丁酸（PHB）等储于胞内。）等储于胞内。聚磷分聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：4 4进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释进行好氧分解并释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，这就是好氧吸磷。酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。好氧环境中： 剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是从
5、污水中去除的含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。好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过排放剩余污泥完成高效除磷物质。好氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过排放剩余污泥完成高效除磷的目的。磷的目的。 剩余污泥的排放：5 5生物除磷机理6 6（1 1）厌氧环境条件：）厌氧环境条件：）厌氧环境条件：）厌氧环境条件：（a）氧化还原电位：氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现，在批式试验等人研究发现，在批式试验中，反硝化完成后，中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开始放磷，放磷时突然下降，随后开始放磷，放磷时ORP一般小于一般小于100mV；（b）溶解氧浓度：厌氧区如存
6、在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；消耗易降解有机质；（c）NOx-浓度：产酸菌利用浓度：产酸菌利用NOx- 作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质反硝化时消耗易生物降解有机质。3. 生物除磷影响因素：7 7（2 2）有机物浓度及可利用性：）有机物浓度及可利用性：）有机物浓度及可利用性：）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大，传
7、统水质指标很难反映有机物组成和性率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性质，质， （3 3）污泥龄：）污泥龄：）污泥龄：）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同时耗用更多的时耗用更多的BOD。 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。8 8（4 4）pHpH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pHpH为为中性和微碱性，不合适时应调节。中性和微碱性，不合适时应调节。（5 5）温度：
8、温度：温度：温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFAVFA。9 9（1 1）. .泥龄的矛盾泥龄的矛盾 对于脱氮微生物而言，繁殖速度慢，世代时间较长，一般应对于脱氮微生物而言，繁殖速度慢，世代时间较长，一般应控制在控制在3-5d以上，有的可高达以上，有的可高达10-15d；对于除磷系统，泥龄越短，；对于除磷系统，泥龄越短，污泥含磷量越高，污泥的产磷率也越高，使得通过剩余污泥的排污泥含磷量越高，污泥的产磷率也越高，使得通过剩余污泥的排放而去除的磷量也就越多，
9、泥龄应控制在放而去除的磷量也就越多，泥龄应控制在3.5-7d。4 4、氮磷去除的矛盾关系、氮磷去除的矛盾关系、氮磷去除的矛盾关系、氮磷去除的矛盾关系硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾，若泥龄太高，不利于磷的硝化菌和聚磷菌在泥龄上存在着矛盾，若泥龄太高，不利于磷的去除；泥龄太低，硝化细菌无法存活，且泥量过大也会影响后续污泥去除；泥龄太低，硝化细菌无法存活，且泥量过大也会影响后续污泥处理。当两类微生物共用一个污泥回流系统时，整个系统的泥龄不得处理。当两类微生物共用一个污泥回流系统时，整个系统的泥龄不得不控制在一个很窄的范围。这种调和虽然使系统具备同时脱氮除磷的不控制在一个很窄的范围。这种调和虽然使系
10、统具备同时脱氮除磷的效果，却不能使两类微生物发挥各自的优势。效果，却不能使两类微生物发挥各自的优势。1010（2 2）. .碳源的矛盾碳源的矛盾在脱氮除磷系统中，碳源主要应用于反硝化、释磷和异养在脱氮除磷系统中，碳源主要应用于反硝化、释磷和异养菌的正常代谢方面。对于硝化阶段，硝化菌的产率低、比增长速菌的正常代谢方面。对于硝化阶段，硝化菌的产率低、比增长速率小，使硝化菌的生长受到抑制，一般认为系统有机负荷较小时，率小，使硝化菌的生长受到抑制，一般认为系统有机负荷较小时，处理系统的硝化反应才能正常进行；厌氧环境下反硝化与释磷也处理系统的硝化反应才能正常进行；厌氧环境下反硝化与释磷也存在对碳源的竞争
11、。存在对碳源的竞争。 在城市污水生物脱氮除磷系统中，在释磷和反硝化之间，存在在城市污水生物脱氮除磷系统中，在释磷和反硝化之间，存在着争夺易生物降解低分子有机物的矛盾，而硝化过程又存在着对碳着争夺易生物降解低分子有机物的矛盾，而硝化过程又存在着对碳源的排斥作用，在整个处理系统中，形成了碳源供需不平衡的矛盾源的排斥作用，在整个处理系统中，形成了碳源供需不平衡的矛盾关系。关系。1111（3 3）. .硝酸盐的矛盾硝酸盐的矛盾硝酸盐的存在是硝化的先决条件，是脱氮的必要中间产物；硝酸盐的存在是硝化的先决条件，是脱氮的必要中间产物；而硝酸盐的存在会抑制聚磷菌的释磷和摄磷能力及而硝酸盐的存在会抑制聚磷菌的释
12、磷和摄磷能力及PHBPHB的合成能力的合成能力。 常规工艺中，由于污泥回流将不可避免的将一部分硝酸盐带入常规工艺中，由于污泥回流将不可避免的将一部分硝酸盐带入厌氧区，严重影响了聚磷菌的释磷效率，尤其当进水中挥发性有机厌氧区，严重影响了聚磷菌的释磷效率，尤其当进水中挥发性有机物较少，污泥负荷较低时，硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸物较少，污泥负荷较低时，硝酸盐的存在甚至会导致聚磷菌直接吸磷。磷。12125. 生物脱氮除磷工艺生物脱氮除磷工艺剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流生物脱氮除磷系统主要由厌氧池生物脱氮除磷系统主要由厌氧池(Anaerob
13、ic)、缺氧池、缺氧池(Anoxic)、好氧池、好氧池(Oxic)3个部分组成。个部分组成。1313（1 1）、脱氮除磷基础工艺（）、脱氮除磷基础工艺（）、脱氮除磷基础工艺（）、脱氮除磷基础工艺（A A2 2/O/O工艺）工艺）工艺）工艺）剩余污泥剩余污泥出水出水缺氧池缺氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流100%好氧池好氧池混合液回流混合液回流400%缺氧池缺氧池好氧池好氧池1).Bardenpho1).Bardenpho工艺工艺 1414剩余污泥剩余污泥出水出水缺氧池缺氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流100%好氧池好氧池混合液回流混合液回流400%缺氧池缺氧池好氧池好氧池厌氧池
14、厌氧池2). 2). PhoredoxPhoredox 工艺工艺 剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流(10%-50%)缺氧池缺氧池混合液回流混合液回流(100%-400%)3). A3). A2 2/O/O工艺工艺 1515 进水进水进水进水沉淀池沉淀池沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池好氧池好氧池剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥内回流内回流内回流内回流污泥回流污泥回流污泥回流污泥回流进进进进气气气气管管管管1616A A2 2/O/O工艺特点工艺特点: :1717(2)(2)、A A2 2/O /O 的改
15、进工艺的改进工艺的改进工艺的改进工艺 1).1).试图解决碳源问题的脱氮除磷工艺试图解决碳源问题的脱氮除磷工艺剩余污泥剩余污泥出水出水缺氧池缺氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流厌氧池厌氧池(a) (a) 倒置倒置A2/O工艺工艺181819192).2).试图解决硝酸盐问题的脱氮除磷工艺试图解决硝酸盐问题的脱氮除磷工艺剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流缺氧池缺氧池混合液回流混合液回流厌氧厌氧/缺缺氧调节池氧调节池10%90%剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流缺氧池缺氧池混合液回
16、流混合液回流缺氧池缺氧池(a) (a) 改良改良A A2 2/O/O工艺工艺(b) JHB(b) JHB工艺工艺2020剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流缺氧池缺氧池NO3- 回流回流缺氧回流缺氧回流剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池沉淀池沉淀池进水进水污泥回流污泥回流缺氧池缺氧池 缺氧池缺氧池NO3- 回流回流缺氧回流缺氧回流(c) UCT(c) UCT工艺工艺(d) MUCT(d) MUCT工艺工艺2121( (e)VIPe)VIP工工艺在在VIPVIP工工艺中，所有区至少由两个完全混合中，所有区至少由两个完全混合单元串元串联
17、形成。形成。22223).3).试图解决泥龄问题的脱氮除磷工艺试图解决泥龄问题的脱氮除磷工艺(a) A(a) A1 1/O-A/O-A2 2/O/O工艺工艺(b) A(b) A1 1/A/A2 2/O-O/O-O工艺工艺剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池好氧池好氧池中沉池中沉池进水进水污泥回流污泥回流缺氧池缺氧池好氧池好氧池二沉池二沉池混合液回流混合液回流污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥出水出水厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥中沉池中沉池好氧池好氧池二沉池二沉池混合液回流混合液回流污泥回流污泥回流进水进水2323(c) (c) 同步同步AA
18、OAAO工艺工艺出水出水短时初沉池短时初沉池污泥回流污泥回流剩余污泥剩余污泥二沉池二沉池进水进水同步同步AAO反应池反应池2424(3)(3)、反硝化除磷技术、反硝化除磷技术、反硝化除磷技术、反硝化除磷技术(denitrifying (denitrifying dephosphatationdephosphatation) )在在污水生物除磷实践中在在污水生物除磷实践中, ,南非研究人员最早发现专性好氧细菌不是唯一南非研究人员最早发现专性好氧细菌不是唯一对磷的生物摄对磷的生物摄/ /放起作用的菌种。研究者发现了一种放起作用的菌种。研究者发现了一种“兼性厌氧反硝化除磷细菌兼性厌氧反硝化除磷细菌”
19、（DPBDPB），），可以在缺氧条件下，利用硝酸盐作为电子受体氧化胞内贮存的可以在缺氧条件下，利用硝酸盐作为电子受体氧化胞内贮存的 PHBPHB，并从环境中摄磷，实现同时反硝化和过度摄磷。反硝化菌的生物摄，并从环境中摄磷，实现同时反硝化和过度摄磷。反硝化菌的生物摄/ /放磷作用放磷作用被荷兰被荷兰DelftDelft大学和日本东京大学研究人员合作研究确认，并冠名为大学和日本东京大学研究人员合作研究确认，并冠名为“反硝化除反硝化除磷磷”。自此，国内外研究人员开始对反硝化除磷技术进行深入的研究。自此，国内外研究人员开始对反硝化除磷技术进行深入的研究。在磷的摄在磷的摄/ /放过程中，反硝化菌以硝酸盐
20、取代氧气作为电子受体，也就是放过程中，反硝化菌以硝酸盐取代氧气作为电子受体，也就是说反硝化菌能将反硝化脱氮和生物除磷这两个原本认为彼此独立的过程合二为说反硝化菌能将反硝化脱氮和生物除磷这两个原本认为彼此独立的过程合二为一。显然，在结合的除磷脱氮过程中，一。显然，在结合的除磷脱氮过程中，CODCOD和氧的消耗均能得到相应节省。与传和氧的消耗均能得到相应节省。与传统的专性好氧菌的除磷工艺相比，在保证硝化效果的同时，反硝化聚磷能分别统的专性好氧菌的除磷工艺相比，在保证硝化效果的同时，反硝化聚磷能分别节省节省50%50%和和30%30%的的CODCOD与氧的消耗量，污泥产量可相应下降与氧的消耗量，污泥
21、产量可相应下降50%50%。反硝化聚磷过程。反硝化聚磷过程中由于中由于COD COD 需要量的减少，一方面为解决处理含高氮磷工业废水存在碳源不足需要量的减少，一方面为解决处理含高氮磷工业废水存在碳源不足的问题提供了实际应用的途径，另一方面过剩的的问题提供了实际应用的途径，另一方面过剩的 COD COD 因此能被分离，并使之甲因此能被分离，并使之甲烷化，从而避免烷化，从而避免CODCOD单一的氧化稳定。归因于曝气能量的减少，以及过剩单一的氧化稳定。归因于曝气能量的减少，以及过剩CODCOD甲甲烷化后能量的产生，这种综合的能量节约最终会导致释放到大气的烷化后能量的产生，这种综合的能量节约最终会导致
22、释放到大气的COCO2 2量的明显量的明显减少。减少。2525短程硝化短程硝化短程硝化短程硝化- -反硝化除磷反硝化除磷反硝化除磷反硝化除磷l以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷技术。从化学计量学上分析，以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷技术。从化学计量学上分析，以亚硝酸盐为中心的硝化比完全的硝化能节省以亚硝酸盐为中心的硝化比完全的硝化能节省25%25%的氧量，同时以亚硝的氧量，同时以亚硝酸盐为中心的反硝化较传统反硝化酸盐为中心的反硝化较传统反硝化( (以硝酸盐开始以硝酸盐开始) )可节省可节省40%40%的有机碳的有机碳源源( (以以CODCOD计计) )，由此可见，缩短硝化路径，同时也意味着缩短
23、了反硝化，由此可见，缩短硝化路径，同时也意味着缩短了反硝化的路径。的路径。l张小玲等对张小玲等对A/OA/O系统的污泥以系统的污泥以NO2-N NO2-N 进行诱导驯化，在采用连续投进行诱导驯化，在采用连续投加加NO2-NNO2-N的方式下，的方式下，DPAOsDPAOs可以利用可以利用NO2-NNO2-N作为电子受体吸磷，缺氧吸磷作为电子受体吸磷，缺氧吸磷量占缺氧和好氧吸磷总量的量占缺氧和好氧吸磷总量的97%97%以上。以上。l方茜等采用方茜等采用SBRSBR反应器的研究发现，当反应器的研究发现，当NO2-NNO2-N浓度高于浓度高于20mg/L20mg/L时，未时，未经经NO2-NNO2-
24、N驯化的驯化的DPBDPB反硝化除磷性能受到明显抑制，而经过亚硝酸盐驯化反硝化除磷性能受到明显抑制，而经过亚硝酸盐驯化后的后的DPAOsDPAOs在在NO2-NNO2-N浓度为浓度为32 mg/L32 mg/L左右时，依然保持良好的反硝化吸磷左右时，依然保持良好的反硝化吸磷性能，但以性能，但以NO2-NNO2-N为电子受体的反硝化吸磷速率要比为电子受体的反硝化吸磷速率要比NO3-NNO3-N为电子受体的为电子受体的低低2121。2626l张玉秀等采用厌氧张玉秀等采用厌氧- -好氧好氧+ +厌氧厌氧- -缺氧缺氧- -好氧模式好氧模式(NO2-N(NO2-N连续投加连续投加) )驯驯化后的污泥在
25、化后的污泥在NO2-NNO2-N初始浓度达到初始浓度达到80mg/L80mg/L时仍未出现受抑制现象，吸磷时仍未出现受抑制现象，吸磷速率达到最高值速率达到最高值14mgP/(gVSS.h)14mgP/(gVSS.h)，接近氧为电子受体的吸磷速率。支辉，接近氧为电子受体的吸磷速率。支辉霞等采用厌氧霞等采用厌氧- -好氧好氧- -缺氧短程硝化同步反硝化除磷工艺，通过操作参数缺氧短程硝化同步反硝化除磷工艺，通过操作参数优化，实现了好氧区内优化，实现了好氧区内NO2-NNO2-N稳定的积累和缺氧段在不外加碳源的情况稳定的积累和缺氧段在不外加碳源的情况下以亚硝酸盐和硝酸盐共同作为电子受体的反硝化除磷，反
26、硝化除磷量下以亚硝酸盐和硝酸盐共同作为电子受体的反硝化除磷，反硝化除磷量占系统总除磷量的占系统总除磷量的80%80%以上。以上。l高大文采用两段高大文采用两段SBRSBR双污泥短程硝化反硝化除磷工艺，实现了双污泥短程硝化反硝化除磷工艺，实现了NO2-NNO2-N的积累率达到的积累率达到94.23% 94.23% ，系统对氨氮的平均去除率，系统对氨氮的平均去除率95% 95% ；在以；在以NO2-NNO2-N为为电子受体的反硝化除磷菌培养驯化阶段，吸磷率达到了电子受体的反硝化除磷菌培养驯化阶段，吸磷率达到了64.44%64.44%，同时，同时NO2-N NO2-N 由由17.79 mg/L17.79 mg/L降低为降低为0.05 mg/L0.05 mg/L，电子受体被完全消耗，基本达，电子受体被完全消耗，基本达到了以到了以NO2-N NO2-N 为电子受体进行反硝化聚磷茵富集的目的。为电子受体进行反硝化聚磷茵富集的目的。 2727BCFSBCFS工艺工艺工艺工艺: :2828A2NA2N工艺工艺工艺工艺: :2929303031313232
