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1、5 废水生物脱氮除磷,兴趣是最好的老师,1、城市污水脱氮主要采用什么方法？2、什么是氨化反应？和厌氧氨氧化有什么区别？3、什么是硝化反应？反硝化反应？4、生物除磷技术是利用了聚磷菌的什么特性？5、A/O工艺各单元的功能是什么？6、A/A/O工艺各反应器的名称及其单元功能是什么？7、为什么说A/A/O工艺不容易产生污泥膨胀？8、为什么说硝化反应中混合液中有机物含量不应过高？,5 废水生物脱氮除磷,5.1废水生物脱氮技术5.2废水生物除磷与同步脱氮除磷技术,5.1废水生物脱氮技术,5.1.1生物脱氮原理5.1.2生物脱氮工艺,5.1.1生物脱氮原理,污水中氮的存在形式主要以有机氮和氨氮的形式存在，
2、通常只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮,传统的废水生物处理去除废水中呈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！活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1氮的去除率为20%40%，磷的去除率仅为5%20%,5.1.1生物脱氮原理,在一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油污水,以下重点介绍,（1）氨化反应,生物脱氮原理,在未经处理的新鲜废水中,有机氮,氨态氮,蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等,NH3及NH4等,氨化菌(水解、氧化),氨化反应 无论在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
3、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,（1）氨化反应,生物脱氮原理,以氨基酸为例：,（2）硝化反应,生物脱氮原理,反应过程,1g氨氮氧化需氧4.57g,硝化反应过程中氮的转化及价态的变化,亚硝化菌和硝化菌的基本特征,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，实验结果证实，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mgL。,PH值的影响在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降，硝化菌对pH值的变化十分敏感，为
4、了保持适宜的pH值，应当在废水中保持足够的碱度，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。对硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,环境条件,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化菌是自养型菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较高的异养型
5、细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。,环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。,环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获
6、取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。,硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄) (c) N，必须大于其最小的世代时间(c)min N ， 否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。,一般对(c) N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为3d，因此(c) N值为6d，最高可以到10d。 (c) N值与温度密切相关，温度低， (c) N取值应相应明显提高。,环境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有
7、毒物质,（2）硝化反应,生物脱氮原理,环境条件,硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中,硝化菌生存需要的环境条件,好氧条件，并保持一定的碱度,从CO2获取C源，从无机物的氧化中获取能量,混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在1520mgL以下,硝化反应的适宜温度是2030，15以下时，硝化反应速度下降，5时完全停止。,硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄) (c) N，必须大于其最小的世代时间(c)min N ， 否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。,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NO-X-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。,环
8、境条件溶解氧pH值营养物质水温活性污泥有毒物质,（2）硝化反应,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,反应过程和反硝化菌,NO2-N,亚硝酸氮,氮气(主要过程),有机氮化合物,(细菌组成部分),异养型兼性菌,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,生物学特性：反硝化菌为异养型兼性菌,反硝化菌生存需要的环境条件,能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑，有下列二类：一是原废水中所含碳源当原废水（）时即可认为碳源充足。,二是外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，因为甲醇被分解后的产物为C02、H2O，不留任何难降解的中间产物。,(3
9、)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5,H值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。,反硝化菌生存需要的环境条件,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5,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的条件下，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
10、系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行，,反硝化菌生存需要的环境条件,(3)反硝化反应,生物脱氮原理,影响因素,碳源,在厌氧条件下，以NO3-N为电子受体，以有机碳为电子供体,反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5,溶解氧应控制在0.5mgL以下,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。,反硝化菌生存需要的环境条件,(4)脱氮新理论,生物脱氮原理,短程硝化-反硝化把两个反应过程分开,关键点：对
11、于反硝化菌，NO3N， NO2N都可做电子受体，控制硝化反应停止在亚硝化阶段研究结果：控制较高的温度（2535），较低的溶解氧和较高的pH值和极短的污泥龄条件,氧化过程缩短，可节省氧的供应量，降低能耗；反硝化过程的缩短，可减少投加有机碳源，节约运行费用，同时提高TN去除率；亚硝酸反硝化，其硝化速率要快于硝酸的反硝化，使反应时间缩短，反应器容积可减小；硝化与反硝化在同一反应器内进行，可减少投碱量；可减小污泥生成量,短程硝化反硝化技术流程（广州贝龙环保）,(4)脱氮新理论,生物脱氮原理,厌氧氨氧化 ANAMMOX工艺,基本原理：在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化成氮气，或者说
12、利用氨作为电子供体，将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气,G0反应能够自发进行，理论上可以提供能量供微生物增长,(4)脱氮新理论,生物脱氮原理,亚硝酸型完全自养脱氮 CANNON工艺,基本原理：先将氨氮部分氧化成亚硝酸盐氮，控制NH4+与NO2-比例为1:1，然后通过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的,自养的好氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应，无需有机碳源，对氧的消耗比传统的硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和污泥生成量,巴茨(Barth)开创,5.1.2生物脱氮工艺,（1）活性污泥法脱氮传统工艺,三级活性污泥法流程氨化、硝化、反硝化三项反应过程,氨化，使有机氮转化为NH3、NH4，去除
13、BOD、COD。BOD5值可降至1520mg/l左右,硝化曝气池，NH3-N及NH4-N 在这里氧化为 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)，也可以引入原废水,优点：氨化、硝化、反硝化反应分别在各自的反应器内进行，各自回流污泥，反应进行速度快且彻底,缺点：处理设备多，造价高，管理麻烦,5.1.2生物脱氮工艺,活性污泥法脱氮传统工艺特点：,5.1.2生物脱氮工艺,两级生物脱氮工艺：BOD去除和 硝化两个反应过程放在一起,5.1.2生物脱氮工艺,（2）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统80年代初期开创,目前采用广泛,“前置式反硝化
14、生物脱氮系统” A/O法脱氮(A1-O法),特征,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,反硝化反应以原废水中的有机物为碳源,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,5.1.2生物脱氮工艺,（2）缺氧好氧活性污泥法脱氮系统,“前置式反硝化生物脱氮系统” A/O法脱氮(A1-O法),缺点,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
15、般在85以下,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(HRT),HRT是影响处理效果和反应器规模、尺寸的重要参数。经验:脱氮效果与反应时间呈线性关系，在硝化与反硝化二项反应中，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。总之：在本系统中，硝化与反硝化时间之比介于2：15：1之间。,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),内循环回流比的取值与要求达到的脱氮效果以及反应器的类型有关。对活性污泥法，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,回流比(R),5.1.2生物脱氮
16、工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),回流比(R),生物固体平均停留时间(活泥龄)(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。,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),回流比(R),生物固体平均停留时间(活泥龄)(c),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。,5.1.2生物脱氮工艺,影响因素与主要参数,水力停留时间(t),回流比(R),生物
17、固体平均停留时间(活泥龄)(c),混合液悬浮固体浓度(MLSS),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。生物脱氮有浓度界限,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。,硝化反应,5.2废水生物除磷与同步脱氮除磷技术,5.2.1生物除磷原理及工艺5.2.2生物同步脱氮除磷工艺,5.2.1生物除磷原理,生物除磷过程,磷的存在形式：,磷酸盐,聚磷酸盐,有机磷,对于磷来说，细菌是从外部环境摄取一定量的磷满足生理需要,聚磷菌除磷的生物化
18、学机制 目前发现60多种细菌和真菌都有聚磷作用,（1）厌氧释放磷的过程 厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生ATP，利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的基质进入细胞合成聚-羟基丁酸盐（PHB），同时释放出PO43-,产酸菌在厌氧或缺氧条件下分解蛋白质、脂肪、碳水化合物等大分子有机物为可快速降解的基质，这些基质能与聚磷菌混合后诱导磷释放： 甲酸、乙酸、丙酸低级脂肪酸 葡萄糖、 乙醇、柠檬酸等 丁酸、乳酸、琥珀酸等,类基质存在使放磷速度较快，污泥初始的线性放磷由类基质诱导所致，放磷速度与类基质的浓度无关，仅与活性污泥的浓度和微生物的组成有关。类基质必须在厌氧条件下转化为类基质后才能被聚磷菌利用
19、，从而诱导磷的释放。因此诱导放磷的速度主要取决于类基质转化成类基质的速度类基质能否引起磷的释放则与污泥中微生物组成有关。在用该类基质驯化后，其诱导的厌氧放磷速度与类基质相近,聚磷菌除磷的生物化学机制 目前发现60多种细菌和真菌都有聚磷作用,（2）好氧吸磷过程聚磷菌在好氧或缺氧条件下，分解机体内的聚-羟基丁酸盐和外源基质，产生质子驱动力，将体外的PO43-输送到体内合成ATP和核酸，将过剩PO43-的聚合成细胞贮存物多聚磷酸盐。,聚磷菌除磷的生物化学机制 目前发现60多种细菌和真菌都有聚磷作用,聚磷菌能以37倍 的水平摄取积累或释放出磷,厌氧释放，好氧吸收，最终系统内磷的出路？,？,5.2.1生
20、物除磷原理,生物除磷过程,好氧条件下聚磷菌，过剩摄取磷酸盐；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的,5.2.1生物除磷原理,影响因素,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，应保持绝对厌氧的条件，NO-3一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,5.2.1生物除磷原理,影响因素,生物除磷过程的影响因素,(1)溶解氧,(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果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报导称，当污泥龄为30d时，除磷率为4
21、0，污泥龄为17d时，除磷率为50，而当污泥龄降至5d时，除磷率高达87。,5.2.1生物除磷原理,影响因素,生物除磷过程的影响因素,(1)溶解氧,(2)污泥龄,(3)温度与PH值,在530的范围内，都可以取得较好的除磷效果。除磷过程适宜的pH值为68,5.2.1生物除磷原理,影响因素,生物除磷过程的影响因素,(1)溶解氧,(2)污泥龄,(3)温度与PH值,(4)BOD5负荷,一般认为，较高的BOD5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(判定条件)。有机基质不同对除磷也有影响，一般低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱。磷
22、的释放充分，磷的摄取量亦大。,5.2.1生物除磷原理,影响因素,生物除磷过程的影响因素,(1)溶解氧,(2)污泥龄,(3)温度与PH值,(4)BOD5负荷,(5)硝酸氮和亚硝酸氮,硝酸氮和亚硝酸氮的存在会抑制细菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下对磷的吸收。据报导，NO3-N浓度应小于2mgL。但当COD/TN10时，NO3-N 对生物除磷的影响就减弱了。,5.2.1生物除磷工艺,（1）弗斯特利普除磷工艺（Phostrip）：72年开创，生物除磷和化学除磷相结合，除磷效果好,5.2.1生物除磷工艺,（1）曝气池：含磷污水进入，同时还有由除磷池回流的已经释放磷但含有聚磷菌的污泥。使聚磷菌过量摄取磷
23、，去除有机物（BOD和COD），可能还有一定的硝化作用 （2）沉淀池（）：泥水分离，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作为处理水排放。 （3）除磷池：保持厌氧状态，DO0,NOX- 0,含磷污泥在这里释放磷，并投加冲洗水，使磷充分释放，已释放磷的污泥沉淀于池底，并回流曝气池，再次用于吸收污水中的磷。上清液从上部流出进入混合池 。（4）混合池：含磷上清液进入，同步投加石灰乳，经混合后进入搅拌反应池，磷与石灰反应，形成固体磷酸钙。化学法除磷。（5）沉淀池（ ）：混凝沉淀，磷酸钙沉淀分离，除磷上清液回流曝气池，含有大量磷酸钙的污泥排出 ，适宜作肥料。,各单元功能：,5.2.1生物除磷工艺,该工艺特征：,（
24、1）生物除磷和化学除磷结合，效果良好，出水含磷低于1mg/L;（2）污泥回流经过除磷池，污泥中含磷约2.1%7.1%，较高。（3）石灰用量2131.8mgCa(OH)2/m3污水，比较低。（4）SVI100，污泥易沉淀，浓缩，脱水，肥分高，污泥不膨胀。（5）可以根据BOD/P的比值来灵活调节回流污泥与混凝污泥量的比例；（6）流程复杂，运行管理麻烦，投加石灰乳运行费用有所提高。建设费用也高。（7）沉淀池（）底部可能形成缺氧状态，产生释放磷的现象。应及时排泥或回流。,5.2.1生物除磷工艺,（2）厌氧-好氧除磷工艺：A2-O法,（1）反应器内停留时间短，一般3h6h;（2）曝气池内污泥浓度一般在2
25、7003000mg/L之间；（3）BOD去除率与一般的活性污泥法相同，磷的去除率较好，处理出水一般含磷低于1.0mg/L，去除率大致76%左右。（4）沉淀污泥含磷4%左右，污泥肥效好。（5）混合液SVI100，易沉淀，不膨胀。,不足：除磷效率难以进一步提高,厌氧-好氧除磷工艺特征：,5.2.1生物除磷工艺,5.2.2生物同步脱氮除磷工艺,（1）巴登福(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺,厌氧反应器反硝化脱氮；其次是污泥释放磷，硝态氮通过内循环来自第一好氧反应器，污泥则是沉淀池回流的,去除BOD；硝化，由于BOD浓度还较高，因此，硝化程度较低；吸收磷，由于NOX未能有效的去除，因此，磷吸收效果
26、不高。,第二厌氧反应器的功能同第一厌氧反应器，仍以脱氮为主,第二好氧反应器的首要功能是吸收磷；第二功能是进一步硝化；第三项功能则是去除BOD,泥水分离。上清液作为处理水排放，含磷污泥的一部分作为回流污泥回流到第一厌氧反应器，另一部分则作为剩余污泥排出系统。,优点：各项反应都反复进行二次以上，各反应单元都有其首要功能，并兼行二、三项功能。本工艺脱氮、除磷效果良好。,缺点：工艺复杂，反应器单元多，运行繁琐，成本高,巴登福(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺,5.2.2生物同步脱氮除磷工艺,（2）AAO法同步脱氮除磷工艺,A2O法,Anaerobic-Anoxic-Oxic,5.2.2生物同步脱氮
27、除磷工艺,厌氧反应器的功能是释放磷，进入本单元的除原废水外，还有从沉淀池排出的污泥,缺氧反应器的首要功能是脱氮，由好氧反应器送出的内循环量为2Q(Q为原废水流量),好氧反应器是多功能的，在这里进行去除BOD、硝化和吸收磷等反应,沉淀池的功能为泥水分离，上清液作为处理水排放，部分污泥回流厌氧反应器，在那里释放磷,AAO法同步脱氮除磷工艺,A2O法,Anaerobic-Anoxlc-Oxic,5.2.2生物同步脱氮除磷工艺,优点,比较简单的同步脱氮除磷工艺；总水力停留时间少于其他同类工艺厌氧(缺氧)好氧交替运行、不宜丝状菌增殖繁衍，无污泥膨胀之虑厌氧和缺氧段只进行缓速搅拌，以不提高溶解氧含量为度，
28、运行费用低。,AAO法同步脱氮除磷工艺,A20法,Anaerobic-Anoxlc-Oxic,5.2.2生物同步脱氮除磷工艺,缺点,脱氮效果难提高，内循环流量以2Q为限，不宜提高污泥增长受到一定的限度，除磷效果亦不易提高对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，应降低污泥的停留时间，防止产生厌氧状态和释放磷的现象出现，但溶解氧含量也不宜过高，以防止循环液对缺氧反应器的干扰,5 废水生物脱氮除磷,生物脱氮技术汇总,生物脱氮原理,5 废水生物脱氮除磷,生物除磷工艺,生物除磷技术,生物除磷原理,聚磷菌好氧时，过量地摄取磷厌氧时，释放磷,（1）弗斯特利普除磷工艺（Phostrip） （2）A2O法除磷工艺,生物除磷与同步脱氮除磷技术,（1）巴登福同步脱氮除磷工艺（2）AAO法同步脱氮除磷工艺 A2O法,5 废水生物脱氮除磷,思 考 题,1、城市污水脱氮主要采用什么方法？2、什么是氨化反应？和厌氧氨氧化有什么区别？3、什么是硝化反应？反硝化反应？4、生物除磷技术是利用了聚磷菌的什么特性？5、A/O工艺各单元的功能是什么？6、A/A/O工艺各反应器的名称及其单元功能是什么？7、为什么说A/A/O工艺不容易产生污泥膨胀？8、为什么说硝化反应中混合液中有机物含量不应过高？,
