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1、,北京林业大学 环境科学与工程学院,水污染控制工程Water Pollution Control Engineering,主讲人：张立秋（环境科学与工程学院）2010年04月,第九章 污水的深度处理与回用,主要内容：,概述 悬浮物去除 溶解性有机物去除 氮磷营养物去除 污水的消毒,本章重点掌握氮磷去除原理与工艺，无难点。,1 概述,经过二级生物处理后，污水中仍然含有相当数量的污染物质：BOD：20-30mg/L COD：60-100mg/L SS:20-30mg/L NH3-N:15-25mg/L TP:1mg/L 细菌和重金属等有毒有害物质,1 概述,污水深度处理的对象与目标：去除水中残存的
2、悬浮物；脱色、除臭，使出水澄清 进一步降低BOD、COD等，水质进一步稳定 脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素 消毒杀菌，去除水中的有毒物质,1 概述,污水深度处理后回用去向：排放具有较高经济价值水体及缓流水体，补充地面水源 回用于农田灌溉、市政杂用，如灌溉城市绿地，冲洗街道、车辆、景观用水等 居民小区回用于冲洗厕所 回用于工业企业，作为冷却水和工艺用水的补充用水 回灌地下，用于防止地面下沉或海水入侵,2 悬浮物的去除,污水中含有的悬浮物，其粒径从数10mm到1um以下。经二级处理后，处理水中残留的悬浮物是以粒径从数mm到10um的生物絮凝体和未被凝聚的胶体颗粒。这些颗粒几乎都是有机性
3、的，为了提高二级处理水的稳定度，去除这些颗粒是非常必要的。,2 悬浮物的去除,悬浮物去除主要技术 混凝沉淀 过滤技术 膜分离技术,3 溶解性有机物去除,二级生物处理后的出水中，残留的有机物多是难降解的有机物（如丹宁、木质素等）。对出水中残留的这些有机物直接采用生物处理方法很难取得好的效果，通常采用的技术工艺包括：活性炭吸附 化学氧化 化学氧化+生物处理,4 氮磷营养物去除,太湖的富营养化,4 氮磷营养物去除,（1）脱氮技术,氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水中。前者有蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等，它们来源于生活污水、农业废弃物（植物秸秆、牲畜粪便等）和某些工业废水（羊毛加工、制革、印染、食品加
4、工等）。有机氮经微生物分解后将转化为无机氮。水中的无机氮是指氨氮、亚硝态氮和硝态氮，它们部分来源于有机氮的生物降解，还有部分来自于农田排水和地表径流，以及某些工业废水（如炼焦车间、化肥厂等）。,4 氮磷营养物去除,污水脱氮技术可以分为物理化学脱氮和生物脱氮。生物脱氮主要通过同化过程、氨化过程、硝化过程、反硝化过程将氮最终去除。物理化学方法通常只能去除氨氮，主要工艺有：折点氯化法、选择性离子交换、空气吹脱、反渗透。目前物化法脱氮运行操作复杂、费用昂贵，难以推广应用。,4 氮磷营养物去除,1）物理化学脱氮方法,折点氯化法 选择性离子交换法 空气吹脱法 反渗透与电渗析法,4 氮磷营养物去除,折点氯化
5、法,余氯（mg/L）,加氯量（mg/L）,0,M,加氯量与余氯关系,4 氮磷营养物去除,根据上图，分析不同情况下加氯量与剩余氯量之间的关系：1）如水中无微生物、有机物和还原物质等，则需氯量为零，加氯量等于剩余氯量，如图所示。2）事实上水中特别是污水中含有较多的有机物、氨氮和细菌等污染物，氧化这些污染物需要消耗一定的氯量，即需氯量。加氯量必须超过需氯量，才能保证一定的剩余氯，如图所示。,4 氮磷营养物去除,当水中含有氨时，情况比较复杂，如下图所示。,余氯（mg/L）,加氯量（mg/L）,0,A,H,B,C,4,3,2,1,折点加氯,自由余氯,化合余氯,需氯量,余氯量,根据上图，当起始的需氯量0A
6、满足以后，加氯量增加，剩余氯也增加。超过H点加氯量后，余氯量反而下降，如HB段，H点称为峰点。此后随着加氯量的增加，余氯量又上升，B点称为折点。图中曲线可分4区，分述如下：（1）第1区即0A段，表示水中杂质把氯消耗光，余氯量为零，此时消毒效果不可靠。（2）第2区即AH段，加氯后与氨发生反应，有化合性余氯存在，主要成分是一氯胺NH2Cl。（3）第3区即HB段，氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物，NH2Cl+HOClN2+HCl+H2O，氨得到去除。（4）第4区即BC段，水中无杂质，出现自由余氯，消毒效果好。,4 氮磷营养物去除,选择性离子交换法,离子交换的实质就是不溶性的电解质与溶液中另一种电
7、解质所进行的化学反应，即交换剂上的可交换离子与溶液中其他同性离子的交换反应。对于离子交换法去除氨氮主要是利用可优先选择铵离子的交换剂与铵离子发生交换反应，从而使受污染水中的氨氮去除的方法。离子交换法去除氨氮必须采用对氨氮有优先选择的交换剂。实验证明离子交换法处理水中少量氨不失为一种有效的方法。目前去处氨氮的交换剂主要有斜发沸石，活性炭，蒙托石，累脱石等，而沸石，在除氟、去除有机物质、去除放射性物质、除铵、除砷等方面都有明显的效果。特别是在除氨方面，在自来水厂试验时，可以省略沉淀工序，减少药剂用量。试验证明沸石是一种有广泛应用前景的水处理介质。,沸石样品图,4 氮磷营养物去除,4 氮磷营养物去除
8、,离子交换性是沸石岩重要性质之一。构成沸石骨架的最基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体。在这种四面体中,中心是硅(或铝)原子,每个硅(或铝)原子的周围有4个氧原子,各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相连接起来,形成所谓的巨大分子。其中在铝氧四面体中由于一个氧原子的价电子没有得到中和,使得整个铝氧四面体带有一负电荷,为保持电中性,附近必须有一个带正电荷的金属阳离子（通常是碱金属或碱土金属离子）来抵消这一负电荷，这些阳离子和铝硅酸盐结合相当弱,具有很大的流动性,极易和周围水溶液中的阳离子发生交换作用,交换后的沸石结构不被破坏。沸石的这种结构决定了它具有离子交换性和交换的选择性。,4 氮磷营养物
9、去除,沸石吸附氨氮的朗谬尔等温曲线,沸石吸附氨氮的费兰德利希等温曲线,4 氮磷营养物去除,空气吹脱法,对于废水中较高浓度的氨氮可以采用此方法。通过投碱来调节pH值至碱性，然后向废水中大量鼓入空气，将氨氮以氨气形式从废水中吹出。该方法适用于高浓度氨氮废水，能耗很大。,4 氮磷营养物去除,反渗透与电渗析法,采用反渗透膜分离工艺，可以将废水中的氨和其他的污染物较为彻底的去除，但该工艺存在运行费用较高、运行维护管理复杂等问题，在废水处理中还难以应用。电渗析是利用离子交换膜的选择透过性，在外加电场下完成对氨氮的富集去除。,4 氮磷营养物去除,2）生物脱氮方法,废水生物脱氮技术是20世纪70年代中期美国和
10、南非等国提出的一种经济有效的处理技术。废水生物脱氮有同化脱氮和异化脱氮，同化脱氮是指微生物的合成代谢，利用水体中的氮素合成自身物质，从而将水体中的氮转化为细胞成分而使之从废水中分离。异化脱氮是将氮最终以氮气或其他气体形式从水中去除过程。废水生物脱氮通常是指异化脱氮。,4 氮磷营养物去除,基本原理,4 氮磷营养物去除,废水中的有机氮主要有蛋白质、氨基酸、尿素、胺类、氰化物和硝基化合物。脱氨基作用既可以在有氧条件下进行，也能在缺氧条件下进行。,有氧条件下：RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3（氧化脱氨基）,缺氧条件下：RCHNH2COOH+H2ORCH2OCOOH+NH3（水解脱氨
11、基）RCHNH2COOH+2HRCH2COOH+NH3（还原脱氨基）,4 氮磷营养物去除,人和动物所排泄的尿中含有尿素，尿素中含氮约47%，尿素的分解过程是在尿素酶的作用下迅速水解成碳酸胺，后者很不稳定，易分解成氨、二氧化碳和水，其反应式为：CO(NH2)2+2H2O(NH4)2CO3(NH4)2CO32NH3+CO2+H2O 参与氨化反应过程的氨化细菌很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌，兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。引起尿素水解的细菌称为尿素细菌。尿素细菌可分成球菌和杆菌两大类，它们一般是好氧的，但对氧的需求量不大，有些菌种在无氧条件下也能生长。,4 氮磷营养物去除,生物硝化反应是
12、亚硝化细菌、硝化细菌将氨氮氧化成亚硝酸盐氮、硝酸盐氮。,亚硝酸菌将氨氮氧化成亚硝酸盐的反应如下：NH4+1.5O2NO2-+2H+H2O+(240-350kJ/mol),硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐的反应如下：NO2-+0.5O2NO3-+(65-90kJ/mol),4 氮磷营养物去除,大部分硝化细菌都是自养菌，利用二氧化碳作为细胞碳源，硝化菌细胞的化学组成用C5H7NO2表示，对于氨氮氧化的反应式为：,15CO2+13NH4+10NO2-+3C5H7NO2+23H+4H2O,5CO2+NH4+10NO2-+2H2O10NO3-+C5H7NO2+H+,对于亚硝酸盐氧化的反应式为：,4 氮磷营养
13、物去除,硝化反应的总方程式为：,NH4+1.86O2+1.985HCO3-0.021C5H7NO2+1.04H2O+1.88H2CO3+0.982NO3-,通过物料衡算，可以计算出氧化1gNH4+-N为NO2-N耗氧3.43g，氧化1gNO2-N为NO3-N耗氧1.14g，所以氧化1g氨态氮为硝态氮共耗氧4.57g。亚硝化反应和硝化反应还会消耗水中的重碳酸盐碱度，约合7.14gCaCO3/gNH4+-N。,4 氮磷营养物去除,硝化细菌所需要的环境条件,（1）好氧条件 1g氮完全硝化反应所需要的氧量为4.57g。硝化反应过程中要释放出H+，为了保持适宜的pH值，废水应当维持足够的碱度。一般来说，
14、1g氨态氮（以N计）完全硝化所需碱度（以CaCO3计）7.1g。（2）混合液中有机底物浓度不应过高 硝化菌是自养型细菌，有机底物浓度不是它的生长限制性因素。（3）污泥龄 必须大于硝化菌的最小世代时间。,4 氮磷营养物去除,（4）溶解氧DO 氧是硝化反应过程中的电子受体，溶解氧含量不能低于1mg/L。（5）温度 硝化反应的适宜温度是20-30，温度过高或过低都会对硝化反应过程造成影响。（6）pH值 硝化菌对pH值非常敏感，最佳pH值是8.0-8.4。（7）重金属及有害物质 重金属（如汞、镉、铜等）和其他有害物质会对消化反应造成影响。,4 氮磷营养物去除,生物反硝化反应是在缺氧（不存在分子态溶解氧
15、）条件下，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成气态氮(N2)或N2O、NO的过程。,反硝化反应中氮元素的转化及其生物化学过程如下：NO2-+3H(电子供体有机物)1/2N2+H2O+OH-NO3-+5H(电子供体有机物)1/2N2+H2O+OH-,硝酸盐的反硝化还原过程如下：,NO3-,NO2-,硝酸盐还原酶,亚硝酸盐还原酶,NO,氧化还原酶,N2O,氧化亚氮还原酶,N2,4 氮磷营养物去除,生物反硝化过程中，污水中含碳有机物作为反硝化过程的电子供体。每转化1gNO2-N为N2时，需有机物（以BOD表示）1.71g；每转化1gNO3-N为N2时，需有机物（以BOD表示）2.86g。同时产生
16、3.57g碱度（以CaCO3计）。如果污水中碳源有机物不足时，应补充投加易于生物降解的碳源有机物（例如甲醇）。,4 氮磷营养物去除,（1）碳源 反硝化细菌是异养菌，需要有机碳源。一般认为当BOD：TN的值大于3时，即可认为碳源充足，否则需要补充。（2）pH值 pH值是反硝化反应的重要影响因素，最适宜的pH值是6.5-7.5。,反硝化细菌所需要的环境条件,4 氮磷营养物去除,（3）溶解氧 反硝化细菌是兼性厌氧菌，只有在无分子氧且同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，才能利用这些离子中的化合态氧进行呼吸，使硝酸盐还原。DO较高时，会抑制反硝化细菌体内硝酸盐还原酶的合成，或者氧成为电子受体，阻碍硝酸氮的
17、还原。另外，反硝化细菌体内某些酶系统组分只有在有氧条件下才能合成，因此反硝化细菌在缺氧、好氧交替的环境中生活为宜，DO应控制在0.5mg/L以下。（4）温度 反硝化反应的适宜温度是20-40。,4 氮磷营养物去除,3）生物脱氮工艺,传统的生物脱氮工艺 Wuhmann脱氮工艺 Ludzack-Ettinger脱氮工艺 A/O脱氮工艺 Bardenpho脱氮工艺 新型生物脱氮工艺,4 氮磷营养物去除,传统的生物脱氮工艺是由巴茨(Barth)开创的所谓三级活性污泥法流程，它是以氨化、硝化和反硝化三项反应过程为基础建立的。,传统生物脱氮工艺,4 氮磷营养物去除,Wuhmann脱氮工艺,Wuhmann脱
18、氮工艺是1932年由Wuhmann首先提出，以内源代谢物质为碳源的单级活性污泥脱氮系统。,4 氮磷营养物去除,Ludzack-Ettiger脱氮工艺,1962年，Ludzack和Ettiger首次提出利用污水中可生物降解的有机物作为反硝化碳源的前置反硝化脱氮工艺。,污水在第一个反应器中只搅拌不充氧，维持缺氧状态。第二个反应器进行曝气使含碳有机物氧化并产生硝化作用。两个反应器内流体保持相连，由于两个反应器间的混合作用，使第二个反应器含有硝酸盐的混合液与缺氧池进行液体交换，进入第一个反应器的硝酸盐被还原成氮气。由于这两个反应器间的液体交换缺乏控制，混合不充分，脱氮效果较差。,4 氮磷营养物去除,A
19、/O脱氮工艺,进水,缺氧池,出水,好氧池,二沉池,硝化液回流,1973年，Barnard在Ludzack-Ettinger工艺的基础上提出了一种改进型，后来被称为A/O工艺。该工艺将缺氧反硝化池和好氧硝化池完全分开，沉淀池的污泥回流到缺氧反应器，并增加了从好氧反应器至缺氧反应器的混合液回流。,污泥回流,A/O脱氮工艺与传统的三级脱氮工艺相比具有如下优点：流程简单，省去了中间沉淀池，构筑物少，因此大大节省了基建费用，而且运行费用低，占地面积小。以原污水中的含碳有机物和内源代谢产物作为反硝化的碳源物质，既节省了投加外碳源的费用又可保证较高的C/N值，从而达到充分反硝化。好氧池在缺氧池之后，可进一步
20、去除反硝化残留的有机污染物，改善出水水质。缺氧池在好氧池之前，由于反硝化消耗了一部分碳源，有利于减轻好氧池的有机负荷，减小好氧池中的需氧量。缺氧池在好氧池之前，可起到生物选择器的作用，有利于改善活性污泥的沉降性能和控制污泥膨胀 当原污水碱度不足，不能维持硝化阶段所需最佳pH值范围时，可利用在缺氧池反硝化过程中所产生碱度，补偿硝化过程中对碱度消耗。在脱氮系统中产生的剩余污泥量较少且易于脱水。,4 氮磷营养物去除,Bardenpho脱氮工艺,1973年，Barnard提出在A/O脱氮工艺好氧池后再增加一套A/O工艺，组成两级A/O工艺，共4个反应池，这种公益流程称为四阶段Bardenpho工艺。,
21、Bardenpho脱氮工艺是一种由硝化段和反硝化段相互交替组成的工艺。原污水先进入第一缺氧池，第一好氧池混合液回流至第一缺氧池，回流混合液中的硝酸盐氮在反硝化菌的作用下利用原污水中的含碳有机物作为碳源，在第一缺氧池中进行反硝化反应。在第一好氧池中发生除碳和硝化作用，第一缺氧池反硝化过程中产生的氮气经曝气吹脱去除。在第二缺氧池，反硝化菌利用混合液中的内源代谢物质进一步进行反硝化。在第二好氧池，通过曝气作用吹脱释放出反硝化产生的氮气，改善了污泥的沉降性能，溶菌作用产生的氨氮也可在第二好氧池内被硝化。,4 氮磷营养物去除,4 氮磷营养物去除,短程硝化-反硝化工艺 同步硝化-反硝化工艺 好氧反硝化工艺
22、 厌氧氨氧化工艺,新型生物脱氮工艺,4 氮磷营养物去除,研究焦点：开发一些能耗和化学药剂耗用量低、基建及运行费用低、脱氮效率高的工艺,实现途径：含氮化合物通过亚硝酸盐路径去除，即所谓 的短程硝化-反硝化 在供氧受限或缺少碳源条件下，发生同步硝 化-反硝化,短程硝化-反硝化工艺,4 氮磷营养物去除,NH4+1.5O2NO2-+H2O+2H+NH4+2.0O2NO3-+H2O+2H+,6 NO2-+3CH3OH+3CO23N2+5HCO3-+3H2O6 NO3-+5CH3OH+CO23N2+5HCO3-+7H2O,4 氮磷营养物去除,同步硝化-反硝化工艺,在生物膜处理系统、MBR处理系统等系统中发
23、现，在同一反应器内存在同步硝化-反硝化现象。此时。氨和亚硝酸盐分别充当了电子供体和电子受体，使得曝气能耗和有机碳源需求量大大减少。,4 氮磷营养物去除,SHORON工艺（single reactor high activity ammonia removal over nitrite),依据短程硝化-反硝化原理，1997年荷兰戴尔夫特理工大学开发的一种新型工艺。,工艺特点：控制硝化过程停止在亚硝酸盐上，以节省电能和有机碳源。根据在较高温度下硝化菌的增长速率明显地小于亚硝化菌的增长速率的特点，使硝化菌在竞争中失败，SHORON工艺安全运行的温度为35。,4 氮磷营养物去除,ANAMMOX工艺（a
24、naerobic ammonium oxidation),厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐作为电子受体直接被氧化成氮气的过程。,NH4+NO2-N2+2H2O,4 氮磷营养物去除,NH3,NH2OH,HNO2,HNO3,NO,N2O,N2,N2H4,氮固定,反硝化作用,硝化作用,ANAMMOX,氮 循 环 途 径,4 氮磷营养物去除,工艺特点：一个单位的亚硝酸根和一个单位的氨结合而释放出氮气。即废水中的氨需要有一半氧化成亚硝酸盐，并且需要对反应器进行适宜的设计，使其能有效地保持ANAMMOX菌群的数量。通常将SHORON工艺与ANAMMOX工艺组合应用。,4 氮磷营养物去除,OLAND
25、工艺（oxygen limited autotrophic nitrification denitrificaiton),是利用富集的自营养硝化菌培养基作为生物催化剂来实现硝化-反硝化脱氮的一种新工艺。这种自营养硝化菌富集培养基是由根特大学微生物生态研究所培育，用它作为生物催化剂来处理含氨的废水。提供适量的氧，使硝化只进行到亚硝酸盐阶段，随后由于缺少电子受体而消耗产生的亚硝酸盐以氧化剩余的氨。,4 氮磷营养物去除,好氧除氨工艺（aerobic de-ammonification）,是由德国汉诺威大学Hippen等提出的，主要用于处理高浓度含氮废水。其要点是严格控制供氧，在好氧条件下将氨转化为氮
26、气。很多试验研究发现了这一现象，但其起因微生物还未弄清楚。,4 氮磷营养物去除,好氧反硝化工艺,好氧反硝化工艺是由Patureau等人提出的，该工艺的依据是：通过某些生物菌种的共呼吸作用，氧和硝酸盐可被同时消耗掉。共呼吸作用的这些特征可以使硝化菌和反硝化菌共同存在于一个单独的连续式或序批式好氧反应器中，通过间歇性地投加有机碳，可以保持这种好氧反硝化菌的存在。,4 氮磷营养物去除,生物膜/活性污泥法组合工艺中的短程亚硝化脱氮工艺,进水,厌氧,好氧,缺氧,出水,沉淀,污泥回流,硝化液回流,亚硝酸型脱氮试验流程图,4 氮磷营养物去除,研究发现：亚硝酸菌的pH值最佳范围与硝酸菌有所不同，硝酸菌适应的最
27、佳pH值为6.75，而亚硝酸菌的最佳pH范围大于7.4，因此只有当pH值大于7.4时，氨氮的氧化产物才以亚硝酸盐为主。,研究发现：温度对亚硝酸盐的积累有一定的影响，在细菌所适宜的温度范围内，低温似乎更有利于亚硝酸盐的积累。,4 氮磷营养物去除,（2）除磷技术,化学除磷法 生物除磷法,4 氮磷营养物去除,在城市污水中，约10%左右的磷是非溶解性的颗粒化磷，在经过废水的初沉后基本上可以去除。剩下的溶解性磷在二级生化处理中通过微生物代谢可以同化其中的一部分，使之转化为生物量。然而，由于微生物对磷的同化能力很差，当废水中磷的浓度较高时，采用生物除磷处理后的废水很难达到排放标准。因此，在实际废水处理中经
28、常采用磷的化学沉淀法对废水中的磷进行预处理或后处理，以便达到排放要求。,化学沉淀法除磷的必要性,4 氮磷营养物去除,生物除磷是利用聚磷菌（PAB）一类的微生物，能够过量地，在数量上超过其生理需要，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮存在菌体内，形成高磷污泥，通过排除剩余污泥达到从污水中除磷的过程。,1）生物除磷原理：,4 氮磷营养物去除,生物除磷的基本过程：,(1)聚磷菌对磷的过量摄取,好氧条件下，聚磷菌不断氧化分解体内有机物（PHB），放出能量，同时从外部环境摄取磷。,ADP+H3PO4+能量ATP+H2O,聚磷酸盐,(2)聚磷菌的放磷,厌氧条件下，聚磷菌体内的聚磷酸盐及ATP水解，放出磷
29、酸和能量;利用此过程产生的能量摄取废水中的有机物合成聚-羟基丁酸盐（PHB）。,ATP+H2OADP+H3PO4+能量,4 氮磷营养物去除,聚磷微生物及其特性：,早期的研究认为，废水生物除磷工艺中的聚磷菌主要是不动杆菌，这种细菌外观为短粗的杆状，革兰氏染色阴性或略保紫色，对数期细胞大小为1-1.5um。这种细菌的优先碳源为低分子有机物，其含磷量最高，可占干重的5%-13%。目前的研究则认为，不动杆菌只是少数贮磷菌之一，在复杂的活性污泥微生物区系中，不动杆菌不是生物除磷系统中唯一能超量吸收磷的细菌，其个体数量仅占细菌总量的1%-10%。气单胞菌属、假单胞菌属、放线菌属和诺卡氏菌属也能贮存聚磷。这
30、些发现促使人们尚需对在聚磷菌中是何菌群占主要地位的问题，进行进一步研究。,4 氮磷营养物去除,2）生物除磷影响因素：,有机物负荷及其性质 厌氧区的硝态氮 溶解氧 温度 泥龄（固体停留时间）,4 氮磷营养物去除,有机负荷及其性质,废水生物除磷工艺中，厌氧段有机物的种类、含量及其与微生物营养物质的比值是影响除磷效果的重要因素。小分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，而高分子难降解的有机物诱导释磷的能力较弱。研究表明，若要使处理出水中磷的质量浓度控制在1.0mg/L以下，进水中的有机物(BOD)/TP应控制在20-30。一般认为，(BOD)/TP值至少要大于15，才能保证聚磷菌足够的基质需求而获得
31、良好的除磷效果。进水中COD/TKN值对生物除磷也有一定影响，一般要求该值大于14，比值太低会引起硝酸盐回流至厌氧区，继而在厌氧区发生反硝化作用，争夺聚磷菌生物所需的含碳有机物，从而影响聚磷菌贮藏有机物和释放磷的过程。,4 氮磷营养物去除,厌氧区的硝态氮,生物除磷工艺中，硝酸盐的去除是除磷的先决条件。进入生物除磷系统厌氧区的硝态氮会降低除磷能力。一方面部分聚磷菌具有反硝化能力（如气单胞菌），硝态氮的存在会使部分聚磷菌利用其作为电子受体进行反硝化，影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，从而抑制了聚磷菌的释磷和摄磷能力及PHB的合成能力。另一方面，厌氧区内硝酸盐还原过程中消耗了可供聚磷菌利
32、用的有机基质，降低了进水有机物与总磷的比值，抑制了聚磷菌对磷的释放，从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。,4 氮磷营养物去除,溶解氧,溶解氧的影响体现在厌氧区和好氧区两个方面。在厌氧区中必须控制严格的厌氧条件，厌氧区若存在溶解氧，一方面溶解氧将会作为最终电子受体而抑制厌氧菌的发酵产酸，妨碍或抑制磷的释放；另一方面溶解氧的存在将会导致好氧菌的生长而发生其对进水中有机基质的降解，使可供厌氧菌利用的有机基质减少，从而导致发酵产酸菌不能产生足够的小分子低级脂肪酸等物质，减少了聚磷菌所需的脂肪酸产生量，使生物除磷效果差。在好氧区必须提供足够的溶解氧，以满足聚磷菌对其贮存的PHB进行降解时最终电子受体的
33、需求量，释放足够的能量，供聚磷菌过量摄磷之需。,4 氮磷营养物去除,温度,在一定温度范围内，温度变化不是十分大时，生物除磷都能成功运行。因为在高温、中温、低温条件下，不同的菌群都具有生物除磷的能力。但有研究表明，水温从10摄氏度升高到30摄氏度时磷的释放速率提高了4倍，这意味着低温运行时厌氧区的停留时间要更长一些。,4 氮磷营养物去除,泥龄（固体停留时间）,生物除磷主要是通过排除剩余污泥实现的，因此泥龄的长短对除磷效果有直接影响。一些研究表明，泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷消耗的有机物也就越多。而泥龄越短，污泥含磷量高，排放的剩余污泥量也多，则可获得较好的除磷效果。此外，短的泥龄还
34、有利于好氧段控制硝化作用的发生，从而有利于厌氧段的充分释磷。因此，仅以除磷为目的的污水处理系统中，一般宜采用较短的泥龄。资料表明，以除磷为目的的生物处理工艺污泥龄一般控制在3.5-7d。,4 氮磷营养物去除,3）生物除磷工艺：,A/O工艺 phostrip工艺 A/P工艺,4 氮磷营养物去除,A/O工艺：,进水,厌氧池,出水,A/O生物除磷工艺流程图,好氧池,二沉池,回流污泥,剩余污泥,A/O除磷工艺单元组成最简单的生物除磷工艺，由活性污泥反应池和二沉池构成。活性污泥反应池分为厌氧区和好氧区，污水和污泥顺次经厌氧和好氧交替循环流动。回流污泥进入厌氧池，微生物在厌氧条件下吸收去除一部分有机物，并
35、释放出大量磷，然后进入好氧池并在好氧条件下摄取比在厌氧条件下释放的更多的磷，同时废水中有机物得到好氧降解，部分富磷污泥以剩余污泥的形式排出处理系统之外，实现磷的去除。A/O工艺流程简单，不需投加化学药剂，基建和运行费用低。但A/O工艺除磷效率低，在处理城市污水时除磷率为75%左右。,4 氮磷营养物去除,phostrip工艺：,进水,好氧池（去碳、除磷）,出水,phostrip生物除磷工艺流程图,二次沉淀池,除磷回流污泥,剩余污泥,厌氧除磷池,混合反应池,沉淀池,化学药剂,含磷化学污泥,废水首先进入好氧池，去除有机物，同时在好氧状态下过量地摄取磷。二沉池的污泥进入厌氧除磷池，在这里过量摄取的磷得
36、到充分释放，释磷后的污泥重新回流到好氧池重新起摄磷作用。由除磷池流出的富磷上清液进入化学沉淀池，投加化学药剂将磷进行回收。Phostrip工艺具有如下优点：（1）对进水水质波动的适应性强；（2）对富磷上清液进行化学沉淀处理时，石灰用量少、泥量也少，可对磷进行再利用；（3）适合于对现有工艺的改造，只需在污泥回流管上增设小规模的处理单元即可，且在改造过程中不必中断处理系统的正常运行。,4 氮磷营养物去除,A/P工艺：,进水,初沉池,出水,初沉池的沉淀污泥进入污泥浓缩池，将上清液进行回流，补充碳源（主要是低分子量的脂肪酸），以提高厌氧单元的释磷效果。,去消化池,剩余污泥,厌氧段,好氧段,二沉池,浓缩
37、池,回流污泥,4 氮磷营养物去除,（3）同步脱氮除磷技术,A2/O工艺 Phoredox工艺 UCT工艺 改良的A2/O工艺 VIP工艺,4 氮磷营养物去除,A2/O工艺：,进水,厌氧池,出水,剩余污泥,缺氧池,好氧池,二沉池,回流污泥,硝化液回流,A2/O生物脱氮除磷工艺流程图,A2/O工艺通过厌氧、缺氧、好氧交替运行，具有同步脱氮除磷的功能，基本上不存在污泥膨胀问题；A2/O工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同类工艺，并且不需外加碳源。厌氧、缺氧段只进行缓速搅拌，运行费用低。A2/O工艺的缺点是：因受到污泥龄、回流污泥中挟带的溶解氧和硝酸盐的限制，除磷效果不可能十分理想；脱氮效果取决于混
38、合液回流比，而A2/O工艺的混合液回流比又不能太高（小于200%），所以脱氮效果不能满足较高要求。,4 氮磷营养物去除,4 氮磷营养物去除,Phoredox工艺：,Phoredox工艺是Bardenpho脱氮工艺的改进型，在系统前增加了一厌氧池。该工艺的泥龄较长，一般设计值为10-20d。该工艺的优点是产泥量较少；其缺点是污泥回流携带硝酸盐回到厌氧池，会对除磷有明显的不利影响，且受水质影响大，对于不同的污水除磷效果不稳定。,4 氮磷营养物去除,UCT工艺：,进水,厌氧池,出水,剩余污泥,缺氧池,好氧池,二沉池,回流污泥,硝化液回流,回流,UCT工艺是在A2/O工艺基础上对回流方式进行了调整，不
39、同之处是将沉淀污泥回流到缺氧池而不是厌氧池，同时增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流，这样就可以防止好氧池出水中的硝酸盐进入到厌氧池，破坏厌氧过程中磷的释放。,4 氮磷营养物去除,改良的A2/O工艺,进水,厌氧/缺氧调节池,出水,剩余污泥,厌氧池,二沉池,回流污泥,在厌氧池之前增设厌氧/缺氧调节池，来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入该池，停留时间20-30min，微生物利用10%进水中的有机物去除所有的回流硝态氮，从而保证厌氧池的稳定。,缺氧池,好氧池,混合液回流,90%,10%,4 氮磷营养物去除,VIP工艺,进水,厌氧池,出水,剩余污泥,缺氧池,好氧池,二沉池,回流污泥(0.5-1)Q,回流(1-2)Q,回流(1-2)Q,VIP工艺与UCT工艺非常相似，两者差别在于VIP工艺的厌氧段、缺氧段和好氧段的每一部分都有两个以上的池子组成，通常反应池采用分格方式，形成了有机物的梯度分布，充分发挥了聚磷菌的作用，提高了除磷效果。与UCT工艺相比，VIP采用高负荷运行，污泥龄较短，除磷效果好，反应池的容积也较小。,
