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1、污水生物脱氮除磷的原理与工艺设计,Biological nutrient removal from wastewater:principles and techniques,2011.5,生物脱氮基本原理,氮在水体中的存在形态,有机氮,无机氮,蛋白质(C,O,N,H,N=1518%),多肽,氨基酸,尿素CO(NH2)2,其他(硝基、胺及铵类化合物),氨氮(NH3-N,NH4+-N),亚硝态氮(NO2-N),硝态氮(NO3-N),生物脱氮基本原理,氮在水体中的存在形态,氨氮(NH3-N,NH4+-N),亚硝态氮(NO2-N),硝态氮(NO3-N),总氮(TN),有机氮,无机氮,凯氏氮(TKN)=
2、有机氮+氨氮,水污染控制中经常提到的几个术语,TN=TKN+NOx-N,生物脱氮基本原理,生物脱氮基本原理,氨化作用(Ammonification),氨化作用无论在好氧还是厌氧，中性、酸性还是碱性环境中都能进行，只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一。,有机氮,(氨化作用),氨化菌,NH4+-N,生物脱氮基本原理,硝化作用(Nitrification),氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：,55NH4+76O2+109HCO3-C5H7NO2+54NO2-+57H2O+104H2CO3,400NO2-+NH4+4H2CO3+HCO3-+195O2 C5H7NO2+3H2O+400N
3、O3-,NH4+1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3,生物脱氮基本原理,硝化作用(Nitrification),氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：,NH4+1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3,如果不考虑硝化过程中硝化细菌的增殖，硝化过程的氧化反应式为：,生物脱氮基本原理,硝化作用(Nitrification),1.每氧化1gNH4+-N为NO3-N需要消耗碱度7.14g(以CaCO3计)(100/14=7.14),注：每氧化14gNH4+
4、-N为NO3-N，产生2molH+，需要1mol的CaCO3(分子量为100)来中和。,2.不计细菌增值，每氧化1gNH4+-N为NO3-N，共需氧4.57g。,碱度是指水中能够接受H+离子的物质含量，即CO32-、HCO3-、OH-及弱酸盐类的总和。,亚硝酸菌和硝酸菌,1gNH4+-N,1gNO3-N,消耗碱度7.14g(以CaCO3计),需要氧4.57g,生物脱氮基本原理,硝化作用(Nitrification),2023年8月19日,生物脱氮基本原理,缺氧反硝化过程,NO3-N,NO2-N,NO,N2O,N2,通常反硝化菌群优先选择分子氧而不是硝酸盐为电子受体，但如果无分子态氧存在，则利用
5、硝酸盐进行无氧呼吸。,反硝化细菌大量存在于污水处理系统中。反硝化细菌是兼性细菌,2023年8月19日,生物脱氮基本原理,缺氧反硝化过程,生物反硝化的总反应式如下：,由第一式计算，转化1g NO2-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)1.71g 316/(214)=1.71。由第二式计算，转化1g NO3-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)2.86g 516/(214)=2.86。还原1gNO2-N或NO3-N均可产生3.57g碱度(以CaCO3计)(50/14)，硝化过程中消耗的碱度有近50%得到回收。,生物除磷基本原理,聚磷酸是一种高能化合物，水解时能放出能量。因此，在厌氧池中聚磷菌利
6、用这部分能量摄取有机物并放出水解产生的磷酸，结果厌氧池中的磷浓度上升。同时，废水中的有机物因被聚磷菌摄取而减少。但聚磷酸水解放出的能量还达不到菌体增殖所需的能量，所以摄取的有机物只能变成细胞内暂时贮存积蓄物质。到了好氧池，聚磷菌将体内积蓄的有机物通过好氧呼吸氧化分解，合成ATP，用这部分能量进行菌体的增殖和合成聚磷酸。由于其摄取合成聚磷酸的磷量比厌氧时放出的多，因此废水中的磷被不断净化。,生物除磷基本原理,有试验资料表明，厌氧状态下每释放1mg磷，进入好氧状态后就可吸收2.0一2.4mg磷。细胞内吸收了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成除磷过程。,厌氧条件下，因废水中没有D
7、O和缺乏硝态氮，一般无聚磷能力的好氧菌及反硝化细菌不能产生ATP，故这类细菌不能摄取细胞外的有机物合成菌体。,聚磷菌(polyphosphate accumulation organisms，PAOs),是指具有聚磷能力的一类细菌,生物除磷基本原理,聚磷菌厌氧释磷过程,简单有机底物,+,ADP+磷酸盐+能量,ATP,分解,多聚磷酸盐,聚磷菌细胞,合成,胞内碳源PHB,大分子有机物,发酵,聚磷菌细胞,分解,聚磷菌好氧吸磷过程,简单有机底物,胞内碳源PHB,O2,CO2+H2O+,生物氧化,能量,磷酸盐,ATP核酸多聚磷酸盐,聚磷菌细胞,合成,TCA循环,生物除磷基本原理,厌氧条件(释磷)好氧(缺
8、氧)条件(吸磷)Hac乙酸(COD)；Glycogen或Gly糖原；Poly-P或PP多聚磷酸盐；PHB聚-羟基丁酸盐；ATP三磷酸腺苷；NADH2烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶),生物除磷就是利用PAOs，过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷(luxury uptake)，并将其以聚合形态贮存在体内，形成高磷污泥而排出系统，以达到污水除磷的效果。,参与(1)的主要为亚硝酸单胞菌属；参与(2)的主要是硝化杆菌属；,在生理浓度条件下，NH4+氧化为NO2产生的能量为242.8351.7kJ/mol，所产生的能量亚硝酸菌可以利用5%14%。NO2氧化为NO3产能量为64.587.5kJ/mol，硝酸菌
9、的能量利用率为5%10%。,有硝化功能的活性污泥法,由于硝化反应释能少，为了合成细胞物质，细菌不得不大量氧化氨，试验测得的异化反应消耗的N与同化合成的N之比约为460:1。正是由于这个原因，硝化菌的增殖与其它细菌相比是非常缓慢的，需要较长的污泥龄。,有硝化功能的活性污泥法,硝化过程一般出现在泥龄较长的活性污泥系统中，硝酸盐是这类活性污泥系统出水中的主要形式。,有硝化功能的活性污泥法,硝化反应动力学,式中：n硝化菌比生长速率，d1；nm一硝化菌最大比生长速率，d1；Na氨氮的浓度，gm3；Kn硝化作用中半速率常数，gm3；,20时：nm0.250.77d1；Kn=0.52.0gm3；,为何Na是
10、氨氮的浓度，而不是亚硝酸盐的浓度？,生物硝化反应的动力学模型可用Monod公式表示:,有硝化功能的活性污泥法,由于NH4+-N氧化为NO2-N时产生的能量，大约为NO2-N氧化为NO3-N时所产生能量的45倍。因此要想获得相同的能量，所氧化的NO2-N也必须相当于氧化NH4+-N的45倍。所以，在稳态条件下，生物处理系统内不会产生NO2-N的积累。由于亚硝化反应和硝化反应Monod方程中的饱和常数KN都小于1mg/L(温度20)，所以硝化反应中的速度限制步骤是亚硝化菌将NH4+-N氧化为NO2-N的过程。,有硝化功能的活性污泥法,硝化反应动力学,1970s，Downing提出：,0.4715时
11、，亚硝酸菌最大比生长速率（d-1）,环境因素对动力学的影响,(1)温度：,有硝化功能的活性污泥法,硝化反应动力学,环境因素对动力学的影响,(1)温度：,(2)pH：,1970s，Downing提出，当pH值小于7.2时：,有硝化功能的活性污泥法,环境因素对动力学的影响,(1)温度：,(2)pH：,(3)DO：,大多数研究者认为，利用Monod关系式能够充分表达氧对硝化率的影响,SODO（mg/L）KO氧的半速常数（mg/L）,KO=0.252.46mg/L，美国EPA建议取1.3mg/L。,有硝化功能的活性污泥法,硝化反应动力学,pH7.2时：,pH=7.2时：,硝化反应动力学,硝化反应动力学
12、,有硝化功能的活性污泥法,微生物增长基本方程,有硝化功能的活性污泥法,硝化反应动力学,异养菌的细胞产量要比硝化菌高得多。这样，如果异养菌的生长率（h）比硝化菌的生长率（n）高得多的话，硝化菌就会从系统中冲洗出去。因此，要想维持一个硝化系统，就必须使：,有硝化功能的活性污泥法，设计污泥停留时间：,cd设计污泥停留时间（d）,cm在设计环境条件下硝化所需最小污泥停留时间（d）,有硝化功能的活性污泥法,有硝化功能的活性污泥法，设计污泥停留时间：,cd到底如何取值？,劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-Mc Carty)在硝化系统的设计中使用了安全系数（S.F.）这个概念，安全系数的确定方法是：,安全系数
13、（S.F.）一般取1.53,有硝化功能的活性污泥法,硝化反应动力学应用实例,设计每天能处理3785m3污水的氧化沟，污水水质如下：,例题1,BOD5160mgL，TSS200 mgL，TKN30mg/L，碱度350 mgL（以CaCO3计），最低温度14,BOD520mgL，TSS20mgL，NH3-N=8mg/L；,要求出水水质,有硝化功能的活性污泥法,例题1,在进行这一设计时，要作某些假设：(1)忽略用于合成的那一部分总氮，假设去除的总氮都被氧化。(2)假设安全系数为3.0，以应付高峰流量。(3)假设氧化沟中的溶解氧为2.0mg/L。,第一步：首先要检查是否存在着足以维持pH值的碱度。假设
14、全部进水的总氮（TKN）都被氧化，则所需碱度为：,所需碱度30mg（TKN）L7.14214mg/L(CaCO3),残余碱度=350mgL-214mgL136mgL(CaCO3),一般地，残余碱度在100mg/L（以CaCO3 计）时，可使pH维持在7.2以上。,例题1,第二步：计算14、DO2.0mg/L，且pH7.2时的亚硝化单胞菌的n：,根据出水水质要求Na=8.0mg/L，取KO=1.3,假定好氧区(池)混合液进入二次沉淀池后不发生硝化反应，则好氧区(池)氨氮浓度与二次沉淀池出水氨氮浓度相等。,例题1,第三步：计算设计污泥龄：,安全系数为3.0,第四步：计算曝气池体积V：,影响硝化反应
15、的环境因素,(1)温度,在535范围内，随着温度的升高，硝化反应速率增加。温度低于15即发现硝化速度急剧下降。低温运行时，延长泥龄，并将好氧池的DO维持在4.0mg/L，系统也可达到较好的硝化效果。,(2)DO,一般建议硝化反应中DO浓度大于2mg/L。,影响硝化反应的环境因素,有硝化功能的活性污泥法,(3)pH,影响硝化反应的环境因素,在pH值 7.08.0范围内，pH值变化对活性污泥硝化速率的影响甚少。当pH值降到5.05.5时，硝化反应几乎停止。生物脱氮的硝化阶段，通常控制pH值为7.28.0。,(4)C/N,研究表明，有机物对于硝化菌的影响并非是具有毒害作用，更为可能的是有机物的存在刺
16、激了异养菌迅速生长，从而与硝化菌争夺DO、氨氮和微量营养物质，使得硝化菌群生长受到限制，而有机物本身并不直接影响硝化菌的生长和硝化作用,一般认为处理系统的BOD负荷小于0.15gBOD5/gMLSSd时，处理系统的硝化反应才能正常进行。,硝化段中含碳有机基质浓度与总氮(TKN)的比例将直接影响活性污泥中硝化菌所占的比例.,BOD5/TKN与活性污泥中硝化细菌含量的关系,摘自马文漪、杨柳燕,环境微生物工程.南京大学出版社,1998年,影响硝化反应的环境因素,(5)污泥龄,影响硝化反应的环境因素,理论上，污泥龄大于3d就可获得满意的硝化效果，但实际脱氮系统所需的污泥龄通常要有1025d，脱氮率才不
17、受污泥龄的影响。,(6)有毒物质,重金属、酚、硫脲及其衍生物、高浓度的NH4+-N、高浓度的NO2-N。,一般NH4+-N 200mg/L,最高400 mg/L；NO2-N 100mg/L;,丙烯基硫脲可以抑制抑制亚硝化菌活性。抑制浓度5mg/L,单污泥系统,有硝化功能的活性污泥法,双污泥系统,好氧BOD氧化SRT=约5d,BODTKN,曝气池,污泥回流,SRT15d硝化,低BOD高NH4+,曝气池,污泥回流,排泥,排泥,低BOD低NH4+高NO3-,有硝化功能的活性污泥法,BNR工艺,BNR=biological nutrient removal 生物法去除营养盐,BNR工艺,生物脱氮工艺,
18、生物除磷工艺,生物脱氮除磷工艺,污水生物脱氮除磷工艺,BNR工艺,生物脱氮工艺,BNR工艺,生物脱氮工艺,影响生物反硝化的环境因素,BNR工艺,生物脱氮工艺,碳源不足时应补充，甲醇和乙酸盐是被广泛应用的外加碳源。,生物脱氮效率与进水C/N之间的关系,生物反硝化的总反应式如下：,由第一式计算，转化1g NO2-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)1.71g 316/(214)=1.71。由第二式计算，转化1g NO3-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)2.86g 516/(214)=2.86,BNR工艺,生物脱氮工艺,BNR工艺,生物脱氮工艺,反硝化过程中需要的有机物总量可按下式估算：,C
19、=2.86NO3-N+1.71NO2-N+DO,式中：C 反硝化需要的有机物总量，按BOD5计(mg/L)；NO3-N污水中硝态氮的浓度（mg/L)；NO2-N污水中亚硝态氮的浓度mg/L)；DO污水中溶解氧的浓度（mg/L)。,BNR工艺,生物脱氮工艺,BNR工艺,生物脱氮工艺,生物脱氮工艺,多级污泥系统,单级污泥系统,三级,二级,A/O,氧化沟，SBR,多级污泥系统生物脱氮工艺,优点：有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌分别在各自反应器内生长繁殖，环境条件适宜，反应速度快而且比较彻底，可以获得相当好的BOD5去除效果和脱氮效果。缺点：该流程构筑物和设备多，造价高，运行管理复杂，且需要外加碳源，运
20、行费较高，一般应用不多。,两级生物脱氮系统,主要缺点：该流程仍然较复杂，出水有机物浓度也不能保证十分理想。,单级污泥系统生物脱氮工艺,主要缺点：要取得满意的脱氮效果，必须保证足够大的混合液回流比，通常在14倍的进水流量，这势必增加运行费用,缺氧(Anoxic)/好氧(Oxic)脱氮工艺简称A/O脱氮工艺：,单级污泥系统生物脱氮工艺,主要缺点：污泥负荷比较低，污泥龄较长，占地面积较大。,氧化沟(Oxidation Ditch)生物脱氮工艺,主要缺点：占地面积大，设备利用率较低。,序批式活性污泥法(Sequencing Batch Activated Sludge Process),单级污泥系统生
21、物脱氮工艺,生物脱氮新工艺,短程硝化反硝化工艺(Shortcut Nitrification-Denitrification),有机氮,(氨化),氨化菌,NH4+-N,(亚硝化),NO2-N,亚硝酸菌+O2,硝酸菌+O2,(反硝化),NO3-N,NO2-N,N2,(碳源),(碳源),实现短程硝化反硝化的关键在于将NH4+的氧化控制在NO2阶段。影响NO2积累的主要因素有温度、pH、游离氨(Free Ammonium，简称FA)、DO、游离羟胺(FH)以及水力负荷、有害物质和污泥泥龄等。,短程硝化反硝化工艺(Shortcut Nitrification-Denitrification),短程硝化
22、反硝化优点：硝化阶段可减少25%左右的需氧量；反硝化阶段可减少40%左右的有机碳源；反应时间缩短，反应器容积可减小30%40%左右；具有较高的反硝化速率(NO2的反硝化速率通常比NO3的高63%左右)；污泥产量降低(硝化过程可少产污泥33%35%左右，反硝化过程中可少产污泥55左右)；(6)减少了投碱量等。,生物脱氮新工艺,厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺(ANaerobic AMMonium OXidation),SHARONANAMMOX组合工艺具有耗氧量少、污泥产量少、不需外加碳源等优点，是迄今为止最简捷的生物脱氮工艺，具有很好的应用前景，成为当前生物脱氮领域内的一个研究重点。,生物脱氮
23、新工艺,生物脱氮新工艺,SHARON反应器1组；19.5 m，H=5.75 m，流量为550 m 3/d，水力停留时间为3 d，好氧停留时间为24 h，温度为35，pH为77.2，溶解氧浓度为1.5 mg/L。ANAMMOX反应器1组；2.2 m，H=18 m(V=70 m3)，流量为550 m3/d，水力停留时间为3 h，设计负荷为800 kgN/d，温度为35，pH为7.5。,SHARON,ANAMMOX,荷兰鹿特丹DOKHAVEN市政污水处理厂,同步硝化/反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称SND),同步硝化反硝化
24、现象，就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中、相同操作条件下同时发生。与传统的脱氮工艺相比，SND工艺从理论上具有明显的优越性，主要表现在：工艺流程简单、反应器体积小；反硝化反应产生的碱度可及时补充部分硝化反应所消耗的碱度；缩短反应时间。,生物脱氮新工艺,同步硝化/反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称SND),生物脱氮新工艺,宏观环境解释认为：由于生物反应器的混合形态不均，可在生物反应器内形成缺氧及(或)厌氧段，此为生物反应器的大环境，即宏观环境。,对SND生物脱氮的机理还需进一步地加深认识与了解，但已初步形成了三种解释
25、：即宏观环境解释、微环境理论和生物学解释。,微环境理论则是从物理学角度加以解释的，目前已被普遍接受。,同步硝化/反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称SND),生物脱氮新工艺,微环境理论认为：由于氧扩散的限制，在微生物絮体内产生DO梯度从而导致微环境的SND,微生物絮体的外表面DO较高，以好氧硝化菌为主；深入絮体内部，氧传递受阻及外部氧的大量消耗，产生缺氧区，反硝化菌占优势。,同步硝化/反硝化工艺(Simultaneous Nitrification and Denitrification，简称SND),生物脱氮新工艺,生
26、物学的解释有别于传统理论。近年来，好氧反硝化菌和异养硝化菌的发现，打破了传统理论认为硝化反应只能由自养菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点。对于好氧反硝化、异养硝化、自养反硝化的现象，近年来生物学的发展已经可以给出令人比较满意的答案。由于许多好氧反硝化菌如Thiosphaera pantotropha、Pseudamonas Spp.、Alcaligenes faecalis等同时也是异养硝化菌，能够直接把NH4+转化为最终气态产物而逸出，因此，同时硝化反硝化生物脱氮也就成为可能。,BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),通过生物途径去除废水中磷的过程称为生物除磷。采用投加铝盐或铁盐去除废
27、水中磷的过程称为化学沉淀除磷。,生物除磷法的优点：（1）降低化学药品费用；（2）减少污泥产量；,生物除磷需要以下几个条件：（1）存在聚磷菌；（2）有厌氧区和好氧区；（3）存在易生物降解物质和相当高浓度的磷,生物除磷(Biological Phosphorus Removal),BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),BNR工艺,BODTNTP,厌氧池,生物体合成及衰减；PHB利用并过量吸磷；,高PO43-,好氧池,污泥回流,富磷污泥排放,低BOD低TP高NH3-N,聚磷水解，释磷；PHB内部贮存；,将磷从水中转移至泥中；通过排放富磷污泥从系统中除磷。,产酸菌PAOs,异养菌(PAOs占48%6
28、3%),生物除磷工艺(BPR工艺),BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),BPR工艺中BOD及磷的去除,BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),HRT=3+4=7h完成生物除磷过程.,BNR工艺,在常规活性污泥系统中，微生物正常生长时活性污泥含磷量一般为干重的1.5%2.3%，一般按2%计算。,C60H87O23N12P(31/1374=2.26%),生物除磷工艺中剩余污泥的含磷量达到污泥干重的3%7%。,PAOs的聚磷酸盐含量最高为50%，相当于15%20%的含磷量。,生物除磷工艺(BPR工艺),富磷污泥(PAOs占48%63%),BNR工艺,厌氧(Anaerobic)/好氧(Oxic)除
29、磷工艺(A/O除磷工艺),生物除磷工艺(BPR工艺),BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),主要特点：负荷高、泥龄短、HRT短，污泥产率高。为了保证良好的生物除磷效果，该工艺一般控制在不发生硝化作用。BOD去除率大致与一般的活性污泥法系统相同。处理水中磷的含量一般都低于1mg/L。,BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),影响生物除磷的主要因素,BNR工艺,生物除磷工艺(BPR工艺),三种活性污泥法工艺参数对比,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮,缺氧池,好氧池,反硝化,除碳,硝化,生物除磷,厌氧池,好氧池,释磷,除碳,过量吸磷,生物脱氮除磷,厌氧池,缺氧池,好氧池,BNR工艺,生物脱氮
30、除磷工艺,典型的生物脱氮除磷工艺包括三部分：厌氧区、缺氧区和好氧区。,按空间顺序出现,厌氧-缺氧-好氧,缺氧-严氧-好氧,A2/O工艺,倒置A2/O工艺,按时间顺序出现,A2/C氧化沟,SBR及其革新工艺,T型氧化沟、Unitank工艺,空间和时间的结合,MSBR工艺,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,A2/O工艺,为反硝化细菌提供硝酸盐。,释磷,反硝化,除碳，过量吸磷，硝化。,泥水分离,接种污泥,提供VFAs,提供碳源,排放富磷污泥,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,A2/O工艺,NO3N进入厌氧区后，在厌氧区会发生反硝化作用，反硝化菌将夺取聚磷菌所需的有机物而影响厌氧释磷效果。,BNR工艺,生物脱
31、氮除磷工艺,A2/O工艺,NO3N进入厌氧区后，在厌氧区会发生反硝化作用，反硝化菌将夺取聚磷菌所需的有机物而影响厌氧释磷效果。,A2/O工艺的改进,倒置A2/O工艺,改良A2/O工艺,UCT工艺,MUCT工艺,JHB工艺,国内,国外,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,倒置A2/O工艺,主要问题：(1)受进水水质影响较大，当进水VFAs少时，生物除磷效果变差。(2)受污泥回流比的限制，脱氮效率不高。,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,改良A2/O工艺,微生物利用10%进水中的有机底物去除回流污泥中的硝态氮，消除硝态氮对后续厌氧池释磷的干扰。,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,UCT工艺(University
32、 of Cape Town，南非开普敦大学研发),回流污泥不是直接进入厌氧池而是先进入缺氧池，这样避免了回流污泥中大量硝酸盐对厌氧池的冲击。,当缺氧池反硝化不彻底时，同样会有硝酸盐进入厌氧池。,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,改良UCT工艺,将缺氧池分为两部分，前一部分专为消耗回流污泥中的硝酸盐而设，且不受内循环的硝化液的影响，把硝酸盐的不利影响降到最低限度。,需要增加一个混合液回流，且厌氧池内的MLSS亦受此回流比大小的影响。,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,改良UCT工艺,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,JHB工艺,该工艺最初在南非的约翰内斯堡市(Johannesburg)产生，目的是为了最大限
33、度地提高低浓度污水的生物除磷效果。该工艺中，回流污泥在进入厌氧池前首先进入一缺氧池，在其中停留足够长的时间以去除回流污泥中的硝酸盐。硝酸盐的去除效果主要取决于内源呼吸速率以及硝酸盐浓度。与UCT工艺相比，JHB工艺厌氧池内可维持较高的MLSS浓度，厌氧池HRT约为1h。,三种活性污泥法工艺参数对比,首先保证脱氮效果，然后才是除磷。为何？,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,A2/C氧化沟,不需将混合液提升，可实现硝化液的高回流比(R=400%)，获得较高的脱氮率。节能。,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,A2/C氧化沟,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱
34、氮除磷氧化沟工艺,厌氧-T型氧化沟,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,T型氧化沟运行示意图,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,Orbal氧化沟,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,Orbal氧化沟,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,Orbal氧化沟,第1沟DO：00.3mg/L,第2沟DO：0.51.5mg/L,第3沟DO：23mg/L,23,0.51.5,00.3,BNR工艺,生物脱氮除磷工艺,生物脱氮除磷氧化沟工艺,外沟道能够发生所特有的同时硝化反硝化作用。即使不设内回流，也能达到较好的脱氮效果。如设置内回流系统
35、，则脱氮率可达95%以上。,外沟道存在大区域的厌氧区，聚磷菌可完成磷的释放。,外沟道的供氧量通常是总供氧量的50%左右，但可去除80%以上的BOD。,Orbal氧化沟,生物脱氮除磷氧化沟工艺,DE氧化沟,DE氧化沟生物脱氮除磷运行方式,A2/O工艺 的设计方法,(2)厌氧池体积的计算,(1)判断能否采用A2/O工艺,BOD5/TKN4 脱氮要求,BOD5/TP17 除磷要求,同时满足,A2/O工艺 的设计方法,(3)缺氧池体积的计算,A2/O工艺 的设计方法,(3)缺氧池体积的计算,脱氮速率Kde宜根据试验资料确定。无试验资料时，20的Kde值可采用0.030.06(kgNO3N/(kgMLS
36、Sd)，并进行温度修正。T设计温度，一般取最不利温度，即低温。,A2/O工艺 的设计方法,(3)缺氧池体积的计算,(kgMLVSS/d),0.40.8,(kgMLVSS/d),(1)当仅要求降低BOD时，c取58d，Yobs=0.6；(2)当要求进行有机物降解和硝化时，c取1020d，Yobs为0.520.55；(3)当要求降低BOD和脱氮时，c取30d左右，Yobs为0.48。,A2/O工艺 的设计方法,(4)好氧池体积的计算,A2/O工艺 的设计方法,(5)混合液回流量的计算,假定1）好氧区(池)硝化作用完全，2）回流污泥中硝态氮浓度和好氧区(池)相同，3）回流污泥中硝态氮进厌氧区(池)后
37、全部被反硝化，4）缺氧区(池)有足够碳源，则系统最大脱氮率,r总回流比。,A2/O工艺 的设计方法,(5)混合液回流量的计算,一般工程上r不超过4，即达到TN的理论去除率为80%。再增加回流比，对脱氮效果的提高不大。总回流比过大，会使系统由推流式趋于完全混合式，导致污泥性状变差；,设出水硝酸盐氮浓度为Ce(mg/L)，假定回流中的硝酸盐氮完全被反硝化为氮气，则有：,好氧池生物硝化产生的硝酸盐氮总量TKNox,TKNox=进水TKN-出水TKN-0.12Xv,好氧池生物硝化产生的硝酸盐氮的去除率为：,A2/O工艺 的设计方法,(6)剩余污泥量的计算,法1：按泥龄计算,法2：污泥产率系数、衰减系数
38、及不可生物降解和惰性悬浮物计算,A2/O工艺 的设计方法,(7)需氧量的计算,生物反应池中好氧区的污水需氧量，根据去除的BOD5、氨氮的硝化和除氮等要求，宜按下列公式计算,O2=0.001aQ(SoSe)cXV+b0.001Q(NkNke)0.12XV0.62b0.001Q(NtNkeNoe)0.12XV,A2/O工艺 的设计方法,(7)需氧量的计算,BODt=BODu(1-e-kt),20时，k=0.23,BOD5=BODu(1-e-0.23*5)=0.68BODu,(7-1)第一项,去除的五日生化需氧量,0.001aQ(SoSe),a碳的氧当量，当含碳物质以BOD5计时，取1.47,BOD
39、u=(1/0.68)BOD5=1.47BOD5,A2/O工艺 的设计方法,(7)需氧量的计算,(7-2)第二项,剩余污泥的COD,cXV,排放剩余活性污泥所造成减少的COD量，因此部分COD并未耗氧，应予以扣除。,C=1.42,结论:1g异养菌相当于1.42gCOD;,A2/O工艺 的设计方法,(7)需氧量的计算,(7-3)第三项,氨氮的硝化需氧量,b0.001Q(NkNke)0.12XV,不计细菌增值，每氧化1gNH4+-N为NO3-N，共需氧4.57g。,b常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（kgO2/kgN），取4.57,A2/O工艺 的设计方法,(7)需氧量的计算,(7-4)第四项,反硝化回收的氧量,0.62b0.001Q(NtNkeNoe)0.12XV,4个NO3还原成2个N2，可使5个有机碳氧化成CO2，相当于耗去5个O2，而4个氨氮氧化成4个NO3需消耗8个O2，故反硝化时氧的回收率为5/8=0.62,感谢大家对我的支持！,你们的专注是我前进的动力！,
