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1、第三章第三章 水的生物化学处理方法水的生物化学处理方法 第五节第五节 生物脱氮除磷技术生物脱氮除磷技术太湖的富养分化 氮、磷的去除氮、磷的去除一、氮的去除一、氮的去除 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。1.化学法除氮(1)吹脱法:废水中，NH3与NH4+以如下的平衡状态共存：这一平衡受pH的影响，pH为10.511.5时，因废水中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。吹脱过程包括将废水的pH提高至10.511.5，然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为减少氯的投加量，常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。(2)折点加氯法:含
2、氨氮的水加氯时，有下列反应：(3)离子交换法:常用天然的离子交换剂，如沸石等。与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且可用石灰再生。2.生物法脱氮(1)生物脱氮机理 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，假如微生物细胞中氮含量以12.5%计算，同化氮去除占原污水BOD的2%5%，氮去除率在8%20%。2、生物脱氮氨化反应：簇新污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式存在的，此外也含有少数的氨态氮如NH3及NH4+等。微生物分解有机氮化合物产
3、生氨的过程称为氨化作用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解实力强并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例：硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变更较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。硝化反应：硝化过程的影响因素：（a）好氧环境条件，并保持确定的碱度：硝化菌为了获得）好氧环境条件，并保持确定的碱度：硝化菌为了获得足够的能量用于生长，必需氧化大量的足够的能量用于生长，必需氧化大量的NH3和和NO2-，
4、氧是硝化，氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的凹凸，必将影响硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的凹凸，必将影响硝化反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在，多数学者建议溶解氧应保持在1.52.0mg/L。在硝化反应过程中，释放在硝化反应过程中，释放H+，使，使pH下降，硝化菌对下降，硝化菌对pH的的变更特别敏感，为保持适宜的变更特别敏感，为保持适宜的pH，应当在污水中保持足够的碱，应当在污水中保持足够的碱度，以调整度，以调整pH的变更，假如使氨态氮（以的变更，假如使氨态氮（以N计）
5、完全硝化，需计）完全硝化，需碱度（以碱度（以CaCO3计）计）7.14g。对硝化菌的适宜的。对硝化菌的适宜的pH为为8.08.4。硝化过程的影响因素：（b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌快速增值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌快速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。（c）硝化反应的适宜温度是）硝化反应的适宜温度是2030，15以以下时，硝化反应速度下降，下时，硝化反应速度下降，5时完
6、全停止。时完全停止。硝化过程的影响因素：硝化过程的影响因素：（d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固）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）体平均停留时间（污泥龄）SRT，必需大于其最小的，必需大于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般世代时间，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为认为硝化菌最小世代时间在适宜的温度条件下为3d。SRT值与温度亲密相关，温度低值与温度亲密相关，温度低SRT取值应相应明显取值应相应明显提高。提高。（e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制
7、作用的物质还有高浓度的产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4-N、高浓度、高浓度的的NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机物以及络、高浓度的有机基质、部分有机物以及络合阳离子等。合阳离子等。反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子受体进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和养分源进行反硝化反应。总反应式为：反硝化反应：在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：式中：C5H7O2N为反硝
8、化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约96的NO3-N经异化过程还原，4经同化过程合成微生物。反硝化过程的影响因素：（a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所污水生物脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城市污水，当原污水含碳源，对于城市污水，当原污水BOD5/TKN35时时,即可认为碳源足够；二是外加碳源，多接受甲醇即可认为碳源足够；二是外加碳源，多接受甲醇（CH3OH），因为甲醇被分解后的产物为），因为甲醇被分解后的产物为CO2和和H2O，不留任何难降解
9、的中间产物；三是利用微生，不留任何难降解的中间产物；三是利用微生物组织进行内源反硝化。物组织进行内源反硝化。（b）pH：对反硝化反应，最适宜的：对反硝化反应，最适宜的pH是是6.57.5。pH高于高于8或低于或低于6，反硝化速率将大为下降。，反硝化速率将大为下降。反硝化过程的影响因素：（c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条在无分子氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，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系统组
10、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，反硝化分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应限制在氧应限制在0.5 mg/L以下。以下。（d）温度：反硝化反应的最适宜温度是）温度：反硝化反应的最适宜温度是2040，低于，低于15反硝化反应速率最低。为了保持确定的反反硝化反应速率最低。为了保持确定的反硝化速率，在冬季低温季节，可接受如下措施：提高硝化速率，在冬季低温季节，可接受如下措施：提高生物固体平均停留时间；降低负荷率；提高污水的水生物固体平均停留时间
11、；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。力停留时间。在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源细菌体内的原生物质及其贮存的有机物(2)生物脱氮工艺（a）三段生物脱氮工艺：将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。（b）Bardenpho生物脱氮工艺：设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。为进一步提高脱氮效率，废水进入其次段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥
12、的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上出现象。（c）缺氧好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。缺氧-好氧生物脱氮工艺 磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生长的重要元素。磷主要来自：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；使水质快速恶化，危害水产资源。含磷化合物含磷化合物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
13、酸盐(PO(PO4 43-3-)、磷酸氢盐、磷酸氢盐(HPO(HPO4 42-2-)、磷酸二氢盐磷酸二氢盐H H2 2POPO4 4-、偏磷酸盐、偏磷酸盐(PO(PO3 3-)聚合磷酸盐：焦磷酸盐聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P(P2 2OO7 74 4)、三磷酸盐、三磷酸盐(P(P3 3OO10105-5-)、三磷酸氢盐三磷酸氢盐(HP(HP3 3OO9 92-2-)二、污水中磷的去除二、污水中磷的去除一般城市污水水质与排放要求 常规活性污泥法的微生物同化和吸附；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BCODcr2503005060BOD
14、51001501020SS1502001020TKN(NH3-N)35（25）5（8）8（15）TP5611.5 如何去除以达到排放标准？生物强化除磷；投加化学药剂除磷。常规活性污泥法的微生物同化和吸附 一般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12%20%。生物强化除磷工艺可以使得系统解除的剩余污泥中磷含量占到干重5%6%。生物强化除磷工艺 假如还不能满足排放标准，就必需借助化学法除磷。生物强化除磷工艺 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取作用，然后沉淀分别而除磷。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
15、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，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取乙酸苷转化为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，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖等生理活动，部分供其主动吸取污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。剩余污泥中包含过量吸取磷的聚磷菌，也就是从污水中去除的含磷物质。一般活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到12%20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥中含磷量可以占到干重5%6%，去除率基本可满足排
16、放要求。好氧环境中：(1)A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程三、三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺(2)Phostrip去除磷工艺流程：三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺2.A2/O工艺A2/O工艺基本流程进水进水沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池缺氧池缺氧池好氧池好氧池剩余污泥剩余污泥出水出水内回流内回流污泥回流污泥回流进进气气管管3.改进的Bardenpho工艺4.UCT工艺5.SBR工艺 SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间依次上的限制，在同一反应器中完成。MSBR工艺传统A2O工艺MSBR脱氮除磷工艺MSBRMSBR池平面图池平面图MSBRMSBR单元工作状态单元工作状态6.三沟式氧化沟7.UNITANK工艺8.YAAO工艺例解解解解解解解解四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素1.脱氮除磷工艺及功能表2.脱氮除磷活性污泥法的影响因素 环境因素，如温度、pH、溶解氧。工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间。污水成分，如BOD5与N、P的比值。