生物脱氮除磷原理及工艺
生物脱氮除磷原理及工艺
（2）反应过程 （3）反硝化反应的控制指标
①碳源
污水中的碳源，BOD5/T—N>3-5时，勿需外加 外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），
②PH值
当BOD5/T—N<3-5时
适当的PH值（6.5-7.5） ——主要的影响因素
PH>8，或PH<6，反硝化速率下降
8
同化反硝化
+4H
+4H
缓慢搅拌池
沉淀池
21
三、 生物除磷原理
霍米尔（Holmers）提出活性污泥的化学式 C118H170O51N17P 或C：N：P=46：8：1
※ 生物除磷——就是利用聚磷菌一类的的微生物，能够过量 的，在数量上超过其生理需要，从外部摄取磷，并将磷以聚合 形式贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从废水 中除磷的效果。
设内循环
产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3—N 勿需建后曝气池
回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）
要提高脱氮率，要增加回流比
（2）影响因素与主要工艺参数
水力停留时间：3 ：1； 循环比：200%； MLSS值：大于3000mg/l; 污泥龄：30d; N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d 进水总氮浓度：小于30mg/l。
活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物
1、同化作用
污水生物处理中，一部分氮备同化微生物细胞的 组分。按细胞干重计算，微生物中氮的含量约为 12.5%
4
2、氨化反应 与硝化反应 （1）氨化反应
RCHNH2COOH+O2氨化菌 RCOOH+CO2+NH3
3、硝化反应
（1）硝化过程
生物脱氮除磷的原理与工艺设计
生物脱氮除磷的原理与工艺设计生物脱氮除磷是一种通过生物转化过程，将废水中的氮和磷去除掉的方法。
生物脱氮除磷工艺的基本原理是利用特定微生物（硝化细菌、反硝化细菌和磷积累菌）的活性，分别将废水中的氨氮和亚硝酸氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，然后利用反硝化微生物将硝酸盐还原为氮气；同时，磷酸盐通过生物转化过程被吸附于生物体内，从而实现废水中氮、磷的去除。
1.污水处理系统的设计：包括进水口、沉淀池（或消化池）、氧化池、沉砂池（或沉淀池）、出水口等。
不同的生物脱氮除磷工艺，需要设计不同的系统结构，以确保废水能够顺利流动，并进行相应的生物转化过程。
2.微生物的引进和培养：选择适当的微生物菌种，引进到废水处理系统中。
常见的微生物菌种包括：硝化细菌（如亚硝化细菌、硝化细菌等）、反硝化细菌和磷积累菌。
培养好的微生物菌种，能够提高废水处理系统的处理效果。
3.溶解氧供应：废水中的生物脱氮除磷过程需要一定的溶解氧供应，以维持微生物的正常活性。
通过增加氧气供应、搅拌设备等方式，提高溶解氧浓度，促进微生物的生长和代谢。
4.碳源的添加：废水处理过程需要适量的有机碳源（如甲烷、乙酸等）供给微生物菌种进行生长和代谢。
通过添加碳源，可以提高微生物的活性，增强废水中氮、磷的去除效果。
5.控制系统的建立：根据不同的废水处理系统要求，建立相应的监测和控制系统。
通过监测废水中氨氮、亚硝酸氮、硝酸盐和磷酸盐等指标的含量，调整废水处理过程中的操作参数，实现最佳的脱氮除磷效果。
6.污泥的处理和回用：生物脱氮除磷过程中会产生大量的污泥。
合理处理和回用污泥，可以降低处理成本，并减少对环境的污染。
通过科学的生物脱氮除磷工艺设计，可以高效地去除废水中的氮、磷污染物，实现废水的净化和资源化利用。
然而，不同的废水特性和处理需求可能需要不同的工艺设计，因此，需要根据实际情况进行具体的工艺优化和改进。
工艺方法——生物脱氮除磷技术
工艺方法——生物脱氮除磷技术工艺简介一、传统生物脱氮除磷技术1、传统生物脱氮原理污水经二级生化处理，在好氧条件下去除以BOD5为主的碳源污染物的同时，在氨化细菌的参与下完成脱氨基作用，并在硝化和亚硝化细菌的参与下完成硝化作用；在厌氧或缺氧条件下经反硝化细菌的参与完成反硝化作用。
2、传统生物除磷原理在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量形成ADP；在好氧条件下，聚磷菌有氧呼吸，不断地放出能量，聚磷菌在透膜酶的催化作用下利用能量、通过主动运输从外部摄取H3PO4，其中一部分与ADP结合形成ATP，另一部分合成聚磷酸盐（PHB）储存在细胞内，实现过量吸磷。
通过排除剩余污泥或侧流富集厌氧上清液将磷从系统内排除，在生物除磷过程中，碳源微生物也得到分解。
3、常用工艺及升级改造具有代表性的常用工艺有A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺、SBR 工艺、Bardenpho工艺、生物转盘工艺等，这些工艺都是通过调节工况，利用各阶段的优势菌群，尽可能的消除各影响因素间的干扰，以达到适应各阶段菌群生长条件，实现水处理效果。
近年来随着研究的深入，对常用工艺有了一些改进，目前应用最广泛、水厂升级改造难度较低的是分段进水工艺。
与传统A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺等相比，分段进水工艺可以充分利用碳源并能较好的维持好氧、厌氧（或缺氧）环境，具有脱氮除磷效率高、无需内循环、污泥浓度高、污泥龄长等优点。
分段进水工艺适用于对A/O工艺、A2/O工艺、UCT工艺等的升级改造，通过将生化反应池分隔并使进水按一定比例分段进入各段反应池，以充分利用碳源，解决目前污水处理厂普遍存在的碳源不足和剩余污泥量过大的问题。
分段进水工艺虽然对提高出水水质有较好的效果，但该工艺并不能提高处理能力，当水厂处于超负荷运行时，分段进水改造也不能达到良好的处理效果。
二、新型生物脱氮除磷技术近年来，科学研究发现，生物脱氮除磷过程中出现了超出传统生物脱氮除磷理论的现象，据此提出了一些新的脱氮除磷工艺，如：短程硝化反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺、反硝化除磷工艺。
简述生物脱氮和生物除磷的基本原理和过程
生物脱氮和生物除磷是水环境治理中常见的技术手段，其基本原理和过程对于水质净化具有重要意义。
下文将分别对生物脱氮和生物除磷的基本原理和过程进行简要阐述，以便更好地理解和应用这两种技术手段。
一、生物脱氮的基本原理和过程1. 基本原理：生物脱氮是指利用生物的作用将水体中的氮气态化合物转化为氮气排放出去的过程。
其主要包括硝化和反硝化两个过程。
2. 过程：1）硝化作用：首先是硝化细菌将水体中的氨氮转化为亚硝酸盐，然后再将亚硝酸盐转化为硝酸盐的过程。
这一过程主要发生在水中砷、锰等微生物和有机物贪婪性好氧微生物的作用下。
2）反硝化作用：反硝化细菌将水中的硝酸盐还原成氮气气体，从而实现氮的脱除。
这一过程主要发生在水中缺氧或厌氧条件下，反硝化细菌在有机物的作用下进行。
二、生物除磷的基本原理和过程1. 基本原理：生物除磷是指利用生物的作用将水体中的磷物质转化为无机磷沉积或有机磷的过程。
其主要包括磷的吸附和磷的沉淀两个过程。
2. 过程：1）磷的吸附：指微生物在生长过程中，通过细胞活性或胞外聚合物等结合机制，将水体中的磷物质吸附到微生物体表面或细胞内，从而减少水体中的磷含量。
这一过程主要发生在水中的底泥、生物膜等介质上。
2）磷的沉淀：指在适当的环境条件下，微生物可以促进水中磷物质的沉淀作用，将磷固定到底泥中，从而减少水体中的可溶性磷含量。
这一过程主要发生在水中的缺氧或厌氧条件下。
生物脱氮和生物除磷是通过利用微生物的作用，将水体中的氮和磷物质转化为氮气或无机磷沉积的技术手段。
其基本原理和过程涉及硝化、反硝化、微生物吸附和微生物沉淀等生物学过程，在水环境治理中具有重要的应用价值。
希望通过本文的介绍，读者对生物脱氮和生物除磷技术有更深入的了解，并能更好地应用于实际的水质净化工作中。
生物脱氮和生物除磷作为水环境治理的重要手段，对于改善水体质量、保护生态环境具有重要意义。
在实际应用中，为了更好地发挥生物脱氮和生物除磷技术的效果，需要结合具体的水体特点和环境条件，采取相应的措施和管理方式，以确保技术的有效运行和水体的稳定净化。
污水生物脱氮除磷的基本原理
污水生物脱氮除磷的基本原理
污水生物脱氮除磷是一种利用生物的代谢能力来降低污水中氮和磷的浓度的技术。
其基本原理是利用污水中的生物分解形成的氨氮，通过氨氧化、反硝化及硫酸还原这三个生物代谢过程，将氨氮转变成无害物质，并利用磷细菌将磷结合在污泥中，最终将氮和磷从污水中去除。
1、氨氧化过程
氨氧化过程是污水生物处理中脱氮的主要过程，也是把氨氮转变成无害物质的主要过程。
氨氧化的具体过程是把氨氮转变成氮气的过程，真正的氨氧化过程是由被称作氨氧化菌的细菌来承担的。
这些特殊的细菌需要降低水温、提高pH值和添加活性碳等外源物质的供给，才能进行氨氧化反应。
2、反硝化过程
反硝化过程是把亚硝酸氮转变成氮气的过程，它是生物处理中氮的最后一步转变过程，反硝化的最后产物是氮气，也就是说它是将氮从污水中最终去除出去的转变过程。
反硝化过程受反硝化菌的影响较大，反硝化菌属于好氧细菌，反硝化条件包括高氧化性、低温度、较高的pH值等。
3、硫酸还原过程
硫酸还原过程是通过硫酸还原菌将污水中的亚硝酸氮还原成氨氮的过程，它是把水中的氮含量降低的重要手段。
硫酸还原过程还可以与氨氧化过程相结合，从而提高去除氮的效率。
污水生物脱氮除磷原理及工艺
一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2） 2）铁盐除磷：FePO4 、 Fe(OH)3
一般用FeCl2、FeSO4 或 FeCl3 、Fe2(SO4)3
3）石灰混凝除磷:
2 5Ca 2 4OH 3HPO4 Ca5 (OH )(PO4 ) 3 3H 2O
二、生物除磷过程的影响因素
①溶解氧： l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在； l好氧池内：充足的溶解氧。 ②污泥龄： l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余
污泥多，可以取得较好的除磷效果；
l 有报道称：污泥龄为 30d ，除磷率为 40%；污泥龄为 17d，
除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。
一、巴颠甫(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺
工艺特点： 各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要 功能，同时又兼有二、三项辅助功能； 脱氮除磷的效果良好。 工艺复杂,反应器单元多,运行繁琐,成本高
二、A—A—O(A2/O)同步脱氮除磷工艺
工艺特点： l工艺流程比较简单；总的水力停留时间短 l厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀 较少发生； l无需投药，两个A段只需轻缓搅拌, 只有O段供氧, 运行费用低。
3
2
2 反硝化反应的影响因素
• 碳源：
①废水中有机物，若BOD5/TKN>3~5时，即可； ②外加碳源，多为甲醇； ③内源呼吸碳源—细菌体内的原生物质及其贮存 的有机物。 • 适宜pH：6.5~7.5； • 溶解氧应控制在0.5mg/l以下；
• 适宜温度：20~40C
生物脱氮的基本原理
二、Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合
废水脱氮除磷工艺
废水脱氮除磷工艺
废水脱氮除磷工艺是一种用于处理含有高浓度氮和磷的废水的技术，旨在减少这些有害污染物的排放，以满足环保标准。
以下是常见的废水脱氮除磷工艺：
1.生物脱氮除磷工艺：
生物脱氮（BNR）：生物脱氮是通过在废水处理系统中引入一些特定的微生物，将废水中的氮转化为氮气的过程。
这通常包括硝化和反硝化两个阶段，其中氨氮首先被氧化成亚硝酸盐，然后转化为氮气。
生物除磷（BPR）：生物除磷是通过引入能够吸附磷的微生物，将废水中的磷物质吸附并沉淀出来的过程。
2.化学脱氮除磷工艺：
化学沉淀：添加化学药剂，如氧化铁、氧化铝等，与废水中的磷形成沉淀物，从而实现除磷的效果。
这一过程通常被称为磷酸盐的化学沉淀。
硝化-脱硝：使用化学方法将废水中的氨氮氧化成硝酸盐，然后再还原成氮气。
3.物理化学脱氮除磷工艺：
生物物理化学一体化工艺：将生物处理、物理处理和化学处理结合在一起，以提高脱氮除磷效果。
膜分离技术：利用膜过滤技术，如超滤、反渗透等，从废水中去除氮和磷。
4.湿地处理：
人工湿地：利用植物和微生物的协同作用，通过湿地过程去除废水中的氮和磷。
自然湿地模拟：模仿自然湿地的生态系统，利用湿地中的植物和微生物去除废水中的有机和无机污染物。
4.3生物脱氮除磷技术
NO3-一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 (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40％，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％。
(3) 后置缺氧-好氧生物脱氮工艺
可以补充外来碳源，也可以利用活性污泥的 内源呼吸提供电子供体还原硝酸盐，反硝化速率 仅是前置缺氧反硝化速率的1/3-1/8，需较长停留 时间。
进水 二沉池 出水
好氧/ 硝化
缺氧
回流污泥 污泥
二、生物除磷工艺
1.概述 来源：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；水质恶化，危害水资源。 包括：有机磷(磷酸甘油酸、磷肌酸)和无机磷( 磷酸盐，聚合磷酸盐) 去除方法： 常规活性污泥法的微生物同化和吸附； 生物强化除磷； 投加化学药剂除磷。
二、生物除磷工艺
72年开创，生物除磷和化学 曝气池：含磷污水进入，还有由除 沉淀池(I)：泥水分离， 4.生物除磷工艺 磷池回流的已经释放磷但含有聚磷 除磷相结合，除磷效果好. 含磷污泥沉淀，已除磷的 (2)弗斯特利普除磷工艺（Phostrip）： 菌的污泥。使聚磷菌过量摄取磷， 上清液作为处理水排放。 去除有机物（BOD和COD）, 可能还 有一定的硝化作用。
聚磷分解形成的无机磷释放回污水中—厌氧释磷。
好氧环境：进入好氧状态后，聚磷菌将贮存于体
内的PHB进行好氧分解并释放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，
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一、 氮的吹脱去除
1、原理
（1）NH3+H2O
NH4++OH-
PH=7时，以NH4+存在
PH=11时，90%NH3存在
PH升高，去除NH3上升
T上升，去除NH3上升
（2）脱氮塔
脱氮塔技术的特点 除氮的效果稳定 操作简便，容易控制 NH3二次污染（可回 收） 使用CaO易结垢（改 用NaOH） 水温下降时，效果差
氧1.14mg
7—8.5 30℃ θ=1.1
0.21—1.08
7mg NH4+- N /(gMLSSh)
6—7.5 30℃ θ=1.1 0.28—1.44 0.02
0.04—0.13 mg SS/
0.02—0.07 mg
mg NH4+- N能量 转换率为5%—35%
a
VSS/mg N02--N能 量转换率10%—30%
1、同化作用
污水生物处理中，一部分氮备同化微生物细胞的 组分。按细胞干重计算，微生物中氮的含量约为 12.5%
a
4
2、氨化反应 与硝化反应 （1）氨化反应
RCHNH2COOH+O2氨化菌 RCOOH+CO2+NH3
3、硝化反应
（1）硝化过程
a
5
NH4++3/2O2 亚硝化菌NO2-+H2O+2H+-△（△F=278.42kj）
反硝化
异养型细菌
有机物 NO3- NO20—0.5mg/l 还原1mgNO3--N,N02--N生成3.57g
碱度 分解1mg有机物(COD)需要NO3N 0.35mg, N02-N0.58mg，以提
供化合态的氧 6—8
34—37℃ θ=1.06—1.15 好氧分解的 1/2 —1/2.5
2—8mg NO3-—N/(gMLSS·h) 16% CH3OH/gC5H7O2N8
生化反应类 型
微生物
能源 氧源(H受体)
溶解氧 碱度
氧的消耗
最适pH值 最适温度
增殖速度(d-1) 分解速度
产率
去除有机物 （好氧分解）
好氧菌和兼性菌 （异养型细菌）
有机物 O2
1—2mg/l以上 没有变化
分解1mg有机物 (BOD5)需氧2mg
6—8 15—25℃ θ=1.0—1.04 1.2—3.5 70—870mg BOD/(gMLSS·h)
a
3
（3）脱氮塔工作影响因素与设计参数 ①PH值——PH升高到10.5以上，去除率增加缓慢 ②水温——水温升高，效率升高 ③布水状态——滴状下落最好，膜状下落，效果大减 ④布水负荷率——填料6m高以上时，其值不超过180m³/m².d ⑤气液比——填料6m高以上时，2200-2300以下为好。
二、 污水生物脱氮原理 活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物
a
6
①溶解氧—— 氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l 硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）
②碱度——7.1g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一 般碱度不低于50mg/l ③PH——对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高
④温度——适应20-30℃，15℃时硝化速度下降，低于5℃完全停 止 ⑤有机物——BOD应低于15-20mg/l ⑥污泥龄（SRT）——微生物在反应器内的停留时间（θc）
生物脱氮除磷原理及工艺
xxx
a
1
活性污泥的脱氮除磷原理及应用
13.7.1脱氮原理与工艺技术
1、氮污染的危害
（1）富营养化——N、P引起，藻类问题（滇池，太湖）； （2） 提高制水成本——应用水，污水消毒时，增加投氯量； （3）污水回用填塞管道——NH3－N可促进设备中微生物的繁殖； （4） 农业灌溉——TN不大于1mg/l，否则对农作物有影响。
硝化菌
NO2-+1/2O2
NO3- -△F（△F=72.27kj )
NH4++2O2 NO3-+H2O+2H+-△F（△F=351kj）
硝化菌的特点
①硝化菌——亚硝酸菌和硝酸菌的统称; ②硝化菌属于——化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短
杆状细菌 .
（2）环境因素对硝化反应的影响
※硝化菌对环境条件的变化极为敏感
N>(θc)Nmin，硝化菌最小的世代时间(θc)Nmin ⑦重金属机有害物质 重金属对硝化反应抑制 高浓度NH4+—N，高浓度NOx-—N
有机物、络合物阳离子
a
7
4、反硝化反应 反硝化反应——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，
还原气态N2的过程。
（1）反硝化菌的特点
①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌； ②以NO3—N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更 多的ATP，合成的细胞物质较少 。
10
③溶解氧
0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制 反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝 酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能合成； ④温度
最适宜的温度是20-40℃，低于15℃时代谢速率下降； ⑤冬季低温季节
（2）反应过程 （3）反硝化反应的控制指标
①碳源
污水中的碳源，BOD5/T—N>3-5时，勿需外加 外加碳源，CH3OH（反硝化速率高生成CO2+H2O），
②PH值
当BOD5/T—N<3-5时
适当的PH值（6.5-7.5） ——主要的影响因素
PH>8，或PH<6，反硝化速率下降
a
8
同化反硝化
+4H
+4H
2HNO3 -2H2O2HNO2-2H2O 2HNO
2NH2OH
2NH3
NO3-
NO2-
-H2O
N2
NO
异化反硝化
NH2OH
有机体(同化反硝 化)
NO2-
N2O
N2(异化反硝化)
反硝化过程式 上式的简化式
图7－14 反硝化反应过程（同化反硝化、异化反硝化）
a
9
表7-4生物脱氮反应过程各项生化反应特征
16% CH3OH/gC5H702
N
硝化
亚硝化
硝化
Nitrosomonas 自养型细菌
Nitrobacter 自养型细菌兼性菌
化学能
化学能
O2 2mg/l以上 氧化1mg NH4+-N 需要7.14mg的碱度
O2 2mg/l以上 没有变化
氧化1mg NH4+- N 氧化1mgNO2--N 需
需氧3.43mg
2、氮的存在形式
（1）有机氮
（2）氨态氮（NH3—N、NH4+—N） （3） NO2—N、NO3—N （4） N2
凯式氮
3、二级处理技术的局限性
※合成代谢对氮磷的去处率低，水中氮磷过剩
nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2 (C5H7NaO2)n+n(x-5)CO2+n/2(y-4)H2O2