第3章 污水脱氮除磷处理

溶解性与颗粒性：SA+SF+SI+XS＋XI S表示溶解性组分，X表示颗粒性组分；下标S溶解 性，I惰性，A发酵产物，F可发酵的易生物降解的。
（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量， 污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量的磷须同 时耗用更多的BOD。
Rensink和Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结果 表明：SRT=30d时，除磷效果40%；SRT=17d时，除磷 效果50%；SRT=5d天时，除磷效果87%。
总反应式为：
6NO3 5CH3OH 反硝 化菌3N2 5CO2 7H2O 6OH-
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营 养源进行反硝化反应。
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：
（4）适宜温度为5~30℃。 （5）足够的生物固体停留时间。
（6）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）SRTn，必须大 于其最小的世代时间，否则将使硝化菌从系统
中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在
适宜的温度条件下为3d。SRTn值与温度密切 相关，温度低，SRTn取值应相应明显提高。 （7）除有毒有害物质及重金属外，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NOx-N、高浓度的有机基质、部分有机 物以及络合阳离子等。
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。
污水中磷的去除
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。
如何去除磷以达到排放标准？
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。
常规活性污泥法的微生物同化和吸附
同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。
（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统 合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。 （5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷 速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留 时间或投加外源VFA。 （6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降 性能和剩余污泥处置方法等。
有机氮在氨化菌作用下，被分解、转化为氨态氮。
RCHNH 2COOH O2 RCOCOOH CO 2 NH3
2、硝化反应
硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的 过程，首先在亚硝化菌作用下，使氨转化为亚硝酸盐氮， 再在硝酸菌作用下转化为硝态氮。
2NHLeabharlann 43O 2（c）NOx-浓度：产酸菌利用NOx- 作为电子受体，抑 制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。
生物除磷影响因素： 2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其 速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物组成和性 质，ASM模型对其进一步划分为：
（a）1987年发展的ASM1:
CODtot=SS+SI+XS+XI （b）1995年发展的ASM2:
生物除磷及生物脱氮除磷工艺
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。
生物除磷及生物脱氮除磷工艺
A2/O工艺
3NO
3
14CH 3OH

CO 2

3H
3C5H 7O 2 N
19H
2O
式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学成。：
反硝化还原和微生物合成的总反应式为：
NO
3
1.08CH 3OH

H
0.065C
5H7O2N

0.47 N2

0.76CO
2

2.44H
2O
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。
（d）温度：反硝化反应的最适宜温度是20~40℃，低 于15℃反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化 速率，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；降低负荷率；提高污水的水力停 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。
生物脱氮工艺
亚硝酸菌 2NO
2

4H


2H
2O
2NO2 2O2 硝酸菌2NO3
亚硝化菌和硝酸菌统称为硝化菌。硝化菌是自养菌，不需 要有机营养物质，从CO2获取碳源，从无机物氧化中获取 能量。
硝化过程的影响因素
（1）好氧环境条件，：硝化菌为了获得足够的能量用 于生长，必须氧化大量的NH3和NO2-，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，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含 量不得低于2mg/L。
生物除磷影响因素：
（1）厌氧环境条件：
（a）氧化还原电位：Barnard、Shapiro等人研究发现， 在批式试验中，反硝化完成后，ORP突然下降，随后开 始放磷，放磷时ORP一般小于100mV；
（b）溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性厌氧 菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱 导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；
普通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 生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中磷含 量占到干重5%~6%。 如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。
生物除磷机理
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 解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。 厌氧环境中：
城市污水经传统的二级处理以后，虽然绝大部分悬 浮固体和有机物被去除了，但还残留微量的悬浮 固体和溶解的有害物，如氮和磷等的化合物。氮、 磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引 起水体的富营养化，影响饮用水水源。
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、氨化反应： 新鲜污水中，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。
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收乙酸苷转化为 PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。 聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。
好氧环境中：
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 分供其主动吸收污水中的磷酸盐，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收磷的聚磷菌，也就是从污 水中去除的含磷物质。
普通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 放要求。
（2）保持一定的碱度 在硝化反应过程中，释放H+， 使pH下降，硝化菌对pH的变化十分敏感，为保持适 宜的pH，应当在污水中保持足够的碱度，以调节pH 的变化，lg氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以 CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的pH为7.0~8.1。
（3）混合液中有机污染物含量不应过高，BOD值应低 于15~20mg/L以下。BOD过高，将使增值速度过快的 异养型细菌迅速增殖，成为优势菌种，使硝化反应缓 慢。
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BOD5/TKN>3~5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CO2和H2O，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。
（b）pH：对反硝化反应，最适宜的pH是6.5~7.5。pH高 于8或低于6，反硝化速率将大为下降。
（c）DO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，溶解氧应控制在 0.5 mg/L以下。
反硝化反应： 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。
6NO3 2CH3OH 硝酸还原菌6NO2 2CO2 4H2O
6NO2 3CH3OH 亚硝酸还原菌3N2 3CO2 3H2O 6OH-