生物除磷工艺
生物除磷工艺
生物除磷工艺磷是生物圈中的重要元素之一，是生命活动的一种必需元素，也是一切生物重要的营养元素。
它不仅是生物细胞中的重要组成成分，而且在遗传物质的组成和能量贮存中都是必需的。
在大多数情况下，磷循环是一个单向流动过程，磷被利用后，以污水的形式排入水体，是一种不可再生且面临枯竭的重要自然资源。
城市污水中的磷主要来源于人类排泄物、食物残渣、工商企业、合成洗涤剂和家用清洗剂、农药和化肥。
对其中的磷若不进行处理，则容易引起受纳水体的富营养化。
水体富营养化就意味着藻类(主要是蓝藻中的微囊藻属Microcystis、腔球藻属Coelosphaerium和鱼腥藻属Anabaena)的过量增长，其直接后果就是淡水水体发生“水华”，海洋发生“赤潮”，随后藻类死亡，最后造成水体质量恶化和水生态环境的破坏，严重的则将进一步影响人类健康。
目前，生物除磷技术有两种作用机理：一类是聚磷菌（Polyphosphate accumulating organisms，PAOs）以O2作为电子受体，在好氧条件下完成吸磷；另一类是反硝化聚磷菌（Denitrifying Phosphate Removal Bacteria，DPB）以NO3-作为电子受体，在缺氧条件下完成吸磷。
两者都在厌氧条件下释磷，并吸收水中挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids，VFA），完成磷的代谢循环。
1 生物除磷原理1.1 传统的厌氧-好氧除磷原理在厌氧段，兼性细菌通过发酵作用，将污水中溶解性BOD转化为低分子发酵产物挥发脂肪酸(VFA) 。
聚磷菌此阶段分解体内的聚磷酸盐产生ATP，并利用ATP将水中的低分子发酵产物等有机物摄入细胞内，以聚-β-羟基丁酸(PHB) 、聚-β-羟基链烷酸( PHA)及糖原等有机颗粒的形式贮存于体内，所需的能量来自聚磷酸盐的水解及细胞内糖的酵解，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸释放到胞外，即厌氧放磷。
在好氧段，聚磷菌又可以利用聚-β-羟基丁酸盐氧化分解所释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐贮存于细胞内。
生物除磷原理
生物除磷，是指活性污泥法处理污水时，将活性污泥交替在厌氧以及好氧状态下运行，能使过量积聚磷酸盐的积磷菌占优势生长，使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。
污泥中积磷菌在厌氧状态下释放磷，在好氧状态下过量地摄取磷。
经过排放富磷剩余污泥，其结果与普通活性污泥法相比，可去除污水中更多的磷。
基本过程
1、除磷菌的过量摄取磷
好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚b-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。
2、除磷菌的磷释放
在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。
3、富磷污泥的排放
在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。
几种生物脱氮除磷工艺的区分
几种生物脱氮除磷工艺的区分一、四段Bardenpho脱氮工艺图1 四段Bardenpho脱氮工艺示意图如图1所示，四段Bardenpho脱氮工艺的设计目标是在不投加碳源时脱氮效率达到90%以上。
沉淀池的污泥回流到缺氧池1，同时，好氧池1的混合液也回流到缺氧池1。
沉淀池污泥回流比设计为100%，主要脱氮作用发生在缺氧池1，可实现脱氮70%。
缺氧池2的停留时间可以达到内源呼吸要求，靠微生物的内源呼吸作用去除好氧池1出水中的硝态氮。
BOD去除、氨氮氧化、磷的吸收主要发生在好氧池1。
磷得不到充分地释放，生物除磷效果较差。
二、五段Bardenpho脱氮除磷工艺图2 五段Bardenpho脱氮除磷工艺示意图为了改善四段Bardenpho脱氮工艺的生物除磷效率，发展了五段Bardenpho脱氮除磷工艺。
如图2所示，五段Bardenpho脱氮除磷工艺的设计特点是在首端增加了厌氧池，沉淀池的污泥回流到厌氧池强化了生物除磷，污泥回流比设计为100%。
好氧池1的混合液回流到缺氧池1，好氧池1的混合液回流比设计为400%。
缺氧池2的反硝化效率明显低于缺氧池1，没有发挥显著的脱氮作用。
三、UCT脱氮除磷工艺图3 UCT脱氮除磷工艺示意图如图3所示，UCT脱氮除磷工艺的设计目的之一是减小沉淀池回流的活性污泥对生物除磷效率的影响，因为活性污泥中含有硝酸盐，如果回流到厌氧池，会影响磷的释放，所以改为回流到缺氧池。
建立缺氧池出水混合液回流到厌氧池，降低厌氧池的硝态氮负荷。
厌氧池污泥浓度偏低。
如果进水的TKN/COD的比值大于0.12~0.14，除磷效果较差。
四、改良UCT脱氮除磷工艺图4 改良UCT脱氮除磷工艺示意图如图4所示，改良UCT脱氮除磷工艺将缺氧池一分为二，沉淀池的活性污泥回流到缺氧池1，好氧池的混合液回流到缺氧池2，反硝化脱氮作用主要发生在缺氧池2。
厌氧池污泥浓度偏低。
要求进水的TKN/COD的比值不大于0.11。
五、A/O除磷工艺图5 A/O除磷工艺示意图A/O除磷工艺为了保证进水与回流的活性污泥混合后仍然保持一个厌氧状态，所以好氧池的水力停留时间设计非常短，在1.5~2.5小时。
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
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。
生物除磷实验报告
一、实验名称生物除磷实验二、实验目的1. 了解生物除磷的原理和过程。
2. 掌握生物除磷实验的操作方法。
3. 分析生物除磷的效果，探讨影响因素。
三、实验原理生物除磷是一种利用微生物将磷转化为可沉淀的磷酸盐的工艺。
在好氧条件下，聚磷菌将环境中的溶解性无机磷（如正磷酸盐）吸收到细胞内，并转化为聚磷酸盐储存起来。
当聚磷菌死亡后，其细胞壁会释放出聚磷酸盐，形成磷酸钙沉淀，从而达到除磷的目的。
四、实验器材与试剂1. 实验器材：- 恒温培养箱- 磷标准溶液- 硫酸钾- 硫酸铵- 硫酸钠- 氯化钠- 氯化钙- 氢氧化钠- 氯化铁- 碘化钾- 淀粉- 酚酞指示剂- 碱性氯化铁- 酒精- 烧杯- 移液管- 玻璃棒- 滤纸- pH计- 水浴锅- 电子天平2. 实验试剂：- 磷标准溶液：准确称取0.7494g磷酸二氢钾（K2HPO4），溶解于水中，定容至1000mL，浓度为1000mg/L。
- 硫酸钾：分析纯。
- 硫酸铵：分析纯。
- 硫酸钠：分析纯。
- 氯化钠：分析纯。
- 氯化钙：分析纯。
- 氢氧化钠：分析纯。
- 氯化铁：分析纯。
- 碘化钾：分析纯。
- 淀粉：分析纯。
- 酚酞指示剂：分析纯。
- 碱性氯化铁：分析纯。
- 酒精：分析纯。
五、实验步骤1. 准备实验材料：称取适量的硫酸钾、硫酸铵、氯化钠、氯化钙、氢氧化钠、氯化铁、碘化钾、淀粉等试剂，溶解于水中，配制成一定浓度的溶液。
2. 将配制好的溶液倒入烧杯中，加入适量的磷标准溶液，搅拌均匀。
3. 将溶液pH值调至7.0左右，加入酚酞指示剂，观察溶液颜色变化。
4. 将溶液加热至60℃，维持30分钟，观察溶液颜色变化。
5. 将溶液冷却至室温，用移液管取适量溶液，加入碱性氯化铁溶液，搅拌均匀。
6. 将溶液加入碘化钾溶液，观察溶液颜色变化。
7. 将溶液加入淀粉溶液，观察溶液颜色变化。
8. 记录实验数据，计算磷的去除率。
六、实验结果与分析1. 实验结果：- 磷的去除率：根据实验数据计算得出。
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，
生物同步脱氮除磷工艺流程,并分析
生物同步脱氮除磷工艺流程,并分析生物同步脱氮除磷工艺是一种利用微生物处理废水中氮磷污染物的工艺。
The biological synchronous denitrification and dephosphorization process is a technique using microorganisms to treat nitrogen and phosphorus pollutants in wastewater.首先，废水经过初步处理后，进入生物反应器。
Firstly, after the preliminary treatment, the wastewater enters the biological reactor.然后，在生物反应器中，经过厌氧条件下的脱氮作用，一部分氮素被转化为氮气释放到大气中。
Then, in the biological reactor, under anaerobic conditions, some nitrogen is transformed into nitrogen gas and released into the atmosphere.在同一时间，另一部分废水中的氮素被转化为氮氧化物，并在需要氧气的氧化条件下被进一步处理。
At the same time, another portion of nitrogen in the wastewater is converted to nitrogen oxides and further treated under aerobic conditions requiring oxygen.除氮后，废水进一步进入磷的处理阶段。
After denitrification, the wastewater further enters the phosphorus treatment stage.在此阶段，废水中的磷会被吸附到生物污泥上，从而将磷从废水中去除。
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1 概述
一般城市污水水质与排放要求
项目
进水水质/（mg·L-1）
CODcr BOD5
SS TKN(NH3-N)
TP
250~300 100~150 150~200 35（25）
5~6
国家排放标准/（mg·L-1）
一级A
一级B
50
60
10
20
10 5（8）
20 8（15）
1
1.5
1 概述
• 如何去除磷以达到排放标准？
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。
2 生物除磷原理
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。
4、生物除磷工艺
• (2) Phostrip去除磷工艺流程：
5、同步脱氮除磷工艺
• （1）A2/O工艺
5、同步脱氮除磷工艺
• （2）改进的Bardenpho工艺
5、同步脱氮除磷工艺
• （3）UCT工艺
5、同步脱氮除磷工艺
• （4）MSBR脱氮除磷工艺
污泥回流 混合液回流
泥
序批池
预水
厌厌
缺
好
聚P
聚磷菌
PHB
聚磷菌
P
PHB
聚磷菌
聚P
聚P 聚P
聚磷菌
3 生物除磷影响因素
• （1）厌氧环境条件：
• （a）氧化还原电位(ORP)：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；
生物除磷工艺
• 一 概述 • 二 生物除磷原理 • 三 生物除磷影响因素 • 四 生物除磷工艺 • 五 同步脱氮除磷工艺
1 概述
• 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；使水质迅速恶化， 危害水产资源。
• 水中磷是以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷 三种形态存在。生活污水中聚磷酸盐和有 机磷占总磷的70%左右，约10％左右以固体 形式存在。
• （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。
4、生物除磷工艺
• （1）A/O生物除磷工艺
• 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。
预沉
时段4
沉淀
时段5
沉淀
时段6
沉淀
单元2 浓缩 浓缩 浓缩 浓缩 浓缩 浓缩
单元3 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌
单元4 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌
单元5 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌 搅拌
单元6 曝气 曝气 曝气 曝气 曝气 曝气
单元7 沉淀 沉淀 沉淀 搅拌 曝气 预沉
缺分
氧氧
氧
氧
出水
氧离
池池
池
池
序批池
进水
剩余污泥
M
排泥泵
搅拌器
MSBR池平面图 混合液回流
序批池Ⅰ 1#
进水 Q
缺氧池一 泥水分离池 厌氧池
3#
2#
4#
缺氧池二 5#
出水 Q
序批池Ⅱ 7#
内循环回流
混合液回流 主曝气池 6# 上清液
出流混合液 Q
M
MSBR单元工作状态
时段
单元1
时段1
搅拌
时段2
曝气
时段3
• 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。
2 生物除磷原理
厌氧环境中：
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
• 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%。
• 同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。
3 生物除磷影响因素
• （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。
• 1、常规活性污泥法的微生物同化和吸附； • 2、生物强化除磷； • 3、投加化学药剂除磷。
1 概述
常规活性污泥法的微生物同化和吸附
• 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%。
dTP dBOD
0.015
Hale Waihona Puke yobserve1 概述
生物强化除磷工艺
•
CODtot=SS+SI+XS+XI
• （b）1995年发展的ASM2:
•
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 生物除磷影响因素
• （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。
• （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。
3 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:
• 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 生物除磷原理
生物除磷机理
厌氧环境 有机基质
好氧环境
产酸菌 乙酸 P