生物脱氮除磷工艺水处理教案(清华大学精品课程)

第七章 生物脱氮除磷工艺

第一节 概述

一、营养元素的危害

氮素物质对水体环境和人类都具有很大的危害，主要表现在以下几个方面： 氨氮会消耗水体中的溶解氧；

氨氮会与氯反应生成氯胺或氮气，增加氯的用量；

含氮化合物对人和其它生物有毒害作用：① 氨氮对鱼类有毒害作用；② NO 3- 和NO 2-可被转化为亚硝胺——一种“三致”物质；③ 水中NO 3-高，可导致婴儿患变性血色蛋白症——“Bluebaby ”；

加速水体的“富营养化”过程；所谓“富营养化”就是指水中的藻类大量繁殖而引起水质恶化，其主要因子是N 和P （尤其是P ）；解决的办法主要就是要严格控制污染源，降低排入水环境的废水中的N 、P 含量；对于城市废水来说，利用传统的活性污泥法进行处理，对N 的去除率一般只有40%左右，对磷的去除率一般只有20~30%。

二、脱氮的物化法

1、氨氮的吹脱法：

-++⇔+OH NH O H NH 423

2

O H H Cl NH HOCl NH 224++→+++

+-+++→+H O H Cl N HOCl Cl NH 332222

每mgNH 4+--N 被氧化为氮气，至少需要7.5mg

3、选择性离子交换法去除氨氮：

采用斜发沸石作为除氨的离子交换体。

出水

折点加氯法脱氯工艺流程

三、除磷的物化法（混凝沉淀法） 1、铝盐除磷

4343AlPO PO Al →++

+

一般用Al 2(SO 4)3，聚氯化铝（PAC ）和铝酸钠（NaAlO 2）

2、铁盐除磷：FePO 4 Fe(OH)3

一般用FeCl 2、FeSO 4 或 FeCl 3 Fe 2(SO 4)3

3、石灰混凝除磷

O H PO OH Ca HPO OH Ca 23452423))((345+→++--+

向含磷的废水中投加石灰，由于形成OH -，污水的pH 值上升，磷与Ca 2+反应，生成羟磷灰石。

第二节 生物脱氮工艺与技术

一、活性污泥法脱氮传统工艺

1、Barth 提出的三级活性污泥法流程：

第一级曝气池的功能：① 碳化——去除BOD 5、COD ；② 氨化——使有机氮转化为氨氮； 第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH 值；

第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。

该工艺流程的优点是氨化、硝化、反硝化分别在各自的反应器中进行，反应速率较快且较彻底；但七缺点是处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。

2、两级活性污泥法脱氮工艺

与前一工艺相比，该工艺是将其中的前两级曝气池合并成一个曝气池，使废水在其中同时实现碳化、氨化和硝化反应，因此只是在形式上减少了一个曝气池，并无本质上的改变。

二、缺氧——好氧活性污泥法脱氮系统（A—O工艺）

该流程与两级活性污泥工艺相比，是将缺氧的反硝化反应器设置在好氧反应器的前面，因此常被称为“前置式反硝化生物脱氮系统”。其主要特征有：反硝化反应器设置在流程的前端，而去除BOD、进行硝化反应的综合好氧反应器则设置在流程的后端；因此，可以实现进行反硝化反应时，可以利用原废水中的有机物直接作为有机碳源，将从好氧反应器回流回来的含有硝酸盐的混合液中的硝酸盐反硝化成为氮气；而且，在反硝化反应器中由于反硝化反应而产生的碱度可以随出水进入好氧硝化反应器，补偿硝化反应过程中所需消耗碱度的一半左右；好氧的硝化反应器设置在流程的后端，也可以使反硝化过程中常常残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。目前，A－O工艺是实际工程中较常见的一种生物脱氮工艺。

三、其它生物脱氮工艺

1、氧化沟工艺

由于氧化沟的运行工艺特征，会在其反应沟渠内的不

同部位分别形成好氧区、缺氧区，使得氧化沟内的活性污

泥分别经过好氧区和缺氧区，从而可以实现生物脱氮功

能。

2、生物转盘生物脱氮工艺

控制每级生物转盘的运行工况，使其分别

处于好氧状态和缺氧状态，即在整个流程中需

要分别采用好氧生物转盘和厌氧生物转盘，在

不同的好氧生物转盘中分别实现BOD的去除

和氨氮的硝化，而在厌氧生物转盘中则主要实

现反硝化，其原理类似于前述的三级活性污泥

生物脱氮工艺，只是在本工艺中实现各级功能

是依靠生物转盘来完成的。

第三节废水生物除磷工艺与技术

一、厌氧—好氧生物除磷工艺（A－O工艺）

实际上是另外一种意义上的“A—O工艺”，其中的“A”指的是“厌氧anaerobic”，它是直接根据生物除磷的基本原理出发而设计出来的一个工艺，其特点有：水力停留时间为3~6h；曝气池内的污泥浓度一般在2700~3000mg/l；磷的去除效果好（76%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量约为4%，肥效好；污泥的SVI小于100，易沉淀，不易膨胀。

二、Phostrip除磷工艺

实际上是一种生物除磷与化学除磷相结合的工艺，其特点有：除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般为2.1~7.1%；石灰用量较低，介于21~31.8mgCa(OH)2/m3废水之间；污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。

第四节同步生物脱氮除磷工艺

一、Bardenpho同步脱氮除磷工艺

其工艺特点：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。

二、A—A—O同步脱氮除磷工艺

AAO工艺是目前较为常见的同步脱氮除磷工艺，其工艺特点主要是：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀之虞；无需投药，运行费用低。

该工艺的主要设计参数可以参见下表：

水力停留时间（h）厌氧反应器0.5~1.0 缺氧反应器0.5~1.0 好氧反应器 3.5~6.0

污泥回流比(%) 50~100

混合液内循环回流比(%) 100~300

混合液悬浮固体浓度(mg/l) 3000~5000

F/M(kgBOD5/kgMLSS.d) 0.15~0.7

好氧反应器内DO浓度(mg/l) ≥2

BOD5/P 5~15(以>10为宜)

三、UCT同步脱氮除磷工艺

在前述的两种同步脱氮除磷工艺中，都是将回流污泥直接回流到工艺前端的厌氧池，其中不课避免地会含有一定浓度的硝酸盐，因此会在第一级厌氧池中引起反硝化作用，反硝化细菌将与除磷菌争夺废水中的有机物而影响除磷效果，因此提出UCT（Univercity of Cape Town）工艺。UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，使污泥中的硝酸盐在缺氧池中进行反硝化脱氮，同时，为弥补厌氧池中污泥的流失以及除磷效果的降低，增设从缺氧池到厌氧池的污泥回流，这样厌氧池就可以免受回流污泥中硝酸盐的干扰。

厌氧池缺氧池缺氧池好氧池进水

回流污泥出水

回流1 回流2

剩余污泥

二沉池