水污染控制工程 1-5 (22)

自溶和自身氧化 反硝化 有机碳 反硝化 有机碳
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O2 硝化 硝态氮
（NO3-）
氮气
（N2）
水污染控制工程 第十二章
A. 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。 微生物分解有机氮化合物产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， 其中分解能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：
缺点：
二沉池可能发生反硝化反应，造成污泥上浮，影响水质。 27
二、生物脱氮工艺
水污染控制工程 第十二章
（c）Bardenpho生物脱氮工艺：
Bardenpho脱氮法流程
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二、生物脱氮工艺
水污染控制工程 第十二章
（c）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。
2%~5%，氮去除率在8%~20%。
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的过程。其中包括氨化、硝化和反硝化几个反应过程。
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水污染控制工程 第十二章
有机氮
（蛋白质、尿素）
细菌分解和水解 氨 氮 同 化
（NH3-N）
有机氮
（细菌细胞）
有机氮
（净增长）
O2 硝化 亚硝态氮
（NO2-）
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水污染控制工程 第十二章
C. 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 6NO 2 2CO2 4H2O
亚硝酸还原菌 6NO 3 CH OH 3 N 3 CO 3 H O 6OH 2 3 2 2 2
吹脱过程包括将废水的pH提高至10.5~11.5，然后曝 气，这一过程在吹脱塔中进行。
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水污染控制工程 第十二章
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水污染控制工程 第十二章
(2) 折点加氯法:
1. 化学法除氮
含氨氮的水加氯时，有下列反应：
Cl 2 H2O HOCl H Cl
NH HOCl NH Cl H H2O 4 2
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一、氮的去除方法及原理
水污染控制工程 第十二章
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：
NH3 H2O NH OH 4
这一平衡受pH的影响，pH为10.5~11.5时，因废水 中的氨呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。
国家排放标准/（mg· L-1） 一级A
水污染控制工程 第十二章
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：
3NO3 14CH3OH CO2 3H 3C5H7O2 N 19H2O
式中：C5H7O2N为反硝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：
NO3 1.08CH3OH H 0.065C 5H7 O2 N 0.47N2 0.76CO 2 2.44H 2O
硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较 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。 15
水污染控制工程 第十二章
硝化过程的影响因素：
（ a）好氧环境条件，并保持一定的碱度：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 1 mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2~2.0 mg/L。 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， l g氨态氮（以 N计）完全硝化，需
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。
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水污染控制工程 第十二章
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。
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水污染控制工程 第十二章
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。
原水中含有的有机碳
碳源
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
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二、生物脱氮工艺 （a）三段生物脱氮工艺：
水污染控制工程 第十二章
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。
有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等 磷酸盐：正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐 (HPO42-) 、磷酸二氢盐H2PO4-、偏磷酸盐 (PO3-) 聚合磷酸盐：焦磷酸盐(P2O74－) 、三磷酸 盐(P3O105-)、 三磷酸氢盐(HP3O92-)
水污染控制工程 第十二章
一般城市污水水质与排放要求
项 目 CODcr BOD5 SS NH3-N TP
12.6.4 主要的脱氮除磷活性污泥法工艺性能及影响因素
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水污染控制工程 第十二章
一、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。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。 有机磷 含磷化合物 无机磷
为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝 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，提高污泥的沉 降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。
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水污染控制工程 第十二章
12.6 生物脱氮除磷工艺及设计
12.6.1 生物脱氮工艺
12.6.2 生物除磷工艺
12.6.3 生物脱氮除磷工艺
碱度（以CaCO3计）7.14 g。对硝化菌的适宜的pH为8.0~8.4。
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水污染控制工程 第十二章
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迅速增殖，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20~30℃，15℃以下时，硝化 反应速度下降，5℃时完全停止。
前臵缺氧—好氧生物脱氮工艺
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二、生物脱氮工艺
水污染控制工程 第十二章
（b）缺氧——好氧生物脱氮工艺：
优点：
（1）反硝化产生的碱度补充硝化反应之需； （2）利用原水中的有机物，无需外加碳源； （3）利用硝酸盐作为第一阶段最终电子受体，不仅可以节约 后续曝气量，而且反硝化菌对碳源利用更为广泛，可降解一些 难降解有机物； （4）前臵缺氧段可有效控制污泥膨胀； （5）工艺流程简单，基建、运行费用低，脱氮效率在70%左 右。
RCHNH2COOH H2O RCOHCOOH NH3
RCHNH2COOH O2 RCOCOOH CO2 NH3
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B. 硝化反应：
水污染控制工程 第十二章
硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的 过程。
亚硝酸菌 2NH 3O 2NO 4H 2H2O 4 2 2
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营养源进行反硝化 反应。
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水污染控制工程 第十二章
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。 （e）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。
硝酸菌 2NO 2 O 2 NO 2 2 3
总反应式为：
硝化细菌 NH 2 O NO 2 H H2O 4 2 3
2e 2e 2e 2e NH NH OH 羟胺 NOH 硝 酰酰 NO NO 4 2 2 3
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。
2Hale Waihona Puke 太湖的富营养化34
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水污染控制工程 第十二章
12.6 生物脱氮除磷工艺及设计
12.6.1 生物脱氮工艺 12.6.2 生物除磷工艺 12.6.3 生物脱氮除磷工艺 12.6.4 主要的脱氮除磷活性污泥法工艺性能及影响因素