城市污水的深度处理

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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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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反硝化过程的影响因素：
（c）溶解氧浓度：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。 （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。
RCHNH 2COOH H 2O RCOHCOOH NH 3
RCHNH 2COOH O2 RCOCOOH CO 2 NH 3
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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-）
自溶和自身氧化 反硝化 有机碳 反硝化 有机碳
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）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 1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在1.2~2.0mg/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，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8.0~8.4。
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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。
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硝化过程的影响因素：
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O2 硝化 硝态氮
（NO3-）
氮气
（N2）
硝化、反硝化反应中氮的转化

表21-1 硝化过程中氮的转化

表24-2 反硝化反应中氮的转化
–Ⅲ –Ⅱ
氨离子NH4+
–Ⅲ –Ⅱ
氨离子NH4+
氮 的 氧 化 还 原 态
–Ⅰ
0 +Ⅰ +Ⅱ
羟胺NH2OH
硝酰基NOH
+Ⅲ
+Ⅳ +Ⅴ
亚硝酸根NO2—
硝酸根NO3—
NH HOCl NH 2Cl H H 2O 4
NH 2HOCl NHCl 2 H 2H 2O 4
NH 3HOCl NCl 3 H 3H 2O 4
2NH 3HOCl N 2 5H 3Cl 3H 2O 4
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A1/O工艺的影响因素-2
6. MLSS≥3000mg/L，否则ηN↓。 7. 污泥龄θC（ts）应为30d。 8. 硝化段的污泥负荷率：BOD5/MLSS 负荷率 <0.18kgBOD5/（kgMLSS· d）；硝化段的 TKN/MLSS负荷率<0.05kgTKN/kgMLSS.d。 9. 温度：硝化最适宜的温度20~30℃。 反硝化最适宜的温度20~40℃。 10. pH值：硝化最佳pH=8~8.4。 反硝化最佳pH=6.5~7.5。 11. 原污水总氮浓度TN<30mg/L。
通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。 为减少氯的投加量，常与生物硝化联用，先硝 化再除微量的残留氨氮。
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(3) 离子交换法: 常用天然的离子交换剂，如沸石等。
与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且 可用石灰再生。 2. 生物法脱氮
(1) 生物脱氮机理
同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果 微生物细胞中氮含量以12.5%计算，同化氮去除占原 污水BOD的2%~5%，氮去除率在8%~20%。
这一平衡受pH的影响，pH为10.5~11.5时，因废水 中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。 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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(2) 折点加氯法:
含氨氮的水加氯时，有下列反应：
Cl 2 H 2O HOCl H Cl
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（c）缺氧——好氧生物脱氮工艺：
该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前 置式反硝化生物脱氮系统。
反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中 含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行 反硝化脱氮。
缺氧-好氧生物脱氮工艺
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缺氧—好氧活性污泥法（A1/O工艺）
分建式缺氧—好氧活性污泥生物脱氮（前 置反硝化生物脱氮工艺） 合建式A1/O工艺 A1/O工艺的优缺点
生物法新技术
第一节 氮磷的去除
第二节 城市污水的三级处理
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太湖的富营养化
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3
4
第一节 氮、磷的去除
5
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. 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：
NH 3 H 2O NH OH 4
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（b）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。
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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分建式缺氧—好氧活性污泥生物脱 氮（前置反硝化生物脱氮工艺）
N
2
内循环（硝化液回流） 回流污泥 BOD去除、硝 化反应反应器 (好氧) 回流污泥
碱 沉淀池 处理水
反硝化 反应器 (缺氧)
回流污泥
图 21-3 分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统
硝化液一部分回流至反硝化池，池内的反硝化脱氮菌以原污水中 的有机物作碳源，以硝化液中NOX-中的氧作为电子受体，将NOX-— N还原成N2，不需外加碳源。 反硝化池还原1gNOX—-N产生3.57g碱度，可补偿硝化池中氧化 1gNH3—N所需碱度（7.14g）的一半，所以对含N浓度不高的废水， 不必另行投碱调PH值。 反硝化池残留的有机物可在好氧硝化池中进一步去除。
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和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝 化两个反应过程。 10
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：
脱氮效率不高，一般ηN=（70～80）% 好氧池出水含有一定浓度的硝酸盐，如二沉池运行不当，则会发 生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水水质恶化。
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A1/O工艺的影响因素-1
1. 水力停留时间t t反硝化≤2h，t硝化≥6h，t硝化：t反硝化=3：1， ηN达到（70-80）%，否则ηN↓ 2. 进入硝化好氧池中BOD5≤80mg/L 3. 硝化好氧池中DO=2mg/L± 4. 反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3—-N的 比值应大于4，以保证反硝化过程中有充足的有机 碳源。 5. 混合液回流比RN：RN不仅影响脱氮效率，而且 影响动力消耗。
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：
3NO 3 14CH 3OH CO 2 3H 3C5 H 7 O 2 N 19H 2O
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：
NO 3 1.08CH 3OH H 0.065C 5 H 7 O 2 N 0.47 N 2 0.76CO 2 2.44H 2O
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合建式A1/O工艺
内 循 环
N2
内 循 环
原污水 处理水 沉淀池 空气 反硝化 硝化BOD去除
回流污泥
图 21- 4 合建式缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统
点击此处观看合建式A1/O工艺过程
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A1/O工艺的优缺点

优点：
同时去除有机物和氮，流程简单，构筑物少，只有一个污泥回流 系统和混合液回流系统，节省基建费用。 反硝化缺氧池不需外加有机碳源，降低了运行费用。 因为好氧池在缺氧池后，可使反硝化残留的有机物得到进一步去 除，提高了出水水质（残留有机物进一步去除）。 缺氧池中污水的有机物被反硝化菌所利用，减轻了其它好氧池的 有机物负荷，同时缺氧池中反硝化产生的碱度可弥补好氧池中硝化需 要碱度的一半。（减轻了好氧池的有机物负荷，碱度可弥补需要的一 半）。