第四章 废水生物脱氮除磷
废水的生物脱氮除磷
废水的生物脱氮除磷生物脱氮的理论污水中氮的存在形态：有机氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮。
生活污水中：有机氮约占60%，氨氮约占40%。
二级处理进水中：TN为20-50mg/L。
N为植物营养物质水体富营养化污水脱氮的目的和方法：防治水体富营养化及对水生生物的毒害。
化学法、生物法。
污水传统生物脱氮的原理：在微生物作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2的过程。
96%的硝态氮经异化过程还原成N2，有4%经同化合成微生物体。
硝化过程中亚硝化是限制性步骤。
亚硝化是指将氨氮氧化为亚硝酸盐的反应，通常由亚硝化细菌完成。
亚硝化反应速率较慢，主要取决于亚硝化细菌的活性和数量。
亚硝化细菌对环境条件比较敏感，例如温度、pH值、氧含量等都会对其活性产生影响。
当这些条件不稳定或不适宜时，亚硝化细菌的活性受到限制，导致亚硝化反应缓慢进行，成为硝化过程的瓶颈。
相比之下，硝化是将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐的反应，通常由硝化细菌完成。
相对于亚硝化反应，硝化反应的速率较快，且硝化细菌相对较耐受环境变化。
因此，在硝化过程中，亚硝化反应往往是限制性步骤，决定整个硝化过程的效率和速度。
总凯氏氮（total kjeldahl nitrogen）是有机氮和氨氮之和。
常被用来判断污水好氧生物处理时氮素的量是否适宜，根据C:N:P=100:5:1的比例，若氮的比例偏低则要补氮，反之则要脱氮。
污水生物脱氮工艺的控制条件：硝化和反硝化的控制条件BOD5/TKN =1-3时，生物相中硝化菌的比例为8.3-21%，而大部分污泥中的此比例远小于8.3%；BOD5/TKN >5时，可看作碳化和硝化相结合的过程。
理论上C/N比为2.86时，反硝化1mg的硝酸盐氮理论消耗2.87mg的COD。
一般AO脱氮工艺的C/N比控制在4-6之间。
当BOD5/TKN <3时，应补充碳源：外加碳源（甲醇）；原水中含有的碳；内源呼吸碳源。
An/O工艺：优势：流程简单；基建投资大大减少；不需要外加碳源；运行费用降低，可实现碱度内部补充。
污水生物脱氮除磷工艺PPT.
A2/O工艺
▪ 除磷脱氮工艺在涉及泥龄上的矛盾：
▪ 1）除磷需要泥龄短
▪ 生物除磷主要靠排出剩余污泥而带走磷， 因此，如要除磷效率高，就必须加大污泥排 泥量。
▪ 从θ=VX/ΔX 可以看出，VX是系统效率的基 本参数， ΔX可以看作变量，调整ΔX可以调 整泥龄。
▪ 2）脱氮需要泥龄长
▪ 脱氮的关键步骤是硝化，硝化过程不充分， 则无法提高脱氮效率。
▪ 总反应
▪ NH4+ + O2 + HCO3- →
▪
NO3- + H2O + H2CO3 + 微生物细胞
▪ 反硝化反应如下：
▪
▪ NO3- + CH3OH + H2CO3 → ▪ N2↑+H2O + HCO3-+微生物细胞 ▪
生物脱氮工艺
▪ 传统生物脱氮存在问题?
▪ 首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮， 要消耗大量能源(因为曝气)；
▪ 硝化作用
▪ NH+4 + 1.5O2 →→→→ NO-2 + H2O + 2H + ▪ NH+4 + 2O2 →→→→ NO-3 + H2O + 2H+
▪ 节约O2 25%
▪ 脱氮作用
▪ 6 NO-2 + 3CH3OH + 3CO2 →→→→ 3N2 +
6HCO3- + 3H2O
▪ 6 NO-3 + 5CH3OH + CO2 →→→→ 3N2 +
▪ 如果能使反硝化细菌同时具有生物摄/放 轮毂上的品牌
师：有一天，冬冬应邀参加动物王国大会，国王视冬冬为上宾，给冬冬端来了苹果和香蕉，冬冬用眼一瞧，苹果上有一些斑点，香蕉 也不是青黄色而是灰黑色，冬冬暗自高兴：动物王国，就是动物王国，连吃的水果和我们都不一样，冬冬于是饱餐了一顿，兴高采烈 的回到家里，可是这时他感到肚子非常痛，并且有呕吐的感觉，同学们想一想，冬冬饱餐一顿后，为什么会出现这种情况？
污水生物脱氮除磷原理及工艺
一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2） 2）铁盐除磷：FePO4 、 Fe(OH)3
一般用FeCl2、FeSO4 或 FeCl3 、Fe2(SO4)3
3）石灰混凝除磷:
2 5Ca 2 4OH 3HPO4 Ca5 (OH )(PO4 ) 3 3H 2O
二、生物除磷过程的影响因素
①溶解氧： l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在； l好氧池内：充足的溶解氧。 ②污泥龄： l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余
污泥多，可以取得较好的除磷效果；
l 有报道称：污泥龄为 30d ，除磷率为 40%；污泥龄为 17d，
除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。
一、巴颠甫(Bardenpho)同步脱氮除磷工艺
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。 工艺复杂,反应器单元多,运行繁琐,成本高
二、A—A—O(A2/O)同步脱氮除磷工艺
工艺特点： l工艺流程比较简单；总的水力停留时间短 l厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀 较少发生； l无需投药，两个A段只需轻缓搅拌, 只有O段供氧, 运行费用低。
3
2
2 反硝化反应的影响因素
• 碳源：
①废水中有机物，若BOD5/TKN>3~5时，即可； ②外加碳源，多为甲醇； ③内源呼吸碳源—细菌体内的原生物质及其贮存 的有机物。 • 适宜pH：6.5~7.5； • 溶解氧应控制在0.5mg/l以下；
• 适宜温度：20~40C
生物脱氮的基本原理
二、Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合
污水处理生物脱氮除磷
污水处理生物脱氮除磷展开全文污水处理生物脱氮除磷基本原理目前，常用的生物脱氮除磷工艺有A2/O法、SBR法、氧化沟法等。
生物脱氮原理生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有机物转化成氨氮，而后在好氧条件下，由硝化菌左右变成硝酸盐氮，这阶段称为好氧硝化。
随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。
整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。
在硝化和反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及碳源，生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄。
反硝化菌的生长主要是在缺氧条件下进行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。
由此可见，生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件：硝化阶段：足够的的溶解氧，DO值在2mg/L以上，合适的温度，最好在20℃，不能低于10℃，，足够长的污泥泥龄，合适的PH 条件。
反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件DO值在0.2mg/L左右，充足碳源（能源），合适的PH条件。
生物除磷原理磷常以磷酸盐（H2PO4-、HPO42-和H2PO43-)、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除磷就是利用聚磷菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。
生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除磷效果产生影响，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。
有报道称，当泥龄为30d时，除磷率为40%，泥龄为17d时，除磷率为50%，而当泥龄降至5d时，除磷率达到87%。
大量的试验观测资料已经完全证实，再说横无除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸盐的活性污泥，在好氧状态下有很强的吸磷能力，也就是说，磷的厌氧释放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷，磷的厌氧释放可以分为两部分：有效释放和无效释放，有效释放是指磷被释放的同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内储存，即磷的释放是有机物吸收转化这一耗能过程的偶联过程。
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，
污水生物脱氮除磷的基本原理
污水生物脱氮除磷的基本原理1.生物脱氮废水中存在着有机氮、NH3-N、NxO--N等形式的氮, 而其中以NH3-N和有机氮为主要形式。
生物脱氮是在微生物的作用下, 将有机氮和NH3-N转化为N2和NxO气体的过程。
进行生物脱氮可分为氨化－硝化－反硝化三个步骤。
由于氨化反应速度很快, 在一般废水处理设施中均能完成, 故生物脱氮的关键在于硝化和反硝化。
1.1.氨化作用氨化作用是指将有机氮化合物转化为NH3-N的过程, 也称为矿化作用。
参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。
在好氧条件下, 主要有两种降解方式, 一是氧化酶催化下的氧化脱氨。
另一是某些好氧菌, 在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应在厌氧或缺氧的条件下, 厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。
RCH（NH2）COOH→RCH2COOH+NH1CH3CH（NH2）COOH→CH3CH（OH）COOH+NH3CH2（OH）CH（NH2）COOH→CH3COCOOH+NH31.2.硝化作用硝化作用是指将NH3-N氧化为NxO--N的生物化学反应, 这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成, 包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。
亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌。
发生硝化反应时细菌分别从氧化NH3-N和N2O--N 的过程中获得能量, 碳源来自无机碳化合物, 如CO2-3.HCO-、CO2等。
硝化过程的三个重要特征:⑴NH3的生物氧化需要大量的氧, 大约每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；⑵硝化过程细胞产率非常低, 难以维持较高物质浓度, 特别是在低温的冬季；⑶硝化过程中产生大量的质子（H+）, 为了使反应能顺利进行, 需要大量的碱中和, 理论上大约为每氧化需要碱度5.57g(以NaCO3计)。
1.3.反硝化作用反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件下, NOx－-N及其它氮氧化物被用作电子受体被还原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应, 这个过程由反硝化菌完成[3--4]。
微生物在污水处理中的应用—废水的生物脱氮除磷技术
废水脱氮
1.微生物脱氮原理 2.生物脱氮的影响 因素 3.生物脱氮工艺及 应用
废水除磷
1.微生物除磷原理 2.典型的除磷工艺
同步脱 氮除磷
1.同步脱氮除磷典 型工艺 2.废水同步脱氮除 磷技术的工程应用
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1.生物脱氮除磷的原理
在生物脱氮除磷工艺中，厌氧池的主要功能是释放磷， 使污水中的磷浓度升高，溶解性的有机物被微生物细胞吸收 而是无水肿的BOD下降，另外，氨氮因细胞的合成而被去除 一部分，是水中氨氮浓度下降，但硝态氮含量没有变化。
无机氮 N.H,N.O
NH3 铵盐（NH4+） 硝酸盐
7
1.3废水中氮的来源、状态
状态
污染物
有机氮 复杂蛋白质、尿 素、核酸等
无机氮 NH3、铵盐等 硝酸盐等
污染来源
生活污水、农业固体废物 （养殖粪便）和食品加工 等工业废水
农田灌溉、化肥厂等工业 废水
8
1.4水中氮磷的危害
（1）过量氮、磷容易导致水体富营养化； （2）增加水处理成本、降低消毒、脱色等处理效率， （3）增加药剂药剂用量； （4）氨氮消耗水中溶解氧； （5）含氮化合物对人、生物有毒害作用。
小结
废水生物除磷原理 废水生物除磷影响因素 废水生物除磷工艺及应用
废水同步生物脱氮除磷 原理及工艺
主要内容
生物同步脱氮除磷的原理 生物同步脱氮除磷工艺及应用
随着经济的发展，大量含氮、磷物质排入环境，导致水 体污染日益加剧，给水体生态系统和人群健康造成极大的危 害，当磷大与0.01mg/l,氮大于0.1 mg/l,水体开始发生富营 养化。因此，需对废水脱氮除磷，以保护水生生态系统。
40
2.生物除磷原理
因此，在好氧厌氧交替条件下，活性污泥中的聚磷 菌以“厌氧释磷”和“好氧聚磷” 的机制，将磷最终以 剩余污泥的形式排出，彻底去除水中的磷。
《生物脱氮除磷》课件
有机物浓度和泥龄对生物除磷的影响也 较大，适宜的有机物浓度和泥龄需要针 对不同的工艺进行优化。
溶解氧浓度对生物除磷的影响较大，适 宜的溶解氧浓度范围为0.5-3mg/L。
温度对生物除磷的影响较大，适宜的温 度范围为10-30℃。
pH值对生物除磷的影响也较大，适宜的 pH值范围为6.5-8.5。
04 生物脱氮除磷技 术案例分析
温度
温度对生物脱氮效率有显著影 响，适宜的温度范围是20-30℃
。
pH值
pH值对硝化细菌和反硝化细菌 的生长和活性有重要影响，适 宜的pH值范围是7.0-8.0。
溶解氧
溶解氧对硝化反应和反硝化反 应均有影响，适宜的溶解氧浓 度是2-4mg/L。
碳源
碳源的种类和浓度对反硝化反 应有重要影响，常用的碳源有
某污水处理厂生物脱氮除磷运行管理
运行管理要点
为确保生物脱氮除磷工艺的稳定运行，需要定期对工艺参数进行监测与调整，如溶解氧、 pH值、温度等。同时，需要加强设备维护与保养，确保设备的正常运行。
应急处理措施
针对可能出现的异常情况，如污泥膨胀、污泥流失等，制定相应的应急处理措施，确保工 艺的可靠性。
人员培训与安全管理
某污水处理厂生物脱氮除磷效果分析
1 2 3
脱氮效果
通过合理的工艺控制，该污水处理厂的生物脱氮 效率较高，总氮去除率达到85%以上，满足国家 排放标微生物的聚磷作用，有效去除 磷元素，总磷去除率达到90%以上，显著降低水 体富营养化的风险。
经济效益与社会效益
该工艺的运行不仅提高了污水处理效果，减少了 污染物排放，同时也为污水处理厂带来了经济效 益和社会效益。
原理
生物脱氮基于硝化反硝化原理，通过好氧硝化和缺氧反硝化过程实现氮的去除 ；生物除磷则通过聚磷菌在厌氧和好氧环境下的代谢作用实现磷的去除。
【生物课件】第四章 废水生物脱氮除磷
+ 0.003NH4+
NO3- + 0.008H2O +
0.003 C5H7O2N
(2)
总反应式：
NH4+ + 1.86 O2 + 1.982 HCO3-
0.982NO3- + 1.044 H2O + 1.881H2CO3
+ 0.021C5H7O2N
（3）
由（3）可知：
硝化反应消耗碱度和氧气
每氧化1mg NH4+ - N 为 NO3- - N 需消耗 7.14mg CaCO3, 需氧 4.57 mg
除磷工艺
是巴登福工艺的改进，主要是在第1厌氧 反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的 释放，从而能够保证在好氧条件下，有更强 的吸收磷的能力，以提高除磷效果。
我劝一个草率结婚的朋友离婚。她平 静的告 诉我， 如果说 当初鲁 莽结婚 是个错 误。那 么，现 在草率 离婚是 一错再 错。这 位朋友 后来还 是离婚 了，大 家一致 认为她 的行为 很理性 。 同样的故事正在互联网搜索巨头谷歌 身上发 生，但 是谷歌 选择了 草率“ 离婚” 。 饮鸩止渴 由于急于抑制苹果iphone手机翻天覆 地的产 业冲击 ，谷歌 采取急 功近利 的粗糙 型开放 策略。 饮鸩止 渴的策 略一时 取得了 成果。 市场研 究公司 尼尔森 最近公 布的数 据显示 ，在通 过Verizon Wireless、AT&T和Sprint Nextel三大运营商经销后， 谷歌Android手 机在美 国市场 上的销 售量已 经超过 iPhone。另一 家市场 研究公 司iSuppli甚至 认为， 全球范 围内使 用Andr oid操作 系统的 手机数 量将在 2012年超过苹果iPhone。 表面繁华的背后，是Android生态系统 的一团 糟，谷 歌正在 为自己 的粗放 型开放 策略买 单。 用户对谷歌手机的态度从开始的好奇 、后来 的犹豫 ，变成 强烈的 批评。 “大多 Android手机程 序都是 垃圾， 乱七八 糟的” ，一位 手机发 烧友迅 速投奔 了iphone的阵 营：“ 同样的 植物人 大战僵 尸游戏 ，在谷 歌手机 和iphone手机 上的体 验简直 没法比 ” 混乱，还是混乱。一切一切的乱象， 折射出 谷歌已 经失去 对Android生态 系统的 控制。 这一切 的根源 ，我的 判断是 开放策 略初期 过于宽 松，导 致失去 控制权 。混乱 的生态 系统表 现在用 户手机 上，就 是应用 程序的 混乱和 粗燥。 一错再错 为此，谷歌开始采取对策。最近，有 国内厂 商称新 的Android3.0开 始关闭 应用程 序的API(应用 程序编 程接口 )，统 一Androi d界面 。这意 味着， 谷歌将 放弃其 初始开 放策略 ，开始 封闭管 理。 粗看之下，谷歌认识到自己的错误。 既然是 过度开 放导致 的错误 ，那么 收紧开 放尺度 是很自 然的逻 辑，无 懈可击 。但我 认为， 谷歌仓 促收紧 开放策 略仍然 是个错 误。打 个比喻 。如果 过度开 放的政 策是草 率结婚 ，那么 草率的 封闭就 是草率 离婚。 这么判 断的原 因很简 单，谷 歌把Android开 放出去 的那一 天，Android已经不 属于谷 歌。谷 歌没有 认识到 这一点 ，还以 为Androi d只是 自己的 。 合作伙伴对谷歌封闭政策的反应加强 了我的 判断结 论。经 济观察 报报道 ，国内 第一家 生产基 于Android平台 手机的 设计公 司创杨 通信， 近日已 经被迫 出售。 创杨通 信负责 人给出 的出售 理由是 ，“因 为不愿 意甘当 炮灰而 选择放 弃。” 按照目前Android3.0将统一界面的想法 ，未来 的手机 市场将 出现毫 无差异 化的产 品。这 对于企 业来说 ，几乎 意味着 不可避 免的价 格战。 利润空 间的微 薄，导 致合作 伙伴生 存环境 恶劣。 于是大 量退出 几乎是 一种必 然。 除了为合作伙伴找到新的利益空间， 谷歌还 将面临 开放阵 营精神 层面的 声讨， 这对谷 歌的挑 战会更 大。如 果说谷 歌为了 自己竞 争的私 利利用 了开放 ，赢得 了名声 。那么 ，谷歌 不能一 脚把开 放踢开 ，他现 在还需 要为这 种名声 买单。 如果只顾自己收网，谷歌会被面临铺 天盖地 的道德 谴责。 谷歌， 希望你 准备好 了，三 思而行 。 木桶效应就是指一个水桶无论有多高 ，它盛 水的高 度取决 于其中 最低的 那块木 板。这 在选购 手机的 时候也 同样适 用。尤 其是很 多用户 在购买 手机的 时候， 都会专注于某一个参数，比如要求 处理器 主频要 高达1GHz， 但一部 手机的 整机表 现是由 多个因 素组成 ，所以 在购买 手机的 时候一 定要从 整体的 角度上 来看一 部手 机的性除了处理器主频以外，其实还 有很多 影响整 机表现 的元素 ，比如 运行内 存(RAM)、机 身内存( ROM) 、操作 系统、 厂商对 系统的 优化都 会有所 影 响。不过在很多用户眼中，这几项却远 没有处 理器主 频重要 。而如 果忽略 这几项 的话， 可能买 到一个 主频很 高，但 整机性 能却仍 然不令 人满意 的机型 。
废水生物脱氮除磷原理
废水生物脱氮除磷原理
废水生物脱氮除磷是一种利用微生物代谢作用的方法，通过生物碳、氮、磷循环，去除废水中的氨氮和磷的过程。
其原理可以分为以下几
个方面：
1. 生物脱氮原理
废水中的氨氮通过硝化、反硝化等微生物代谢过程，最终转化为氮气
释放到大气中。
具体过程如下：
硝化菌利用氨氮和氧气生成亚硝酸盐，反应式为：NH4++2O2→NO2^-
+2H++H2O。
亚硝酸盐在氧气存在下被反硝化菌还原为氮气，反应式为：2NO2^-
+O2→2NO3^-。
2. 生物除磷原理
废水中的磷通过生物吸附、释放等方式去除。
具体过程如下：
生物体内的磷酸盐被菌体代谢，通过吸附释放等过程沉积到废水处理
系统，从而实现磷的去除。
同时，选择合适的填料并维持水体曝气，可以提高微生物的附着能力
和生长条件，使生物脱氮除磷效果更好。
3. 优化废水处理过程
为了使废水生物脱氮除磷过程更加高效、稳定，需要注意以下几个方面：
（1）控制废水中的C/N/P比例，一般适宜比例为100:5:1。
（2）生物反应器运行过程中，维持一定的曝气量，保证氧气充足。
（3）监测废水中的温度、pH、DO等关键参数，及时调整水质和操作
方式。
（4）在废水生物脱氮除磷过程中，加入一定的外源碳源和磷去除剂，
有助于提高去除效果。
废水生物脱氮除磷技术是一种效果良好、操作简单的处理废水的方法，具有很大的应用前景。
污水生物脱氮除磷原理及工艺
二、生物除磷过程的影响因素
①溶解氧： l厌氧池内：绝对的厌氧，即使是NO3-等也不允许存在； l好氧池内：充足的溶解氧。 ②污泥龄： l剩余污泥对脱磷效果有很大影响，泥龄短的系统产生的剩余
污泥多，可以取得较好的除磷效果；
l 有报道称：污泥龄为 30d ，除磷率为 40%；污泥龄为 17d，
除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。
减弱了。
⑦氧化还原电位： l好氧区的ORP: + 40~50mV；缺氧区的ORP: -160~ 5mV
第四节 废水生物脱氮工艺与技术
一、活性污泥法脱氮传统工艺 二、缺氧 — 好氧活性污泥法生物脱氮系统（ A—O 工 艺） 三、氧化沟生物脱氮工艺 四、生物转盘生物脱氮工艺
一、活性污泥法脱氮传统工艺
NH3或N2
出水
三、除磷的物化法（混凝沉淀法）
1）铝盐除磷:
Al
3
PO
3 4
AlPO
4
一般用Al2(SO4)3，聚氯化铝（PAC）和铝酸钠（NaAlO2） 2）铁盐除磷：FePO4 、 Fe(OH)3
一般用FeCl2、FeSO4 或 FeCl3 、Fe2(SO4)3
3）石灰混凝除磷:
5 Ca
生物脱氮的基本原理
好氧或厌氧条件 碱度增大，pH值升高 O2或无氧 异养细菌 绝对好氧条件 碱度下降，pH值降低 O2 氨氧化细菌 （自养型） 亚硝化作用 绝对好氧条件 碱度和pH值无变化 O2 硝化细菌 -N （自养型） NO -N
3
有机氮
NH4+-N
NO2
①氨化作用
硝化作用
②硝化作用
碱度增大，pH值升高 缺氧条件 有机物 有机物
2
污水生物脱氮除磷工艺
污水生物脱氮除磷工艺生物脱氮除磷传统工艺脱氮的传统工艺自然界中氮一般有四种形态：有机氮，氨氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮等生活污水中的氮主要形态是有机氮和氨氮。
有机氮占生活污水含氮量的40-60%，氨氮占50-60%，亚硝酸盐和硝酸盐氮仅占0-5%。
污水生物脱氮的可能途径传统上，通过两步生物反应，即硝化(NH+4→ NO-3)与反硝化(NO-3→N2)，实现污水的生物脱氮。
硝化反应可表示为：亚硝化反应NH4+ + O2 + HCO3- → NO2- + H2O + H2CO3+ 亚硝酸菌硝化反应NO2- + NH4+ + H2CO3 + HCO3-+ O2 → NO3- + H2O + 硝酸菌总反应NH4+ + O2 + HCO3- → NO3- + H2O + H2CO3 + 微生物细胞反硝化反应如下：NO3- + CH3OH + H2CO3 →N2↑+H2O + HCO3-+微生物细胞生物脱氮工艺传统生物脱氮存在哪些问题?首先，需要充分地氧化氨氮到硝酸氮，要消耗大量能源(因为曝气)；其次，还需要有足够碳源(COD)来还原硝酸氮到氮气。
除磷传统工艺磷最常见的形式有：无机磷: 磷酸盐（H2PO4-、HPO42-、PO43-）；聚磷酸盐；有机磷。
生活污水中的含磷量一般在10-15mg/L左右，其中70%是可溶性的。
活性污泥在好氧、厌氧交替条件下时，活性污泥中可产生所谓的“聚磷菌”。
聚磷菌在好氧条件下从废水中过量摄取磷，形成多聚磷酸盐作为贮藏物质。
排放的剩余污泥中的含磷量在6%左右（污泥干重）。
A/O除磷工艺系统为防止水体富营养化，一般污水处理既需要脱氮,也需要除磷，是否可以把两者结合起来实现氮磷同时去除？A/O工艺生物除磷脱氮生化代谢模型脱氮除磷的新工艺脱氮新工艺1.中温亚硝化（SHARON）亚硝化/反硝化脱氮即(NH4+ → NO2-) ，(NO2- → N2)硝化作用NH4+ + 1.5O2 →→→→ NO2- + H2O + 2H +NH4+ + 2O2 →→→→ NO3- + H2O + 2H+节约O2 25%脱氮作用6 NO2- + 3CH3OH + 3CO2 →→→→ 3N2 + 6HCO3- + 3H2O6 NO3- + 5CH3OH + CO2 →→→→ 3N2 + 6HCO3- + 7H2O节约 CH3OH 40%亚硝化细菌和硝化细菌的最小污泥龄与温度关系SHARON工艺的基本工作原理便是利用温度高有利于亚硝化细菌增殖这一特点，使硝化细菌失去竞争。
《水污染控制工程》第四章 脱氮除磷
第一节 脱氮技术
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
14 CH
3OH
CO 2
3H
3C5H7 NO 2
19H
2O
式中：C5H7NO2为反硝化微生物的化学组成。 （4-15） 反硝化还原和微生物合成的总反应式为：
NO
3
算法2：
6NO3 5CH3OH 反硝 化菌3N2 5CO2 7H2O 6OH-
CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2 H2O 1gN 反 硝 化 需 要 5/6 * 32.04186 /14=1.91gCH3OH ， 1.91gCH3OH 相 当 于 1.91*1.5*32/ 32.04186 =2.86gCOD
内循环（硝化液回流）
原污水
N2
反硝化 反应器 （缺氧）
碱
BOD去除、 硝化反应器
（好氧）
沉淀池 处理水
污泥回流
AO生物脱氮系统
剩余污泥
第一节 脱氮技术
工艺特征： （1）设置内循环，向前置的反硝化池回流硝化液； （2）在硝化反应过程中，将1mg/L的NH4+-N氧化为NO3--N消耗 100/14=7.14mg碱度（以CaCO3计），在反硝化过程中还原1mg NO3-N产生50/14=3.57mg碱度。在AO系统中，反硝化产生的碱度可补偿 硝化反应消耗的一半碱度； （3）对含氮不高的废水（如生活污水、城市污水等）可不必另行投 碱以调节pH； （4）流程比较简单，勿需外加碳源，投资和运行费用低； （5）沉淀池进水来自硝化反应器，含有一定的硝酸盐，在沉淀池内 停留时间过长会发生反硝化，使污泥上浮，处理水质恶化；脱氮率 在90%以下；
废水脱氮除磷
3.4 厌氧氨氧化
NO2- + NH4+ —— N2 + 2H2O，在缺氧环境中，将铵离子(NH4+)用亚硝酸根 (NO2-)氧化为氮气；
厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)是一类细菌，属于浮 霉菌门 ，化能自养型；
在全球氮循环中具有重要意义，在海洋环境中，约 50% 的氮转化是由于 anammox细菌的厌氧氨氧化作用产生的。
其原因在于温度对硝化细菌的增殖速度和活性影 响很大。两类硝化细菌的最宜温度为30℃左右。
温度对反硝化速度的影响大小与反硝化设备的类 型(微生物悬浮生长型或固着型)、硝酸盐负荷率 等因素有关。
3．溶解氧
溶解氧浓度影响硝化反应速度和硝化细菌的生长速度，如下图所示。
溶解氧对硝化速率的影响
• 在悬浮污泥反硝化系统中，缺氧段溶 解氧应控制在0.5mg/L以下，
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：
水解 RCHNH 2COOH H2O RCOHCOOH NH 3
细菌分解 RCHNH 2COOH O2 RCOCOOH CO 2 NH3
氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，造成水体富营养化，引 起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶氧量下降，鱼类及其它生物大量死亡。
大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解 氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化 过程。
2.富营养化的危害-水华
污水的生物脱氮除磷工艺章节重点梳理
污水的生物脱氮除磷工艺章节重点梳理1、简述生物脱氮机理。
污水处理中氨的转化包括同化、氨化、硝化和反硝化作用。
(1)同化作用：－少部分氮被同化成微生物细胞的组分，并最终可以在二沉池中以剩余污泥的形式得以去除。
(2)氨化作用：有机氮化合物在氨化菌的作用下分解转化为氨氮。
RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3(3)硝化作用：氨氮首先由亚硝化单胞菌氧化为亚硝酸氮，再由硝化杆菌氧化为硝酸氮。
NH4+-N+3/2O2→NO2--N+H2O+2H+NO2--N+1/2O2→NO3--NNH4+-N+2O2→NO3--N+H2O+2H+(4)反硝化反应：在缺氧（不存在分子态游离溶解氧）条件下，将亚硝酸氮和硝酸氮还原为氮气或者N2O、NO。
2、简述影响硝化反硝化的因素。
（1）影响硝化反应的因素（硝化菌多为化能自养菌，以二氧化碳为碳源）①温度：4～45℃，最佳温度约30℃②溶解氧：好氧条件，一般DO浓度大于2mg/L③碱度和pH：亚硝化菌最适pH值7.7～8.1，硝化菌最适pH值7.0～7.8④世代时间：[θc]N＞2（θc）N min世代期，（θc）N min一般为3d，故[θc]N≥6d⑤C/N比：BOD负荷小于0.15gBOD5/(gMLSS.d)⑥有毒物质：重金属，高浓度NH4+-N、NO x-N，高浓度有机物，络合阳离子（2）影响反硝化反应的因素（反硝化菌多为化能自养菌，以二氧化碳为碳源）①温度：20～40℃②溶解氧：DO≤0.5mg/L。
反硝化菌利用NO2-或NO3-中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原；另一方面某些酶需要在有氧的条件下才能合成，故反硝化宜在好氧、厌氧交替下进行。
③pH：最适pH值为7.0～7.5④C/N比：BOD5/TN≥3～5⑤有毒物质：与一般好氧异氧菌相同3、简述三段活性污泥生物脱氮工艺流程，并分析其设置的合理性。
工艺流程：三个生化反应过程分别在三个不同的反应器中进行。
第一级曝气池，主要是去除有机污染物，同时将有机氮转化为氨氮;第二级硝化曝气池，主要是发生硝化作用，将氨氮转化为硝态氮;第三级缺氧池，主要发生反硝化作用，将硝态氮还原为氮气，最终达到将氮从水中去除的目的。
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二、生物脱氮工艺
（一）活性污泥法脱氮传统工艺 是由Barth开创的所谓3级活性污泥法流程， 包括氨化、硝化、反硝化三项反应过程。
图4-2-2 活性污泥传统脱氮工艺（3级活性污泥 法流程）
图4-2-3 2级活性污泥脱氮系统
图4-2-4
单级活性污泥脱氮系统
三、生物脱氮原理的新认识及 相应工艺
最近的一些研究表明：硝化过程不仅有自养菌 完成，异养菌也可以参与硝化作用；某些微生物在 好氧条件下也可以进行反硝化作用。 理论解释： 1.微环境的存在，是同时硝化反硝化现象的最主 要原因； 2.从微生物发展的角度也提出可能存在的、目前 尚未被认识的微生物菌种（如好氧条件下的反硝化 细菌）能使同时硝化反硝化现象发生。
总反应式： NH4 + 1.86 O2 + 1.982 HCO3 0.982NO3 + 1.044 H2O + 1.881H2CO3 + 0.021C5H7O2N （3） 由（3）可知： 硝化反应消耗碱度和氧气 + - N 为 NO - - N 需消耗 每氧化1mg NH4 3 7.14mg CaCO3, 需氧 4.57 mg
三、生物处理过程中除磷途径小结
研究结果表明，超量除磷主要是生物 作用的结果，但生物超量除磷并不能完全 解释某些条件下出现的除磷性能，生物诱 导的化学除磷可能是生物除磷的补充。在 生物除磷系统中磷的去除可能包括下列5 种途径。
1. 2. 3. 4. 5.
生物超量除磷 污泥含磷量可达3％－7％ 正常磷的同化作用 微生物合成消耗磷 正常液相沉淀 pH 阳离子浓度 加速液相沉淀 生物膜沉淀 细菌反硝化作用使膜内pH 升高，导致磷从液相进入无机相。
硝化过程分为两个阶段： 第一步： 亚硝化菌 氨氮 亚硝酸盐 亚硝化菌包括亚硝酸盐单胞菌属和亚硝酸 盐球菌属。 第二步： 硝化菌 亚硝酸盐 硝酸盐 硝化菌包括硝酸盐杆菌属、螺旋菌属和球 菌属。
反应式：
NH4+ + 1.382 O2 + 1.982 HCO30.982NO2- + 1.036 H2O + 1.891H2CO3 + 0.018C5H7O2N (1) NO2- + 0.488O2 + 0.01H2CO3 + 0.003HCO3+ 0.003NH4+ NO3- + 0.008H2O + 0.003 C5H7O2N (2)
2.厌氧－好氧除磷工艺
图4-3-2 厌氧－好氧除磷工艺流程
本工艺流程简单，建设和运行费用都较低， 厌氧反应器能够保持良好的厌氧状态。 存在的问题有：由于微生物对磷的吸收有一定 限度，故除磷率难以进一步提高；沉淀池易于 产生磷的释放现象，应及时排泥和回流。
六、同步脱氮除磷工艺
1.巴登福（Bardenpho)同步脱氮除磷 工艺
第二节
废水生物脱氮技术
一、生物脱氮的基本原理 生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成： 硝化作用：氨氮 硝酸盐氮 反硝化作用： 硝酸盐氮 气态氮
图4－2－1
生物脱氮过程示意图
1、硝化反应
硝化反应由两组自养好氧微生物完成： 亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas） 硝酸盐细菌（Nitrobacter） 硝化作用是指由硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮 的过程。
Bardnard 首先发现了硝化/反硝化过程中除 磷的效果，并最先研究和开发了既能脱氮又 能除磷的污水处理工艺，如Bardenpho工艺
本工艺的主要优点是各项反应都反复进 行两次以上，各反应单元都有其首要功能， 并兼行二、三项功能，脱氮、除磷效果良 好。 存在的问题是工艺复杂，反应器单元多， 运行繁琐，成本高。
+ -
硝化反应的环境条件：
1）好氧条件，并保持一定的碱度。 2）混合液中有机物含量不应过高，BOD5应 在15～20mg/L以下。 3) 适宜温度是20～30℃，15℃时速度下降， 5℃时完全停止。 4）污泥龄必须大于其最小的世代时间。 5）重金属、高浓度的NH4+-N和NOx-－N对硝 化反应有抑制作用。
2. A-A-O法同步脱氮除磷工艺
图4-3-7 A-A-O法同步脱氮除磷工艺流程
本工艺存在问题： 1）脱氮效果难以提高； 2）污泥增长受到一定限度，除磷效果 也不易提高； 3）沉淀池溶解氧含量不宜过高，防止 循环液对缺氧反应器的干扰。
3. 福列德克斯（Phoredox）脱氮 除磷工艺
是巴登福工艺的改进，主要是在第1厌氧 反应器之前再加一厌氧反应器，以强化磷的 释放，从而能够保证在好氧条件下，有更强 的吸收磷的能力，以提高除磷效果。
五、生物除磷工艺
1.福斯特利帕（Phostrip）除磷工艺 它是1972年开发的一种将生物除磷和化学 除磷相结合的一种工艺。
图4-3-1 福斯特利帕除磷工艺流程
本工艺的特点：
1.除磷效果好 处理水磷低于1mg/L 2复杂，建设费用和运行费用高； 沉淀池（Ⅱ）底部可能形成缺氧状态，而释放磷。
缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统 （A / O法）
是于80年代初期开创的工艺流程，其主 80 要特点是将反硝化反应器置放在系统之首， 故又称为“前置式反硝化生物脱氮系统”。
图4-2-5 缺氧一好氧活性污泥法脱氮系统
系统的特征：
（1）反硝化反应器在前，BOD去除、硝化两 项反应的综合反应器在后； （2）反硝化反应以原废水中的有机物为碳源； （3）硝化液回流； （4）反硝化反应过程产生的碱度可补偿硝化反 应消耗碱度的一半左右； （5）流程简单，不需外加碳源。
四、影响生物除磷过程的因素
磷摄取过程要求充足的氧，放磷 的过程应保持绝对厌氧的条件。 2.污泥龄 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。 3.温度和pH值 5～30℃ pH 6～8 4.BOD负荷 较高的BOD负荷可取得较好 的除磷效果。 5.硝酸氮和亚硝酸氮 抑制磷的释放 1.溶解氧
第四章
废水生物脱氮除磷技术
第一节 水体中的氮及其危害性 第二节 废水生物脱氮技术 第三节 废水生物除磷与同步脱氮除磷技术
第一节 水体中的氮及其危害性
一、存在形式及其来源 氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水体中。 1. 有机氮 蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等。 来源：生活污水、 农业废弃物（植物秸秆、牲畜粪便等）、 工业废水（食品加工、印染、制革、食 品加工等）
2、反硝化过程
是指由一群异养微生物，将硝酸盐氮和亚 硝酸盐氮，在无氧或低氧条件下还原转化为 气态氮或氮氧化物的过程。 反硝化细菌包括：假单胞菌属、反硝化杆 菌属、小球菌属、嗜气杆菌属、碱杆菌属等。 反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过 反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。 其中异化作用去除 的氮占70～75％。
NO2- + 3H(电子供体－有机物） NO3- + 5H(电子供体－有机物）
½ N 2 + H2O+ OH½ N 2 +2H2O+OH-
可见，反硝化过程产生部分碱度，但同时需要有机物，如 果污水中没有足够的有机物，一般投加甲醇。
反硝化反应的影响因素：
1）碳源 2）pH 6.5～7.5 3）溶解氧 0.5mg/L以下 4）温度 20～40℃
1.聚磷菌的磷过量摄取
在好氧条件下，聚磷菌 ADP + H3PO4+ 能量 ATP + H2O
H3PO4的大部分是通过主动输送的方式从外部 环境摄入的，一部分用于合成ATP,另一部分则 用于合成磷酸盐。这一现象就是“磷的过量摄 取”。
2.聚磷菌的放磷
在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP水解，放出 H3PO4和能量，形成ADP,即： ATP + H2O ADP + H3PO4+ 能量
2. 无机氮 氨氮、亚硝态氮和硝态氮。 来源：有机氮的微生物分解 农田排水 工业废水（炼焦、化肥）
二、氮污染的危害
城市污水中的氮主要以氨氮存在。 1. 氨氮消耗水体中的溶解氧。 2. 氨氮会与氯作用生成氯胺，并被氧化为氮。 3. 氮化合物对人和生物有毒害作用。 4. 加速水体的“富营养化”过程。
80年代到90年代，通过全面的基础研究及生 产性研究和工程运转经验的总结，污水生物除 磷的理论及技术均获得了重大进展及突破。
二、生物除磷的基本原理
废水中磷的存在形式：磷酸盐（H2PO4- 、 HPO42- 和 PO43-）、聚磷酸盐和有机磷。 生物除磷就是利用聚磷菌(polyphosphate accumulation organisms, PAOs)一类的细菌， 过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并 将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥， 排出系统，达到从废水中除磷的效果。
系统的不足之处：
（1）沉淀池如运行不当，池内会产生反硝化反 应，污泥上浮，处理水水质恶化。 （2）系统的脱氮率较低，一般在85％以下。
第三节 废水生物除磷与同步脱 氮除磷技术
一、除磷技术的发展 污水除磷技术的发展起源于生物超量吸磷 现象的发现。 20世纪50年代到60年代初，Srinath等人 在污水处理厂的生产性运行中，观察到生物超 量吸磷的现象。 70年代的研究工作弄清了生物除磷所需的 运行条件，并有意识的将其工程化。