污水生物脱氮除磷新工艺PPT课件
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基本原理及影响因素
一、生物脱氮原理及影响因素 • 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
• 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
1. 传统生物脱氮原理及影响因素 传统生物脱氮一般由硝化和反硝化两个过程完
由于硝化菌是自养菌，水中的C/N 不宜过高，否则将有助于异养菌的 迅速增殖，微生物中的硝化菌的比 例下降。
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。
硝酸菌的停留时间必须大于其最小 世代时间
2.新的硝化-反硝化脱氮原理
同步硝化反硝化：在供氧受限或缺少有机碳源的厌氧 条件下发生同步硝化反硝化，这时氨和亚硝酸盐分别充当电子 供体和电子受体，致使曝气能耗和有机碳源需求量大大减少。 与其他活性污泥法工艺相比，同步硝化反硝化在氧化沟工艺中 最为显著。究其原因是在氧化沟中独特的表面曝气，打散了活 性污泥絮体，形成了新的活性污泥絮体，使活性污泥能够很好 地进行新陈代谢。另外，氧化沟工艺较长的HRT缓解了同步硝化 反硝化速率较低的问题。
反硝化过程反应式：
N 3 O 2 H （ 电 -有 子 机 N 供 2 物 O H 2 体 O） N2 O 5 H （ 电 -有 子 机 0 供 .5 N 2 物 体 2 H 2 O ） OH
影响因素 温度
pH值 溶解氧
C/N 污泥龄θc
硝化-反硝化过程的影响因素
硝化过程
反硝化过程
2. UCT工艺 与A2/O工艺不同之处在于沉淀池污泥是回流到缺
短程硝化反硝化的理论核心为使硝化反应停留在 亚硝化阶段。生物脱氮的硝化过程由两类微生物 组成，AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝氮氧化菌）。 实现短程硝化主要办法就是使AOB在活性污泥中成 为硝化菌的优势菌，尽可能抑制NOB，防止硝化过 程第二步的进行，避免全程硝化反应，然后将中 间产物NO2-还原。
二. 生物除磷基本原理及影响因素 1. 基本原理
生物除磷的机理目前还没有彻底研究清楚。一般认为， 在厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD5转化为低分子挥发 性有机酸（VFA）。聚磷菌吸收这些VFA或来自原污水的 VFA，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳源存储物 （PHB/PHV），所需能量来源于聚磷水解以及糖的酵解， 维持其在厌氧环境生存，并导致磷酸盐的释放。
（2）聚磷菌释放磷
C2H4O2 (HP3O )(聚磷 )H2O （C2H4O2） （ 2 贮存的有 P机O43-物 3H）
2.生物除磷的影响因素
（1）厌氧/好氧条件的交替 （2）硝酸盐和易降解有机物 （3）污泥龄 （4）温度和pH值 （5）BOD5/TP
传统脱氮除磷工艺概述
一. 传统生物脱氮除磷工艺 在大多数情况下，生物除磷和生物脱氮同时发生
项目 细胞形状 细胞尺寸/μm 革兰氏染色 世代期/h 需养性 最大比增长速率/(μm/h) 产率系数Y/(mg细胞/mg基质) 饱和常数Ks/(mg/L)
亚硝酸菌 椭球或棒状
1~1.5 阴性 8~36 兼性厌氧 0.96~1.92 0.04~0.13 0.3~3.6
硝酸Βιβλιοθήκη Baidu 椭球或棒状
0.5~1 阴性 12~59 严格好氧 0.48~1.44 0.02~0.07 0.3~1.7
聚磷菌的作用机理
反应方程式： （1）聚磷菌摄取磷
C 2 H 4 O 2 0 .1 N 6 4 1 H .2 O 2 0 .2 P 4 3 O 0 .1 C 5 H 6 7 N 2 1 O .2 C 2 0 O .2 ( H 3 )聚 P () O 0 .4 磷 O 4 1 H .4 H 2 O 4
硝化反应的适宜温度为20~30℃低 于15 ℃时，反应速率迅速下降，5 ℃时反应几乎完全停止。温度不但
影响硝化菌的比增长速率，而且影 响硝化菌的活性
反硝化反应的温度范围较宽， 在5~40℃范围内都可以进行。 但温度低于15 ℃时，反硝化 速率明显下降。最适宜的温度 为20~40℃
硝化菌受pH值的影响很敏感，比 反硝化反应的适宜pH值为
较适宜的pH值范围为7.0~8.0。硝 6.5~7.5。 pH值高于8或低于6 化过程消耗碱度，使得pH值下降， 时，反硝化速率将迅速下降。
因此需补充碱度
反硝化过程会产生碱度
溶解氧是硝化过程中的电子受体， 溶解氧会与硝酸盐竞争电子供 硝化反应必须在好氧条件下进行。 体，同时分子态氧也会抑制硝
酸盐还原酶的合成及活性
在一个处理流程中。应用最广泛的生物脱氮、除磷 工艺有A/O、A2/O、Bardenpho、UCT、 Phoredox工艺、氧化沟工艺和VIP工艺等，近年来 用SBR及其各种改进型的工艺，如CASS(CAST)、 MSBR、UNITANK等。
1.A2/O除磷脱氮工艺
特点：厌氧、缺氧、好氧在不同环境条件和 不同种类微生物菌群的有机结合，能同时去 除有机物和除磷脱氮。A2/O工艺流程简单， 总水力停留时间少于其他同类工艺，并且不 需外加碳源，厌氧、缺氧段只进行缓速搅拌， 基建和运行费用都较低。
在好氧条件下，聚磷菌进行有氧呼吸，从污水中 大量地吸收磷，其数量大大超出其生理需求，通过 PHB的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合 成，能量以聚合磷酸盐的形式存储在细胞内，磷酸 盐从污水中得到去除；同时合成新的聚磷菌细胞， 产生富磷污泥，将产生的富磷污泥通过剩余污泥的 形式排放，从而将磷从系统中除去。
成。硝化过程可以分为两个过程，分别由亚硝酸菌 和硝酸菌完成。
硝化反应式如下：
氨化反应：
RC2 C HO N O O H 2 N H3 H C2 O RCOOH
硝化反应：
NH
4
1.5O2
NO2
H2O
2H
NO2 0.5O2 NO3
硝化过程总反应式
NH
4
2O2
NO3
H2O 2H
反硝化菌为异养型兼性厌氧菌，在有氧气存在时，它会 以氧气为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有硝酸盐氮或 亚硝酸盐氮存在时，则以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受 体，以有机碳为电子供体进行反硝化反应。
一、生物脱氮原理及影响因素 • 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
• 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
1. 传统生物脱氮原理及影响因素 传统生物脱氮一般由硝化和反硝化两个过程完
由于硝化菌是自养菌，水中的C/N 不宜过高，否则将有助于异养菌的 迅速增殖，微生物中的硝化菌的比 例下降。
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。
硝酸菌的停留时间必须大于其最小 世代时间
2.新的硝化-反硝化脱氮原理
同步硝化反硝化：在供氧受限或缺少有机碳源的厌氧 条件下发生同步硝化反硝化，这时氨和亚硝酸盐分别充当电子 供体和电子受体，致使曝气能耗和有机碳源需求量大大减少。 与其他活性污泥法工艺相比，同步硝化反硝化在氧化沟工艺中 最为显著。究其原因是在氧化沟中独特的表面曝气，打散了活 性污泥絮体，形成了新的活性污泥絮体，使活性污泥能够很好 地进行新陈代谢。另外，氧化沟工艺较长的HRT缓解了同步硝化 反硝化速率较低的问题。
反硝化过程反应式：
N 3 O 2 H （ 电 -有 子 机 N 供 2 物 O H 2 体 O） N2 O 5 H （ 电 -有 子 机 0 供 .5 N 2 物 体 2 H 2 O ） OH
影响因素 温度
pH值 溶解氧
C/N 污泥龄θc
硝化-反硝化过程的影响因素
硝化过程
反硝化过程
2. UCT工艺 与A2/O工艺不同之处在于沉淀池污泥是回流到缺
短程硝化反硝化的理论核心为使硝化反应停留在 亚硝化阶段。生物脱氮的硝化过程由两类微生物 组成，AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝氮氧化菌）。 实现短程硝化主要办法就是使AOB在活性污泥中成 为硝化菌的优势菌，尽可能抑制NOB，防止硝化过 程第二步的进行，避免全程硝化反应，然后将中 间产物NO2-还原。
二. 生物除磷基本原理及影响因素 1. 基本原理
生物除磷的机理目前还没有彻底研究清楚。一般认为， 在厌氧条件下，兼性细菌将溶解性BOD5转化为低分子挥发 性有机酸（VFA）。聚磷菌吸收这些VFA或来自原污水的 VFA，并将其运送到细胞内，同化成胞内碳源存储物 （PHB/PHV），所需能量来源于聚磷水解以及糖的酵解， 维持其在厌氧环境生存，并导致磷酸盐的释放。
（2）聚磷菌释放磷
C2H4O2 (HP3O )(聚磷 )H2O （C2H4O2） （ 2 贮存的有 P机O43-物 3H）
2.生物除磷的影响因素
（1）厌氧/好氧条件的交替 （2）硝酸盐和易降解有机物 （3）污泥龄 （4）温度和pH值 （5）BOD5/TP
传统脱氮除磷工艺概述
一. 传统生物脱氮除磷工艺 在大多数情况下，生物除磷和生物脱氮同时发生
项目 细胞形状 细胞尺寸/μm 革兰氏染色 世代期/h 需养性 最大比增长速率/(μm/h) 产率系数Y/(mg细胞/mg基质) 饱和常数Ks/(mg/L)
亚硝酸菌 椭球或棒状
1~1.5 阴性 8~36 兼性厌氧 0.96~1.92 0.04~0.13 0.3~3.6
硝酸Βιβλιοθήκη Baidu 椭球或棒状
0.5~1 阴性 12~59 严格好氧 0.48~1.44 0.02~0.07 0.3~1.7
聚磷菌的作用机理
反应方程式： （1）聚磷菌摄取磷
C 2 H 4 O 2 0 .1 N 6 4 1 H .2 O 2 0 .2 P 4 3 O 0 .1 C 5 H 6 7 N 2 1 O .2 C 2 0 O .2 ( H 3 )聚 P () O 0 .4 磷 O 4 1 H .4 H 2 O 4
硝化反应的适宜温度为20~30℃低 于15 ℃时，反应速率迅速下降，5 ℃时反应几乎完全停止。温度不但
影响硝化菌的比增长速率，而且影 响硝化菌的活性
反硝化反应的温度范围较宽， 在5~40℃范围内都可以进行。 但温度低于15 ℃时，反硝化 速率明显下降。最适宜的温度 为20~40℃
硝化菌受pH值的影响很敏感，比 反硝化反应的适宜pH值为
较适宜的pH值范围为7.0~8.0。硝 6.5~7.5。 pH值高于8或低于6 化过程消耗碱度，使得pH值下降， 时，反硝化速率将迅速下降。
因此需补充碱度
反硝化过程会产生碱度
溶解氧是硝化过程中的电子受体， 溶解氧会与硝酸盐竞争电子供 硝化反应必须在好氧条件下进行。 体，同时分子态氧也会抑制硝
酸盐还原酶的合成及活性
在一个处理流程中。应用最广泛的生物脱氮、除磷 工艺有A/O、A2/O、Bardenpho、UCT、 Phoredox工艺、氧化沟工艺和VIP工艺等，近年来 用SBR及其各种改进型的工艺，如CASS(CAST)、 MSBR、UNITANK等。
1.A2/O除磷脱氮工艺
特点：厌氧、缺氧、好氧在不同环境条件和 不同种类微生物菌群的有机结合，能同时去 除有机物和除磷脱氮。A2/O工艺流程简单， 总水力停留时间少于其他同类工艺，并且不 需外加碳源，厌氧、缺氧段只进行缓速搅拌， 基建和运行费用都较低。
在好氧条件下，聚磷菌进行有氧呼吸，从污水中 大量地吸收磷，其数量大大超出其生理需求，通过 PHB的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合 成，能量以聚合磷酸盐的形式存储在细胞内，磷酸 盐从污水中得到去除；同时合成新的聚磷菌细胞， 产生富磷污泥，将产生的富磷污泥通过剩余污泥的 形式排放，从而将磷从系统中除去。
成。硝化过程可以分为两个过程，分别由亚硝酸菌 和硝酸菌完成。
硝化反应式如下：
氨化反应：
RC2 C HO N O O H 2 N H3 H C2 O RCOOH
硝化反应：
NH
4
1.5O2
NO2
H2O
2H
NO2 0.5O2 NO3
硝化过程总反应式
NH
4
2O2
NO3
H2O 2H
反硝化菌为异养型兼性厌氧菌，在有氧气存在时，它会 以氧气为电子受体进行好氧呼吸；在无氧而有硝酸盐氮或 亚硝酸盐氮存在时，则以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受 体，以有机碳为电子供体进行反硝化反应。