8.2 脱氮、除磷活性污泥法工艺

七 脱氮、除磷活性污泥法工艺
1 废水生物处理流程 2 二级处理出水水质 3 深度处理的对象和目标
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水污染控制工程
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1 废水生物处理流程 2 二级处理出水水质 3 深度处理的对象和目标
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 二级处理出水水质
 BOD5: 20～30mg/L  COD: 40～100mg/L  SS: 20 ～30mg/L  TN: 20～50mg/L  P: 6～10mg/L  此外，含有较多的细菌、重金属离子等。

 传统活性污泥法总氮去除率约为10-20%，总磷去除率 约为5-20%。

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太湖的富营养化 什么是蓝藻？
蓝藻又称蓝绿藻，是一种最原始、最古老 的藻类植物。

蓝藻在地球上出现在距今35亿至 33 亿年前，现在已知 1500 多种，分布十分广 泛，遍及世界各地，但主要为淡水产。

有少数 可生活在 60℃至 85℃的温泉中，有些种类和 真菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生。

在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于 夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有 腥臭味的浮沫，称为“水华”，加剧了水质恶 化，对鱼类等水生动物，以及人、畜均有较大 危害，严重时会造成鱼类的死亡。

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1 废水生物处理流程 2 二级处理出水水质 3 深度处理的对象和目标
去除悬浮物和胶体 去除溶解性有机物 去除无机盐 消毒杀菌
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（一） 生物脱氮工艺
 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。

 氮的去除方法主要有  化学法  生物法
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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%。

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。

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硝化反应
 在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3的过程。

2NH4+ + 3O2→2NO2- + 4H+ + 2H2O 2NO2- + O2→2NO3 总反应方程式为： NH4+ + 2O2→NO3- + 2H+ + H2O
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硝化反应
 硝化细菌 化能自养型，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。

NH4+ + 2O2→NO3- + 2H+ + H2O  适宜生长条件 温度：20～30℃ pH值：7～8 DO＞2mg/l 泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两倍以上。

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反硝化反应
 在无氧条件下，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。

反 应如下： 6NO3- + 2CH3OH→6NO2- + 2CO2 + 4H2O 6NO2- + 3CH3OH→3CO2 + 3N2 + 3H2O +6OH 总反应方程式为： 6NO3- + 5CH3OH→5CO2 + 3N2 + 7H2O +6OH-
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反硝化反应
 反硝化菌 异养型兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以 O2 为电子受体进行好氧呼吸；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。

 适宜生长条件 pH=6.5～7.5 DO＜0.5mg/L T=5～40℃ BOD5/TKN＞3～5
NO3- + CH3OH→CO2 + N2 + H2O +OH-
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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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2 生物脱氮工艺
三段生物脱氮工艺 二段生物脱氮工艺 缺氧—好氧生物脱氮工艺 （前置式反硝化生物脱氮系统）
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曝气池 硝化池 反硝化池
去除有机物，使有机氮转化为氨氮； 有机氮→NH4+ （氨化菌） 投碱以维持pH值； NH4+ → NO2+ → NO3+ 投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。

NO3+ → NO2+ → N2↑
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 有机物的降解、硝化和反硝化在不同的反应器中进行， 而且各自回流污泥，各种微生物在各自适宜的环境中 生长繁殖，有利于其发挥最佳效率；  需在反硝化阶段投加碳源来保证高效稳定的反硝化反 应；  设备多，造价高，管理不方便。

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缺氧－好氧生物脱氮工艺
（前置式反硝化生物脱氮系统）
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优点
 反硝化反应以污水中的有机物为碳源，勿需再加碳源；  反硝化残留的BOD可进一步被去除，出水水质好，勿需 再设曝气池；  流程简单，装置少，因此节省建设费用及运行费用。

缺点
 处理水中含有NO3-；  为提高脱氮率，需加大回流比，而使运行费用较高；  内循环液来自曝气池，难以使反硝化池保持缺氧状态。

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（二 ）生物除磷工艺
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
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-)
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1 生物法除磷
基本原理
利用聚磷菌一类的微生物，可过量从外部摄 取磷，并以聚合状态储藏在体内，形成高磷 污泥排出系统，达到除磷的目的。

聚磷菌除磷经过好氧和厌氧两个阶段。

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厌氧环境  污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为 挥发性脂肪酸（VFA）；  聚磷菌将体内积聚的聚磷分解为磷酸盐，获取能量， 并将污水中的有机物转化为聚β-羟基丁酸 (PHB)或 聚β-羟基丁酸（PHV）等； 聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌 氧释磷。

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好氧环境 聚磷菌将体内的 PHB或 PHV 等进行好氧分解， 并释出能量，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，以聚磷的形式积聚于体 内，这就是好氧吸磷。

剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是 从污水中去除的含磷物质。

普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到 5~20%。

而具生物除磷功能的处理系统排放的剩余污泥 中含磷量可以占到干重5%~6%，去除率基本可满足 6/26/2014 10:26 AM 水污染控制工程 27 排放要求。

厌氧—好氧除磷工艺(A/O法)
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工艺特征及运行参数
 由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机物和磷的 处理系统；  反应器中水力停留时间为3～6h；  曝气池内污泥浓度在2700～3600mg/L之间；  磷去除效果较好，去除率在76％左右；  沉淀污泥含磷4％，肥效好；  SVI值≤100，易沉淀，不膨胀。

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存在问题
 微生物对磷的吸收有限度，磷去除率难提高；  在沉淀池易于产生磷的释放现象，应及时排泥和回流。

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（三 ）生物脱氮、除磷工艺
A2/O(A-A-O)(Anaerobic-Anoxic-Oxic)法 好氧池 进
气 管
厌氧池 进水
缺氧池
沉淀池 出 水
内回流
去除有机物、硝化、吸收磷 污泥回流 脱氮 释放磷，氨化
剩余污泥
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 工艺特征
在厌氧、好氧交替下运行，丝状菌不能大量繁殖， 无污泥膨胀现象发生； 污泥含磷较高，具有很高的肥效； 运行简单，不需投药，厌氧和缺氧段只进行缓慢 搅拌，运行费用低； 出水中磷浓度基本可在1mg/L以下，氨氮也可在 8mg/L以下。

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 存在问题
脱氮效果难以提高； 污泥增长受到一定限度，除磷效果不易提高； 沉淀池需要保持一定浓度溶解氧，应降低污泥停留时 间，防止厌氧状态和释放磷的现象，但溶解氧含量不宜过 高，以防止循环液对缺氧反应器的干扰。

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本章小结
教学内容
 废水深度处理的对象和目标  氮、磷的去除原理及工艺流程
教学重点
 生物法除氮原理及工艺流程  生物法除磷原理及工艺流程
教学难点
 生物法除磷原理  生物脱氮除磷A-A-O工艺
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