1 废水的深度处理(N、P、消毒、三级)

普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到 12%~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 可满足排放要求。
生物除磷机理
厌氧环境 有机基质 好氧环境
产酸菌 P 乙酸 P
聚 P
聚 P
PHB
（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。
废水的深度处理与回用
第一节 氮磷的去除
第二节 消毒
第三节 废水的三级处理与回用
习题与思考题
城市污水、工业废水经传统的二级处理 以后，虽然绝大部分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，病毒微生物。 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。病毒微生物会引起水媒性传播疾病的流 行。
O2 硝化 硝态氮
（ NO3 ）
-
有机碳
反硝化
氮气
（ N 2）
有机碳
硝化反应： 硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2和NO3-的过程。
2NH
4
3O
2
2NO
硝酸菌 3
亚硝酸菌
2 4H Nhomakorabea 2H 2 O
2 NO
2
2 O 2 2 NO
3
2
H


2H 2 O
NH
4
3HOCl NCl
4
H
3H 2 O

2NH
3HOCl
N 2 5H
3Cl

3H 2 O
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。
(3) 离子交换法:
常用天然的离子交换剂，如沸石等。
有机基质 厌氧区 好氧区
• 厌氧时：正相反——不繁殖，释放磷酸盐于体外（产生能量供
大部分 （P）去除
产酸菌
部分回流
水中P
聚P 聚P 聚P 聚P
做种
乙酸 P 聚 P PHB PHB
聚 P
聚磷菌
聚磷菌
O2
聚磷菌
聚磷菌
生物强化除磷工艺
厌氧释磷、好氧吸磷
利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中 溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。 厌氧环境中： 污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化 为乙酸苷；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态 下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分 供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸 苷转化为PHB(聚β-羟基丁酸)的形态储藏于体内。
（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。
2
3 H 2 O 6OH
总反应式为：
6NO
3
5 CH 3 OH 3 N 2 5 CO
反硝化菌
2
7 H 2 O 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。
（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
二、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。
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。
(2) 折点加氯法:
含氨氮的水加氯时，有下列反应：
Cl 2 H 2 O HOCl H Cl

NH
4
HOCl NH 2 Cl H H 2 O

NH
4
2HOCl
NHCl
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：
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-)
一般城市污水水质与排放要求
项 目 CODcr BOD5 SS TKN(NH3-N) 进水水质/（mg· -1） L 250~300 100~150 150~200 35（25）
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 （NH4+→NO2-→NO3- →N2)
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。
聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌 氧释磷。
好氧环境中：
进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB 进行好氧分解并释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，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。
dTP dBOD 0 . 015 y observe
生物强化除磷工艺 生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥中 磷含量占到干重5%~6%。 如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除。
• 好氧时：大量繁殖（消耗好氧状态能源——聚β-羟基丁二酸
（PHB）），
•
逆浓度梯度过量吸磷（贮备厌氧状态能源——多聚磷酸 盐颗粒(即异染颗粒) ）； 其储备消耗好氧状态能源——PHB）。
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。
硝化过程的影响因素：
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。
6NO
6NO
3
2 CH 3 OH 6 NO
亚硝酸还原菌
硝酸还原菌
2
2 CO
2
4H 2O
-
2
3 CH 3 OH 3 N 2 3 CO
太湖的富营养化
第一节 氮、磷的去除
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 2 O NH
4
OH

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。
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。

0 .065C
5
H 7 O 2 N 0 . 47 N 2 0.76CO
2
2.44H
2
O
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。
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。