新型脱氮除磷工艺

目前通过大量研究和实践，对生物除磷得出如下认识:


1、生物除磷主要由一类统称为聚磷细菌的微生物完成。 该类微生物均属异养型细菌，现已报道的种类包括：不 动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、肠杆 菌属、着色菌属、脱氮微球菌属等。上述细菌也存在于 传统的活性污泥系统中，而传统活性污泥法之所以不能 有效除磷，可能是其生长条件无法诱导这些微生物过度 吸磷的缘故。 2、在厌氧条件下，聚磷菌把细菌中的聚磷水解为磷酸盐 （PO43— ）释放胞外，并从中获取能量，利用污水中易 降解的COD如挥发性脂肪酸（VFA），合成贮藏物聚羟丁酸（PHB）等贮于胞内。


5、聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大， 当基质为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释 磷迅速而彻底，基质为非挥发性脂肪酸时，释磷则 十分缓慢，且总释磷量也很小。有观点认为，聚磷 菌一般可直接利用的是第一类基质——挥发性脂肪 酸，其它基质则需转化为第一类基质后才能被利用。

从以往的研究大体可给出这样一个生化模型： 废水中的有机物进入厌氧区后，在发酵性产酸菌的作用下 转化成乙酸。聚磷菌在厌氧的不利条件下（压抑条件）， 可将贮积在菌体内的聚磷分解。在此过程中释放出的能 量可供聚磷菌在厌氧压抑环境下存活之用；另一部分能 量可供聚磷菌主动吸收乙酸、H+ 和e-,使之以PHB形式贮 藏在菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。聚磷分 解后的无机磷盐释放至聚磷菌体外，此即观察到的聚磷 细菌厌氧放磷现象。进入好氧区后，聚磷菌即可将积贮 的PHB的好氧分解，释放出的大量能量可供聚磷菌的生长、 繁殖。当环境中的有溶态磷存在时，一部分能量可供聚 磷菌主动吸收磷酸盐，并以聚磷的形式贮积在体内，此 即为聚磷菌的好氧吸磷现象。
内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的 生成。废水处理中不希望此种反应占主导地位，而 应提供必要的碳源。 但可实现污泥减量化。
硝化、反硝化反应中氮的转化

表 硝化过程中氮的转化
–Ⅲ –Ⅱ 氨离子NH4+

表 反硝化反应中氮的转化
–Ⅲ –Ⅱ 氨离子NH4+
氮 的 氧 化 还 原 态
–Ⅰ
0 +Ⅰ +Ⅱ



污水中的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷等形式溶解 于水中。
处理方法有化学法和生物法。

1.化学法除磷

通过投加铝盐、铁盐、石灰等化学药剂反应生成不溶的沉淀 物。
2.生物法（强化）除磷

普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干重的1.5-2.0 ％，通过同化作用可去除磷12－20％。生物法（强化）除磷 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。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％。
羟胺NH2OH
硝酰基NOH
+Ⅲ
+Ⅳ +Ⅴ
亚硝酸根NO2—
硝酸根NO3—
氮 的 氧 化 还 原 态
–Ⅰ
0 +Ⅰ +Ⅱ
羟胺NH2OH
N2 硝酰基NOH
+Ⅲ
+Ⅳ +Ⅴ
亚硝酸根NO2—
硝酸根NO3—
氨化、硝化、反硝化
氨化： RCH(NH2 )COOH O2 氨化菌RCOOH CO2 NH3
硝化：NH
3
3/2O2 NO- H 2 O H 2
亚硝化菌
NO2
1/2O NO3
硝酸菌
NH3 2O2 NO3 H 2 O H 硝化菌
反硝化：6NO
3
5CH3 OH 反硝化菌 5CO2 3N2 7H2 O 6OH

3、在好氧条件下，聚磷菌以游离氧为电子受体， 氧化胞内贮存的PHB，并利用该反应产生的能量， 过量地从污水中摄取磷酸盐，合成高能物质ATP， 其中一部分又转化为聚磷，作为能量贮于胞内，好 氧吸磷量大于厌氧释磷量，通过剩余污泥排放可实 现高效地除磷目的。 4、一部分聚磷菌具有脱氮功能，在无游离氧条件 下，可利用硝酸盐中的氧进行呼吸，将硝酸盐还原 为N或NO。同时，在一定条件下，还可大量释磷， 当厌氧段混入硝酸盐时，一部分易降解碳源被反硝 化利用，对聚磷菌释磷产生不利影响。

反硝化细菌：是一类异养型的兼性厌氧细菌， 如 变 形 杆 菌 （ Protens ） 、 假 单 胞 菌 （Pseudomonas）、小球菌（Micrococcus）、 芽 孢 杆 菌 （ Bacillus ） 、 无 色 杆 菌 （ Achromobacter ） 、 嗜 气 杆 菌 （ Aerobacter ）、产碱杆菌（ Alcaligenes ）。 它们在缺氧的条件下，利用有机碳源为电子供 体，硝酸态氮、亚硝酸态氮作为电子受体，在 降解有机物的同时进行反硝化作用，其反应过 程可表式为：




c.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。
总反应方程式
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。
氨吹脱塔
（2）折点加氯法
含氨氮的水加氯时，有下列反应：
通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。为减少 氯的投量，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。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。
(4) 化学氧化法

在废水的深度处理中，应用化学氧化法可去除氨氮，降低 残留有机物的浓度及减少水中细菌和病毒的数量。
脱氮除磷技术
主讲：朱静平
主要内容
第一节 脱氮
第二节 除磷
第三节 脱氮除磷工艺
第一节 脱氮

1 化学除氮 2 生物除氮

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。生活污水中有机氮约占60%，氨氮 约占40%，硝态氮含量极低。
氮的去除方法有化学法和生物法，其中化学法主 要有吹脱法、折点加氯法、离子交换法。
硝化过程的影响因素

硝化菌是自养菌，其世代周期长（约3天），污泥龄应大于 最小世代时间2倍以上。 硝化菌生长率低，受环境条件影响大，适宜温度20-30℃， 低于15 ℃ ，反应速率下降，5 ℃几乎完全停止。 硝化菌是自养菌，当BOD5 值过高时，异养菌快速生长，抑 制了硝化菌的生长。 硝化过程需氧，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。 硝化产生H+，为促进反应，pH值保持7-8。
NH4 1.86O2 1.985HCO3 0.021C5 H 7 NO2 1.044H2 O 1.881H2 CO 3 0.982NO3
第二节 除磷

1 化学除磷 2 生物除磷
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，水质迅速恶化，危害水产资源。

总氮包括溶液中所有含氮化合物，即亚硝酸盐 氮、硝酸盐氮、无机盐氮、溶解态氮及大部分 有机含氮化合物中的氮的总和。
a.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（好氧菌和氨化菌）
物分解，转化为N2 、N2O而从液相中释放出来。
包括氨化反应、硝化反应和反硝化反应。
氮在水中的存在形态与分类
有机N （尿素、氨基酸、 蛋白质） N T K N (凯氏 氮)
NH3-N
总N (TN)
无机N
NO2—-N
NO3—-N
NOx--N (硝态氮)
氮在水中的存在形态与分类

凯氏氮是指以基耶达（Kjeldahl)法测得的含氮 量。它包括氨氮和在此条件下能转化为铵盐 而被测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物 主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素 以及合成的氮为负三价形态的有机氮化合物， 但不包括叠氮化合物，硝基化合物等。
d.合成反应：

硝化池中：
CX HYOZ NH3 O2 M C5H7 NO2 CO2 H2O

反硝化池中：
3NO3 14CH3OH CO2 3H M 3C5H7 NO2 19H2O
内源反硝化

微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源 反硝化
C5H7NO2 + 4NO3-源自文库 5CO2 + NH3 + 2N2↑ + 4OH

第三节 脱氮除磷工艺

1 生物脱氮工艺 2 生物除磷工艺
1 生物脱氮工艺

传统活性污泥法脱氮工艺

缺氧—好氧活性污泥法（A1/O工艺）
传统活性污泥法脱氮工艺

二级活性污泥生物脱氮工艺

三级活性污泥生物脱氮工艺
分建式缺氧—好氧活性污泥生物脱氮（前臵反 硝化生物脱氮工艺 A/O工艺）

反硝化过程的影响因素



反硝化需要碳源，当废水中BOD5/TN＞3～5时，认为碳 源充足，勿需另加碳源，当废水中BOD5/TN＜3～5时， 需另加碳源，一般加甲醇。 pH值适宜值为6.5～7.5。 温度：最适宜温度是20-40℃，低于15℃反硝化反应速率 最低。 溶解氧：反硝化菌是兼性菌，反硝化过程在无氧条件下， 利用NO3- 或NO2- 中的氧进行呼吸，另外，反硝化菌体内 某些酶系统合成又需要氧分子，所以反硝化反应在缺氧状 态下进行，溶解氧不能大，但又不能为零，SO ＜0.5mg/l。

NO2—+3H（电子供体）
1/2N2+H2O+OH—

NO3—+4H（电子供体）
1/2N2+H2O+2OH—
这样的反应又称为异化反硝化反应。值得一提的是反硝化 过程中还存在同化反硝化反应，即将以NO2—、NO3— 、 NH3 合成细胞物质的反应。但反硝化细菌通过同化反硝 化反应使氮转化为细菌氮化物所去除的氮相对较少。 目前公认的从NO3—还原为N2的过程为： NO3— NO2— NO N2 O N2
2、生物除氮
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。
生物脱氮

氮在废水中以有机氮化物和氨氮为主，用传统
的活性污泥法能将有机氮转化为氨氮，却不能有
效地从废水中去除氮。废水生物脱氮的基本原理
即在生物处理过程中使废水中含氮有机物被微生
有机基质
生物除磷机理图解
产酸菌
厌氧区
好氧区
乙酸
PO3-3 PHB
PO3-3 PHB
O2
聚P
聚P
聚磷菌
聚磷菌
聚磷菌
聚磷菌
生物除磷机理图

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。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：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。
b.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。
总反应方程式
它们利用无机碳化物如 CO32- 、HCO3— 和CO2 作为 碳源，从NH3 、或NO2— 的 氧化反应中获取能量
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 生影响。

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：
NH3 H2O NH OH 4
这一平衡受pH值的影响，pH值为10.5~11.5时，因废水 中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加碱（如石灰）。 吹脱过程包括将废水的pH值提高至10.5~11.5，然后曝气， 这一过程在吹脱塔中进行。