好氧生物处理污水及降低总氮基本知识汇总

好氧生物处理污水基本知识汇总
（仅供参考）
第一章好氧生物处理法的分类
好氧生物处理法是指在充分供氧的条件下，利用好氧微生物是生命活动过程，将有机污染物氧化分解成较稳定的无机物的处理方法，主要包括活性污泥法和生物法。

一、活性污泥的概念
黄褐色的絮体，主要有由大量繁殖的微生物群体所构成，其上栖息着以菌胶团为主的微
生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力，使其易于沉淀与水分离，实现净化水质分目的。

二、活性污泥的构成
活性污泥是由活性微生物、微生物残留体、附着的不能降解的有机物和无机物组成的褐色絮凝体，以好氧细菌为，也存活着真菌、原生动物和后生动物等。

活性污泥中的细菌以异养型的原核细菌为主。

细菌是以溶解性物质（COD）为食物的单细
胞微生物。

细菌虽是微生物主要的组成部分，但是活性污泥中哪些种属的细菌占优势，要看污
水中所含有机物的成分以及活性污泥法运行操作条件等因素。

真菌是多细胞的异养型微生物，属于专性好氧微生物。

真菌对氮的需求仅为细菌的一半。

活性污泥法中常见的真菌是微小的腐生或寄生的丝状菌，它们具有分解碳水化合物、脂肪、蛋白质及其他含氮化合物的功能。

在A/O工艺中，常说的硝化细菌为自氧菌，该菌世代时间较长且较反硝化菌（异氧菌）对环境条件更为敏感，当条件发生变化时，与其他异氧微生物竞争往往处于劣势且受到抑制。

一单硝化细菌受到抑制，氨氮去除率低，系统内缺少盐酸盐氮，进而影响反硝化过程，使得总氮效率差。

三、活性污泥系统运行的基本条件
·废水中含有足够的可溶性易降解有机物
·混合液含有足够的溶解氧
·活性污泥在池内呈悬浮状态
·维持曝气池内稳定的活性污泥浓度
·池内不含有对微生物有毒有害的物质
第三章活性污泥法分类及原理
活性污泥最早采用的是普通污泥法（又称传统活性污泥法），随着工业生产的发展，在普通活性污泥的基础上发展了多种运行方式）。

常用的MBR、普通活性污泥法及改良工艺、氧化沟工艺、SBR（间歇式序批式改进型是cass）工艺等。

一、MBR膜生物反应器（与A/O相结合使用）
该工艺为我公司一二部污水站采用的工艺。

1、工艺介绍
MBR工艺的实质仍为AO工艺，膜生物反应器以其处理效率高，出水水质好和占地面积小等优点。

但由于单采用反应器中完全为好氧环境，对氮磷营养元素去除不佳，因此为满足不同水质要求并提高脱氮脱磷效果，现与传统的生物脱氮A/O工艺组合进行研究，多采用A/O-MBR、AA/O-MBR等。

2、A/O-MBR工艺特点
（a）污泥浓度高，有较强的抗冲击能力，一般MLSS维持很高8-15mg/l，HRT(水利停留时间)为5-6小时，容积负荷可达1.02-3.21kg/（m3.d）。

《AO-MBR工艺处理城市污水研究》摘录
（b）SRT长（污泥停留时间即泥龄），一般15-60d，使难降解有机物降解菌得以增值和富集。

尤其可使世代周期长的硝化菌得以在曝气池中富集，从而保证良好的硝化效果，提高氨氮去除效率。

《AO-MBR组合工艺强化去氨氮及其硝化速率》摘录
如硝化细菌，世代时间为一般为5-8d，所以当污泥龄小于5d时，其硝化菌不可能在曝气池内大量繁殖，不能成为优势种属在曝气池进行硝化反应（即将NH3-N硝化成NO3--N 的硝化杆菌的世代期为5天。

）而分解有机污染物的绝大多数微生物的世代期都小于3天。

反硝化菌一般为15天。

（c）当反应器内DO在3mg/l左右时，可确保硝化反应最终将氨氮转化为硝酸氮。

因为亚硝化菌对DO的亲和力大于硝化菌，因此，在低DO条件下，亚硝化菌生长速率大于硝化菌生产速率，易造成系统内亚硝酸氮积累，研究表明，当系统内DO浓度在0.76mh/l 时，会造成亚硝酸盐显著积累，一般认为溶解氧在2mg/l时，不会造成亚硝酸盐氮的积累。

《AO-MBR处理城市污水回用的中试研究》摘录
（d）该工艺中缺氧池为脱氮处理而设置，反硝化菌在厌氧、好氧交替的环境中进行反硝化反应。

为取得较高的脱氮率，硝化反应需时较长，而反硝化反应所需时间较短。

由于回流污泥浓度较高，为防止池底污泥淤积，在每格缺氧池内设置潜水搅拌机。

（e）膜池溶解氧一般3mg/l，生物代谢正常，混合液过滤性好，膜污染程度小通量大。

二、传统活性污泥法及改良型工艺（A2/O、A/O、二级A/O 、AB工艺等）
1、传统活性污泥法
1.1、工艺特点
（a）、曝气池首段进水、末端出水、延池长均匀曝气；由于有机物浓度沿着池长逐渐降低，需要速度也逐渐降低，污水中的溶解氧（DO）浓度沿着池长逐渐升高。

（b）、传统活性污泥法占地比较大，一般适于大中型城市污水处理厂，去除有机物的效率高。

（c）、缺点是处理单元多，操作管理复杂，特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理，且传统活性污泥法对氮和磷的去除率比较低。

1.2、工艺流程如图一：
图一：传统污泥法
2、A/O法脱氮(缺氧-好氧工艺)
2.1、A/O工艺特点
（a）该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果。

（b）流程简单，无需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设和运行费用较低；
（b）反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好，反硝化反应充分；
（c）曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去增加。

O段的前段采用强曝气，后段减少气量，使内循环液的DO含量降低，以保证A段的缺氧状态。

（d） A段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免DO过高，影响反硝化。

2.2、A/O工艺流程如图二：
图二：A/O脱氮工艺
2.3、总氮的分类
（a）废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。

（b）总氮（TN）=硝态氮（NO3-N）+亚硝态氮（NO2-N）+氨氮（NH3-N）+有机氮
（c ）硝酸盐（NO3-）是有氧环境中最稳定的含氮化合物形式，也是含氮有机物经无机化作用
分解的最终产物。

（d ）亚硝酸盐（NO2-）是氮循环的中间产物，其中氮的化合价为+3价态。

亚硝酸氮不稳定，
可以氧化成亚硝酸盐氮，也可以还原成氨氮。

2.4、总氮的转化
2.5、A/O 脱氮工艺原理
生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐，即在微生物的作用下， 首先进行氨化反应即有机氮(含氮的有机物)
在氨化功能菌（好氧、厌氧均能被分解）的代谢下，经分解转化为氨氮，而后经硝化过程转变为NO2-N 和NO3-N ，最后通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，而逸入大气。

由此可见，进行生物脱氮可分为氨化－硝化－反硝化三个步骤（过程如下示意图）。

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，反应式如下：
（1）
有机氮4+ （2）、硝化反应（好氧）:
由上式可以看出硝过程的三个重要特征：
（a ）、氨氮的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g 的NH3-N 需要4.57gO2；
（b ）、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1g 的NH3-N 需要碱度7.14g(以CaCO3计)。

（c ）、水中BOD 不宜过高，20mg/L 以下，否则会使增值速率较大的异氧细菌迅速增殖，使自
养型的硝化细菌受到排挤，难以形成优势菌种，使硝化反应难以进行。

（3）反硝化反应（缺氧）:
在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。

反硝化过程中的电子供体（氢供体）是各种各样的有机底物（碳源）。

以甲醇作碳源为例，其反应式为
由上可见
（a）在生物反硝化过程中，不仅可使NO2--N、NO3--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。

1mg的硝酸盐氮理论消耗2.87mg的BOD5，即反硝化1kgNO-3-N需投加外部碳源(以COD 计)5kg。

（b）有机碳源当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TKN〉（3～5）时，可无需外加碳源。

当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。

2.6、影响硝化过程的主要因素
（a）pH值当pH值为8.0～8.4时（20℃），硝化作用速度最快。

由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在7.5以上。

（b）温度温度高时，硝化速度快。

亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃，在15℃以下其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜。

（c）污泥停留时间：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为=0.3～0.5d-1（温度20℃，pH8.0～8.4）。

为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间，一般＞5d。

（d）溶解氧氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。

一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上
（e）BOD负荷硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。

若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化
速率。

所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0.3kg（BOD5）/kg（SS）d以下。

2.7、影响反硝化过程的主要因素
（a）温度温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。

一般以维持20～40℃为宜。

苦在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；
（b）pH值反硝化过程的pH值控制在7.0～8.0；
（c）溶解氧氧对反硝化脱氮有抑制作用。

一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0.5mg/L以下（活性污泥法）或1mg/L以下（生物膜法）；
（d）有机碳源当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TKN〉（3～5）时，可无需外加碳源。

当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。

外加有机碳多采用甲醇、乙酸、乙酸钠，考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，一般反硝化反硝化1kgNO-3-N需投加外部碳源(以COD计)5kg（相当于甲醇3.33kg），经验值，其他投加量可参照下表1。

3、A/O法除磷(厌氧-好氧工艺)
3.1、工艺特点
（a）厌氧池在前、好氧池在后，有利于抑制丝状菌的生长。

混合液的SVI小于100，污泥易沉淀，不易发生污泥膨胀，并能减轻好氧池的有机负荷。

（b）在反应池内，水力停留时间较短，一般厌氧池的水力停留时间为1-2h，好氧池的水力停留时间为2-4h，总共为3-6h。

厌氧池/好氧池的水力停留时间之比一般为1：（2-3）
3.2、A/O法除磷工艺流程（图三）
图三A/O除磷工艺
3.3、磷的分类
水中的磷多以磷酸盐形式存在。

总磷是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果。

3.4、A/O除磷原理
好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。

在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。

在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。

·厌氧释放：ATP+H
2O ADP+H
3
PO
4
+能量
·好氧吸收： ADP+H
3PO
4
+能量 ATP+ H2O
4、A/O/A/O（简称BRN）即分阶段进水脱氮工艺
连续分段进水多级A/O工艺是一种高效的生物脱氮工艺，同传统前置反硝化（A/O）工艺相比，该工艺无需设置消化液内回流设施，节省内循环所需能量，且各缺氧区进水可充分利用原水中的有机碳源进行反硝化，节省碳源投加费用。

《分段进水多级A/O-MBR工艺技术说明书》摘
4.1、A/O/A/O工艺主要特点
聚磷菌吸收
（a）多个硝化池及多个反硝化池，部分进水与回流泥进入第一段缺氧区，而其余进水进入下一个缺氧区，这样反应池内形成一个有机物浓度梯度。

（b）由于采用分段进水，系统中的每一段好氧区产生的硝化液直接进入下一段的反硝化区进行反硝化，这样无需设置硝化液内回流设施，且在缺氧区又可以利用废水的有机物为碳源，不需要外加碳源。

（c）运行过程中，通过检测调整各参数，可行实现短程硝化反硝化的进行，提高脱氮效果。

（d）缺氧、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀。

4.2、工艺流程图（图四）
原水
图四：二级A/O脱氮工艺
4.3、工艺原理
A/O/A/O同上传统A/O脱氮原理，但回流量和分段进水量需要根据水质和池内硝酸盐氮和BOD进行调整。

5、A2/O（脱磷脱氮工艺）
5.1、工艺特点
·厌氧反应池（A）：释放磷+氨化（有机氮转化为氨氮）
·缺氧反应池(A)：反硝化反应，脱氮
·好氧反应池(O)：硝化反应，氨氮转化为硝酸盐、吸收磷、去除COD
5.2、A2/O工艺流程图，如图五：
图五：A 2/O
5.3、A 2/O 脱氮原理
同A/O 反应式如下：
·氨化反应（厌氧）：有机氮 NH 4+
·硝化反应（好氧）: NH 4 NO 3-N 、NO 2-N
·反硝化反应（缺氧）: NO 3-N 、NO 2-N N 2
5.4、A 2/O 脱磷原理 同上传统A/O 脱磷原理 6、生物生物降解（AB 工艺）
AB 法工艺由德国BOHUKE 教授首先开发。

该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。

高负荷段(A 段) 停留时间约20--40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD 达50%以上。

B 段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。

AB 法工艺适合于污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果。

三、氧化沟
氧化沟是延时曝气法的一种特殊型式，它的平面象跑道，沟槽中设置两个曝气转刷(盘)， 也有用表面曝气机、射流器或提升管式曝气装置的。

曝气设备工作时，推动沟液迅速流动，实现供氧和搅拌作用。

反硝化菌
硝化、亚硝化菌
氨化菌
与普通曝气法相比，氧化沟占地比较大，我公司池体容积有限，不适合。

四、间歇活性污泥法(SBR)改良型CASS
1、CASS结构
CASS(Cyclic Activated Sludge System)是周期循环活性污泥法的简称，又称为循环活性污泥工艺。

在序批式活性污泥法(SBR)的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。

整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。

2、CASS原理
在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀;随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。

CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷
3、反应阶段
3.1曝气阶段
由曝气装置向反应池内充氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3--N。

3.2 沉淀阶段
此时停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。

反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。

活性污泥逐渐沉到池底，上层水变清。

3.3 滗水阶段
沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。

此时反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。

3.4 闲置阶段
闲置阶段即是滗水器上升到原始位置阶段。

4、工艺特点
4.1 连续进水，间断排水
CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺的不足。

虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。

4.2 运行上的时序性
CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。

4.3 运行过程的非稳态性
每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。

4.4 溶解氧周期性变化，浓度梯度高
CASS在反应阶段是曝气的，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。

因此，反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、转移效率高，这对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。

实践证实对同样的曝气设备而言，CASS工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率
第四章生物膜法
一、基本概念
该法是处理污水的微生物固定在某种介质或者滤料(填料表面上)，因微生物群体沿固体表面生长成粘膜状，故为该名。

生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。

使用的生物载体是小块料(如碎石块、塑料填料)或塑料型块，堆放或叠放成滤床，故常称滤料。

二、生物膜法优点
(a）生物膜对污水水质、水量的变化有较强的适应性，管理方便，不会发生污泥膨胀。

(b) 对水量、水质、水温变动适应性强。

(c) 处理效果好并具良好硝化功能。

三、生物膜法分类
处理技术有生物滤池(普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池)、生物转盘、生物接触氧化没备和生物流化床等。