水处理工程教案 10

NH 3
H2O
NH
4
OH
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。
（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。
第二节 城市污水的深度处理
一. 活性碳吸附
主要去除传统活性污泥法出流中的难降解化合物，残留的 无机化合物，如氮，硫化物和重金属。
二. 投加粉末活性炭的活性污泥工艺
该工艺是将活性炭直接加入曝气池中，使生物氧化与物理 吸附同时进行。
三. 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。
水污染控制工程
第10章 城市污水的深度处理
城市污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，如氮和磷等化合物。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。
如二级污水处理厂出水进一步处理，当出流 标准是某种特定的污染物时，则处理工艺称为深度 处理。若是全面提高出水水质，则称为三级处理。
三. 生物除磷及生物脱氮除磷工艺
1. A/O生物除磷工艺
A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染 物及磷的处理系统。
图18-7 厌氧-好氧除磷工艺流程
2. A2/O生物脱氮除磷工艺
3. 改进的Bardenpho生物脱氮除磷工艺
4. UCT工艺
UCT工艺
5. SBR工艺
6. Phostrip去除磷工艺
c. 缺氧-好氧生物脱氮工艺
缺氧段位于系统前面，从曝气池末端回流含有大量硝酸盐的 混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮，反硝化反应以原污水 中的有机物为碳源，这是目前通称的缺氧-好氧（AO）反硝 化生物脱氮工艺。
A/O 工艺
二、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。 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。
d.合成反应：
硝化池中： CXHYOZ NH 3 O2 M C5H7 NO 2 CO 2 H2O 反硝化池中：
3NO
3
14CH
3OH
CO
2
3H
M 3C5H7 NO
2
19H
2O
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，同又不能为零，SO ＜0.5mg/l。
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
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。
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2 倍的时代周期长。 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。
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。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。
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：
(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。
2、生物除氮
(1) 生物脱氮机理
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。
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：
Hale Waihona Puke Baidu
生物除磷机理图
生物除磷机理
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。
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％。
（2）生物脱氮工艺
a. 三段生物脱氮工艺
1969年由美国的Barth提出，它将有机物氧化，硝化及反硝化段独立开来， 每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。
因前两段可合并，逐渐变为两段后置反硝化：
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。
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。