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1水质工程学（下）4.8污水脱氮除磷原理与工艺4.8.1氮素的污染控制4.8.2磷素的污染控制4.8.3同步脱氮除磷工艺随着工业化和城市化程度的不断提高，污水总量及氮磷排放总量不断增加。近20年来，为控制水体富营养化现象，污水氮磷排放标准日益严格。氮的主要存在形式自然界;有机氮；氨氮；亚硝态氮；硝态氮；氮气污水厂进水：有机氮；氨氮；亚硝态氮；硝态氮；污水厂出水：氨氮；亚硝态氮；硝态氮；4传统城市污水处理厂的污水氮磷过剩：活性污泥BOD:N:P＝100：5：1，如原水BOD150，一级处理30%，按照营养需求，仅仅需要5－6mg/L氮。传统污水处理厂以强化有机物去除为主：致使过多的氮磷营养物进入水体环境，使水体环境富营养化问题日益严重，为此很多国家都制定了严格的氮磷排放标准。54.8.1氮素的污染控制常见的除氮方法：空气吹脱法、磷酸氨镁沉淀法、生物脱氮法等。生活污水氮浓度低，多采用生化方法。其他脱氮工艺还包括折点加氯（氨氮与氯反应生成氯铵）、离子交换、电渗析、电解。(1)空气吹脱法在废水中，NH3和NH4+之间存在着化学平衡。受PH和温度影响，提高温度NH3占的比例提高；25温度下，PH11时，氨氮比例达到98%；pH7时仅0.6％。OHNHOHNH423原理：先将废水调节到pH10.5－11.5，然后把废水引入吹脱塔，通气吹脱废水中的氨；氨可以用硫酸回收成硫酸铵。方法：一般用NaOH或CaO调节pH。适合高氨氮废水的处理，冬季吹脱效率不高，石灰调节pH易在吹脱塔形成水垢，逸出的氨会污染空气，需要回收。调节pH值沉淀池吹脱塔出水排泥进水石灰或石灰乳吹脱法脱氨工艺流程原理：向废水中投加磷酸盐和氧化镁，使氨形成MgMH4PO4沉淀而被去除的废水脱氮技术。(2)磷酸氨镁沉淀法OHPOMgNHNHPOMg24443426.方法：磷酸氨镁（MAP）为碱式盐，在酸性条件下易溶解，沉淀最好在高pH如9左右进行，理想投加比例为Mg:P:N=1.3：1：1传统好氧活性污泥法的传统功能——去除水中溶解性有机物N、P只满足生理要求即可，因此对二者去除率低，仅为20-40%；5-20%需要强化工艺过程，提高氮去除率(3)生物脱氮原理原理：水体中存在有机氮、氨氮、亚硝态氮和硝态氮；水体中也存在氨化菌、亚硝化菌、硝化菌、反硝化菌；含氮化合物在相应微生物的作用下相应发生氨化反应、硝化反应和反硝化反应后转化为氮气排入大气，达到生物脱氮的目的。(3.1）氨化反应有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，这一过程称氨化反应。氨化反应可在厌氧和好氧条件下发生，在活性污泥生物反应中，去除有机污染物时同时可完成。RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+NH3氨化菌NH4++2O2NO3-+H2O+2H+-△F（△F=351kj）NH4++3/2O2NO2-+H2O+2H+-△（△F=278.42kj）NO2-+1/2O2NO-△F（△F=72.27kj)硝化菌亚硝化菌(3.2）硝化反应在硝化菌的作用下，氨态氮进一步氧化，首先发生亚硝化细菌作用下，氨氮变成亚硝酸盐；然后在硝化细菌的作用下，亚硝酸盐氧化为硝酸盐。硝化菌的特点：①硝化菌——亚硝酸菌和硝酸菌的统称;②硝化菌属于——化能自养菌，革兰氏染色阴性，可生芽孢的短杆状细菌.世代周期长。④温度——适应20-30℃，15℃硝化速度下降，低于5℃完全停止⑤有机物——BOD应低于15-20mg/l，防止异养菌占优势。⑥污泥龄（SRT）——微生物在反应器内的平均停留时间要大于硝化菌最小的世代时间，至少为其2倍。⑦有害物质浓度：高氨氮浓度、高浓度硝态氮、重金属及部分有毒有机物会产生抑制环境要求：①溶解氧——氧是电子受体，DO不能低于1.0mg/l硝化需氧量（NOD）——4.57g(氧)/g（N）②碱度——硝化过程产生氢离子，为保持pH适宜，需投加碱度。投加方法量7.14g碱度（以CaCO3计）/1g氨态氮（以N计）,一般碱度不低于50mg/l.③PH——对PH变化敏感（硝化菌),最佳值8.0-8.4,效率最高①反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌；②以NO3—N为电子受体，以有机碳为电子供体，不能释放更多的ATP，合成的细胞物质较少。反应过程:缺氧的环境、提供碳源、需要混合反硝化反应的控制指标：1g硝酸盐氮反硝化需要消耗2.86gBOD碳源1g亚硝酸盐氮反硝化需要消耗1.71gBOD碳源。适当的PH值（6.5-7.5）——主要的影响因素PH8，或PH6，反硝化速率下降①碳源②PH值反硝化菌的特点:(3.3)反硝化反应反硝化反应——指NO3—N和NO2—N在反硝化菌的作用下，还原成气态N2的过程。0.5mg/l以下，厌氧、好氧交替的环境，如存在氧，会抑制反硝化菌体内硝酸盐还原酶的合成，或氧成为电子受体阻碍硝酸氮的还原，但另一方面，某些酶系统还需有氧才能合成；④温度最适宜的温度是20-40℃，低于15℃时代谢速率下降；⑤冬季低温季节强化反硝化提高SRT，降低负荷率，从而提高污水的HRT。③溶解氧传统生物脱氮的基本理念就是设置合适的反应器，完成氨化、亚硝化、硝化与反硝化过程。(4)传统生物脱氮工艺（4.1)三级生物脱氮技术“一级”曝气池：去除COD、BOD，BOD15-20mg/l有机氮转化为NH3NH4+；“二级”硝化曝气池，NH3、NH4+生成NO3—N，碱度下降；“三级”反硝化池——缺氧搅拌运行。投甲醇时，（经验值）CM=2.47N0（初始NO3—N浓度）+1.53N(初始NO2—N浓度)+0.87D（初始DO浓度）（2）优缺点去除效果好各类菌类分别在各自反应器增殖，生长环境条件好设备多，造价高，能耗大，需要投加碳源和大量碱液（1）流程说明（4.2)二级生物脱氮技术：改进的二级生物脱氮系统BOD去除和硝化两个反应合并，仍然是先氨化、硝化再反硝化4.3)前置反硝化生物脱氮工艺（缺氧—好氧脱氮或A/O脱氮工艺）（1）工艺特征80年代开创,前置反硝化——不加碳源,外加碱度,降低负荷设内循环回流硝化液，利用原水底物为碳源，硝态氮还原成氮气利用反硝化产生碱度,3.75mg碱度/mgNO3—N，原水中含有一部分碱度，处理生活污水甚至可以不加碱度调节。反硝化消耗部分碳，再设曝气池，提高除碳源效率，利于硝化，回流水含有NO3—N（沉淀池会出现污泥反硝化生成氮气，污泥上浮）缺陷是氮去除率难于大幅度提高，要提高脱氮率，要增加回流比（2）影响因素与主要工艺参数循环比：200%－300％；MLSS值：大于3000mg/l;污泥龄：30d;N/MLSS负荷率：0.03gN/gMLSS.d进水总氮浓度：小于30mg/l。内循环（硝化液循环）原污水反硝化反应器（缺氧）BOD去除,硝化反应反应器（好氧）碱沉淀池处理水剩余污泥回流污泥N2分建式缺氧-好氧活性污泥脱氮系统4.8.2磷素污染控制含磷化合物有机磷有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等无机磷磷酸盐：常规活性污泥法的微生物同化和吸附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%。生物强化除磷工艺如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。磷不同于氮，不能还原成气体排出，但有固体形态和溶解形态互相转化的性能。化学除磷：使磷成为不溶性固体沉淀物生物除磷：使溶解态磷被富磷菌过量吸收化学除磷厌氧—好氧生物除磷工艺生物法与化学法结合的除磷工艺磷含量高时，金属盐混凝沉淀除磷，沉淀为磷酸铝或磷酸铁(1)化学除磷（自学）（2）生物强化除磷机理（2.1)常规生物除磷利用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。一般认为，在聚磷菌（PAO）的作用下，污水中的基质(COD）首先在厌氧条件下被转化为细胞内聚合物PHA（PHB和PHV），这个过程靠细胞内多聚磷酸盐来提供能量，结果磷酸盐被释放到体外。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。厌氧环境中：当环境条件变成好氧条件后，由于环境缺乏COD，而使得厌氧条件下贮存的PHA被用作基质，靠基质所提供的能量，细菌在此条件下过量吸收环境中的磷酸盐，而在细胞内形成多聚磷酸盐，细胞得以增值。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。好氧环境中：生物除磷（厌氧释放磷）1342)()(nPAOnPPolyPOPHAOHPPolySCFA（好氧吸收磷）＋＋OHCOPPolyBiomassOPPolyPHBnPAOn2212)()(厌氧环境好氧环境有机基质产酸菌P乙酸P聚P聚PPHBPHB聚P聚P聚磷菌聚磷菌聚磷菌聚磷菌生物除磷机理（1）厌氧环境条件：存在溶解氧，兼性厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；（2）有机物浓度及可利用性：易转化为小分子有机酸生物除磷影响因素：（3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低。同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。（4）pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统合适的pH为中性和微碱性，不合适时应调节。（5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或投加外源VFA。（6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。(1)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。厌氧-好氧除磷工艺流程（3）生物除磷工艺（3.1)厌氧——好氧除磷工艺(A—O工艺)工艺特点：水力停留时间为3~6h；曝气池内的污泥浓度一般在2700~3000mg/l；磷的去除效果好（~70%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量约为4%，肥效好；SVI小于100，易沉淀，不易膨胀。注意沉淀池污泥停留时间，防止沉淀池过量释放磷(3.2)Phostrip除磷工艺——生物除磷和化学除磷相结合工艺特点：除磷效果好，处理出水的含磷量一般低于1mg/l；污泥的含磷量高，一般为2.1~7.1%；石灰用量较低；污泥的SVI低于100，污泥易于沉淀、浓缩、脱水，污泥肥分高，不易膨胀。(四）同步脱氮除磷工艺（1)、Bardenpho同步脱氮除磷工艺工艺特点：各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有二、三项辅助功能；脱氮除磷的效果良好。（2）A—A—O同步脱氮除磷工艺工艺特点：工艺流程比较简单；厌氧、缺氧、好氧交替运行，不利于丝状菌生长，污泥膨胀较少发生；无需投药，运行费用低。