第十九章、脫氮除磷與城市污水深度處理第一節(jié)、概述第二節(jié)、生物脫氮第三節(jié)、磷的去除第四節(jié)、同步生物脫氮除磷第五節(jié)、城市污水深度處理第一節(jié)、概述N、P的來源農(nóng)田化肥牲畜糞便污水灌溉城鎮(zhèn)地表徑流礦區(qū)地表徑流大氣沉降水體人工養(yǎng)殖富營養(yǎng)化

氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)含量過多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。序號基本控制項(xiàng)目一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)B標(biāo)準(zhǔn)1化學(xué)需氧量（COD）5060100120①2生化需氧量（BOD5）102030603懸浮物（SS）102030504動植物油135206石油類135157陰離子表面活性劑0.51258總氮（以N計(jì)）1520--9氨氮（以N計(jì)）②5(8)8(15)25(30)-10總磷（以P計(jì)）2005年12月31日前建設(shè)11.5352006年1月1日起建設(shè)的0.5135基本控制項(xiàng)目最高允許排放濃度（日均值）

GB18918－2002，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

物化法沸石選擇性交換吸附、石灰法、折點(diǎn)氯化脫氮、空氣吹脫法、化學(xué)沉淀生物法生物脫氮除磷脫氮除磷第二節(jié)、生物脫氮生物脫氮原理及其影響因素生物脫氮工藝傳統(tǒng)三段生物脫氮工藝兩段生物脫氮工藝A1/O(Anoxic/Oxic)生物脫氮工藝流程及其設(shè)計(jì)有機(jī)廢水中含氮物質(zhì)有機(jī)氮：蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、胞壁酸、尿素?zé)o機(jī)氮：氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮生物脫氮原理及影響因素氨化反應(yīng)硝化反應(yīng)反硝化反應(yīng)1.氨化反應(yīng)有機(jī)氮化合物在好氧菌和氨化菌的作用下：有機(jī)碳被降解為CO2有機(jī)氮被分解轉(zhuǎn)化為氨氮好氧2.硝化反應(yīng)硝化菌將氨態(tài)氮進(jìn)一步分解氧化，使NH4+轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。641g4.57g硝化需氧量（NOD）好氧根據(jù)(3)式，每氧化1gNH3-N：消耗7.07g堿度(以CaCO3計(jì))合成0.17g新細(xì)胞。2.硝化反應(yīng)(con’d)

硝化過程的影響因素溶解氧：1.2~2.0mg/LpH:8.0~8.4有機(jī)物含量：不應(yīng)過高BOD值過高，將使增殖速度較快的異養(yǎng)型細(xì)菌迅速增殖，限制硝化菌增殖適宜溫度：20~30℃硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間：>最小世代時間(在適宜的溫度條件下為3d)有毒物質(zhì)：重金屬、高濃度的NH4-N、高濃度的NOx-N、高濃度的有機(jī)基質(zhì)、部分有機(jī)物以及絡(luò)合陽離子等。3.反硝化反應(yīng)在缺氧狀態(tài)下，利用反硝化菌將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成N2

外源反硝化：外來碳源內(nèi)源反硝化：以機(jī)體內(nèi)的有機(jī)物為碳源總反應(yīng)式：每利用1gNO3－-N，消耗2.47g甲醇(約合3.7gCOD)，產(chǎn)生0.48g新細(xì)胞和3.57g堿度。缺氧反硝化過程的影響因素碳源：BOD5∶TN之比大于4pH：最適宜的pH是6.5~7.5。溶解氧濃度：≤0.5mg/L。溫度：20~40℃。傳統(tǒng)三段生物脫氮工藝

三級生物脫氮工藝的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)氨化、硝化和反硝化分別在各自的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，并各自回流在沉淀池分離的污泥，過程控制明確，反應(yīng)速度快且反應(yīng)進(jìn)行較徹底，脫氮效果較好。缺點(diǎn)：流程長，構(gòu)筑物多，基建費(fèi)用高；需要外加堿和碳源，運(yùn)行費(fèi)用高；出水中往往存在一定量的甲醇，形成BOD5及COD，需要后曝氣池加以去除；管理較為復(fù)雜。兩級生物脫氮工藝將三級生物脫氮工藝的一、二級合并回流硝酸鹽，在反硝化反應(yīng)器中被還原成N2，達(dá)到脫氮目的；回流反硝化菌，保證反硝化反應(yīng)器中微生物的濃度，利用原水中的有機(jī)物作為C源分建式A1/O生物脫氮工藝流程A1/O流程中的缺氧和好氧池可以是兩個獨(dú)立的構(gòu)筑物，也可以合建在一個構(gòu)筑物內(nèi)，使用隔板將兩段分開。A1/O(Anoxic/Oxic)生物脫氮工藝流程A1/O優(yōu)點(diǎn)流程簡單，構(gòu)筑物少，基建費(fèi)用大幅度節(jié)省；不需要外加碳源，降低了運(yùn)行費(fèi)用；好氧池設(shè)在缺氧池后，不需要再建后曝氣池；缺氧池在好氧池前，既可減輕好氧池的有機(jī)負(fù)荷，也有利于控制污泥膨脹；反硝化過程中產(chǎn)生的堿度可補(bǔ)償硝化過程消耗的堿度一半左右，對含氮濃度不高的廢水可不必另行加堿。A1/O法局限性：回流的混合液含有一定的溶解氧，使反硝化區(qū)難于保持理想的缺氧狀態(tài)，影響反硝化效率，工程實(shí)際中A/O法的脫氮效率一般在85%以下；要取得滿意的脫氮效果，必須保證足夠大的混合液回流比--增加系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用；運(yùn)行管理要求較高，如沉淀池管理不當(dāng)會產(chǎn)生污泥上浮，內(nèi)循環(huán)比或反硝化區(qū)DO控制不當(dāng)會影響反硝化處理效率等。A1/O生物脫氮的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：BOD5：TN>4<4:需外加甲醇作為碳源。好氧池剩余堿度:>70mg/L（以CaCO3計(jì)）計(jì)算反應(yīng)池總?cè)莘e 按污泥負(fù)荷計(jì)算動力學(xué)計(jì)算：反應(yīng)池中缺氧池和好氧池的容積比:按試驗(yàn)數(shù)據(jù)或工程經(jīng)驗(yàn)確定,一般為1：2—1：1好氧池需氧量常用參數(shù)：V—曝氣池的容積（m3）；So—曝氣池進(jìn)水BOD5（mg/L）

Se—曝氣池出水BOD5（mg/L）Q—曝氣池的設(shè)計(jì)流量（m3/d）；Us—污泥負(fù)荷[kgBOD5/(kgMLSS·d)]；Xa—混合液懸浮固體平均濃度（gMLSS/L）Uv—容積負(fù)荷(kgBOD5/m3)；X—混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（gMLVSS/L）；

V1—好氧池容積根據(jù)污泥泥齡：Y：污泥產(chǎn)率系數(shù)（kgMLVSS/kgBOD5）；在20℃時，Y=0.3-0.5。如無初沉池，Y值須通過試驗(yàn)確定；Yobs：污泥凈產(chǎn)率系數(shù)（kgMLVSS/kgBOD5），有初沉池時取0.2-0.6，無初沉池時取0.4-0.8；Θc：設(shè)計(jì)污泥泥齡，12-30d；Kd:衰減系數(shù)（d-1），20℃的數(shù)值為0.04-0.075，常取0.06。項(xiàng)目單位A1/O參數(shù)值傳統(tǒng)法參數(shù)值BOD污泥負(fù)荷UskgBOD5/(kgMLSS·d)0.05～0.150.2-0.4總氮負(fù)荷率kgTN/(kgMLSS·d)≯0.05—污泥濃度(MLSS)Xag/L2.5～4.01.5-2.5污泥齡θCd12～305-15污泥產(chǎn)率YkgVSS/kgBOD50.3～0.50.4-0.8需氧量O2kgO2/kgBOD51.1～1.80.7-1.2水力停留時間HRT8～164-12h其中缺氧段0.5～3.0h

污泥回流比R%50～10025-50混合液回流比Ri%100～400

總處理效率%90～95(BOD5)90-95%60～85(TN)A1/O法生物脫氮的主要設(shè)計(jì)參數(shù)V2：反硝化池所需容積（m3）；N：需要還原的硝酸鹽氮（kgNO3-N/d）；Kde：反硝化速率（kgN/kgMLSS.d）,20℃的Kde值可采用0.03-0.06(kgNO3-N/kgMLSS·d)；溫度修正：Xa：混合液懸浮固體濃度（MLSS）（mg/L）；

V2：缺氧池容積O2=1.47Q(So－Se)－1.42△X+4.57[Q(Nk－Nke)－0.12△X]－2.6[Q(Nt－Nte)－0.12△X]O2：污水需氧量(kgO2/d)；Q：好氧池進(jìn)水流量(m3/d)；So、Se:進(jìn)出水BOD5(mg/L)

△X:系統(tǒng)的剩余污泥量(kgVSS/d）Nk、Nke—進(jìn)出水總凱氏氮濃度(mg/L)Nt、Nte—進(jìn)出水總氮濃度(mg/L)好氧池需氧量生物脫氮系統(tǒng)去除每公斤BOD5需氧量可取用1.1-1.8kgO2。計(jì)算實(shí)例

某工業(yè)廢水處理廠，日處理水量為60000m3，進(jìn)水COD為447mg/L，BOD5為220.8mg/L，SS為357mg/L，TKN為40mg/L。混合液懸浮固體MLSS為4g/L，BOD5負(fù)荷為0.15kg/kgSS.d，要求出水BOD5為20mg/L，SS為22mg/L(65%為可生化部分)，TKN去除率達(dá)到91%，反硝化率65%。 假設(shè)廢水平均溫度為20℃，θc為15d，Kd=0.05d-1，Y=0.5mgVSS/mgBOD5，MLVSS/MLSS=0.8 試確定推流式A/O反應(yīng)池的容積、剩余污泥量和空氣量。解答

（1）估算出水中的溶解性BOD5（Se） 出水中SS可生化的部分為0.65×22=14.3mg/L； 可生化SS的最終BODL=14.3×1.42=20.3mg/L； 可生化SS的BODL折算成BOD5=20.3×0.68=13.8mg/L；∴出水Se=20.0-13.8=6.2mg/L。

（2）好氧池容積（V）

a.按動力學(xué)公式：

b.按有機(jī)負(fù)荷率公式確定反應(yīng)池的容積：解答(con’d)解答(con’d)

設(shè)計(jì)脫氮反應(yīng)池容積選用22080m3，缺氧池和好氧池容積比按3/5設(shè)計(jì)，則各池容積應(yīng)為：缺氧池8280m3；好氧池13800m3。反應(yīng)池總水力停留時間為8.8h，其中缺氧池為3.3h，好氧池為5.5h。（3）剩余污泥量的計(jì)算（△X）

∴△X

=YobsQ（S0-Se）

=0.2857×60000×（220.8-6.2）×10-3=3679KgVSS/d；解答(con’d)（4）計(jì)算曝氣池所需空氣量O2=1.47Q(So－Se)－1.42△X+4.57[Q(Nk－Nke)－0.12△X]－2.6[Q(Nt－Nte)－0.12△X]=18935.3-5224.2+10046.4-2060.0-3691.0=18006.5kg/d=750.3kgO2/h。解答(con’d)（4）空氣量QA的計(jì)算：考慮到水質(zhì)水量的沖擊負(fù)荷的影響，安全系數(shù)取1.3，曝氣裝置氧的利用率取10%，空氣容重取1.201Kg/m3，空氣中含氧率為23.2%，則空氣量QA為：解答(con’d)解答(con’d)（5）回流污泥量和混合液回流量的計(jì)算

回流污泥比R取0.5（0.25~1.0）；硝化混合液回流比r取2（常用2~3）；∴QR=0.5Q=1250m3/h；

Qr=2Q=5000m3/h。第三節(jié)、磷的去除化學(xué)法生物除磷法原理影響因素A2/O工藝化學(xué)法除磷3HPO42-

＋

5Ca2+

＋

4OH－

＝

Ca5(OH)(PO4)3↓＋3H2O投加石灰或鋁鹽、鐵鹽形成難溶性的磷酸鈣等沉淀。磷的去除率較高，處理結(jié)果穩(wěn)定，污泥在處理與處置過程中不會重新釋放磷而造成二次污染；污泥的產(chǎn)量比較大。含磷化合物有機(jī)磷有機(jī)磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等無機(jī)磷磷酸鹽：正磷酸鹽(PO43-)、磷酸氫鹽(HPO42-)、磷酸二氫鹽H2PO4-、偏磷酸鹽(PO3-)聚合磷酸鹽：焦磷酸鹽(P2O74－)、三磷酸鹽(P3O105-)、三磷酸氫鹽(HP3O92-)生物除磷生物除磷原理除磷菌過量攝取磷：在好氧條件下，除磷菌合成聚磷酸鹽并將之貯存在體內(nèi)；除磷菌的磷釋放：在厭氧條件下，除磷菌分解聚磷酸鹽產(chǎn)生磷酸，并將之排除體外；富磷污泥的排放：在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。1.溶解氧：厭氧段<0.2mg/L，好氧段~2mg/L；2.厭氧區(qū)硝態(tài)氮：NO3--N<2mg/L3.溫度：5--30?C4.pH值：6--85.BOD負(fù)荷：BOD/TP>20~30，才能保證聚磷菌有足夠的基質(zhì)需求；6.污泥齡：5--10天，厭氧段的停留時間不宜過長。生物除磷的影響因素厭氧-好氧除磷工藝流程A2/O(Anaerobic/Oxic)工藝A2/O生物除磷工藝的主要特點(diǎn)：工藝流程簡單厭氧池在前，好氧池在后，有利于抑制絲狀菌的生長。混合液的SVI<100,沉降性能好。在反應(yīng)池內(nèi)水力停留時間較短:厭氧池1~2h,好氧池2~4h剩余污泥含P率高(>2.5%)，施肥效果好除磷率難于進(jìn)一步提高污泥在沉淀池內(nèi)停留時間較長時，聚磷菌會在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生P的釋放，降低P的去除率

第四節(jié)、同步生物除磷脫氮工藝

A2/O(anaerobic/anoxic/oxic)工藝Bardenpho工藝3.Phoredox工藝UCT工藝VIP工藝AP工藝A2/O(anaerobic/anoxic/oxic)工藝A2/O工藝特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行，可以同時達(dá)到