除氮除磷 讲义

1 除氮除磷

氮和磷是生物的重要营养源，随着化肥、洗涤剂和农药普遍使用，天然水体中氮、磷含量急剧增加，水体中蓝藻、绿藻大量繁殖，水体缺氧并产生毒素，使水质恶化，对水生生物和人体健康产生很大的危害。 目前应用最广泛的常规生物处理系统（一级加二级生物处理）主要是去除城市污水及某些工业废水中的悬浮固体及可降解的有机物。氮磷的去除技术一般是在常规的二级处理之后，故常称作三级处理货深度处理。 第一节 氮的处理 废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。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。目前采用的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择性交换吸附、空气吹托及折点氯化等四种。 一、生物硝化与反硝化（生物除氮法） （一）生物硝化 在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。 反应过程如下： 亚硝酸盐菌 NH4++3/2O2 NO2-+2H++H2O-△E △E=278.42KJ 2

第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐： 硝酸盐菌 NO-+1/2O2 NO3--△E △E=278.42KJ 这两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。上诉两式合起来写成： NH4++2O2 NO3-+2H++H2O-△E △E=351KJ 综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：

NH4+1.83O2+1.98HCO3- 0.02C5H7O2N+0.98 NO3-+1.04 H2O+1.88H2CO3

由上式可知：(1)在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g；(2)硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度(以CaCO3计) 7.lg。 影响硝化过程的主要因素有： (1)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； (2)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； (3)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 。在实际运行中，一般应取 ＞2 ； 3

(4)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； (5)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，从而佼白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。 (二) 反硝化 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： 6NO3-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O 6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+60H- 综合反应式为： 6NO3-+5CH3OH 5CO2+3N2+7H2O+6OH- 由上可见，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。 影响反硝化的主要因素： (1)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； 4

(2)pH值 反硝化过程的pH值控制在7.0～8.0； (3)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)； (4)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。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般为NO3--N的3倍。此外，还可利用微生物死亡；自溶后释放出来的那部分有机碳，即"内碳源"，但这要求污泥停留时间长或负荷率低，使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期，因此池容相应增大。 （三）生物脱氮工艺流程 1、传统三段生物脱氮工艺 5

2、A1/O (Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺流程 原废水碱ⅡBOD去除，硝化反应器（好氧）

污泥回流剩余污泥

反硝化反应器（缺氧）沉淀池

出水

N2

内循环（硝化液回流）

二、沸石选择性交换吸附 沸石是一种硅铝酸盐，为一种弱酸型阳离子交换剂。斜发沸石对某些阳离子的交换选择次序为：K+＞NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。利用斜发沸石对NH4+的强选择性，可采用交换吸附工艺去除水中氨氮。 三、空气吹脱 在碱性条件下（pH＞10.5），废水中的氨氮主要以NH3的形式存在。让废水中与空气充分接触，则水中挥发性的NH3将由液相向气相转移，从而脱除水中的氨氮。 影响氨吹脱效果的主要因素有： （1）pH值；（2）温度；（3）水力负荷；（4）气水比； （5）填料构型与高度；（6）结垢控制。 四、折点氯化 6

折点氯化法（Break Point Chlotination）是将氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量较低，而氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多。因此，该点称为折点。该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气，其反应方程式为：

需氯量取决于氨氮的浓度，两者重量比为7.6：1，为了保证完全反应，一般氧化1mg氨氮需加9-10mg的氯气。pH值在6-7时为最佳反应区间，接触时间为0.5-2h。

氯化法的处理率达90%-100%，处理效果稳定，不受水温影响，投资较少，折点氯化法的缺点是加氯量大，费用高，工艺过程中，每氧化1mol的氨氮会产酸4mol，也就是说每氧化1mg/L的碱度(以CaCO3计)来中和产生的酸，从而增加了总溶解固体的含量，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。 7

第二节 磷的去除 废水中的磷有三种存在形态，既正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷。在二级生化处理中，有机磷和聚磷酸盐可转化为正磷酸盐。去除磷的方法主要有化学沉淀法和生物除磷法两类。

一、化学沉淀法 通过投加的化学沉淀剂能与废水中的磷酸盐生成难溶沉淀物，可把磷分离去除，同时形成的絮凝体对磷也有吸附去除作用。常用的沉淀剂有石灰、明矾、氯化铁、石灰与氯化铁的混合物。它们与磷酸盐的反应可表示为： 3Ca2++2PO43--→Ca3(PO4)3↓ 5Ca2++3PO43--+OH-→Ca5(PO4)3OH↓ Al3++PO43-→AlPO4↓ Fe3++PO43-→FePO4↓ 三种不同的沉淀工艺： （1）在初沉池内沉淀除磷； （2）沉淀药剂直接加入曝气池； （3）化学沉淀剂加在二级出水。 二、生物除磷法 （一）生物除磷原理： 1、除磷菌过量摄取磷：在好氧条件下，除磷菌合成聚磷酸盐并将之贮存在体内； 8

2、除磷菌的磷释放：在厌氧条件下，除磷菌分解聚磷酸盐产生磷酸，并将之排除体外； 3、富磷污泥的排放：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。 （二）生物除磷的影响因素 1、溶解氧：厌氧段 < 0.2mg/L，好氧段2mg/L； 2、厌氧区硝态氮：NO3-N< 2mg/L； 3、温度：5 -- 30◦C； 4. pH值：6 -- 8； 5、BOD负荷：BOD/TP > 20~30，才能保证聚磷菌有足够的基质需求； 6、污泥龄：5 -- 10天，厌氧段的停留时间不宜过长。 （三）厌氧/好氧生物除磷系统 9

（三）A2/O(Anaerobic/Oxic)工艺

厌氧池缺氧池好氧池

二沉池

进水出水

硝化液回流(1~3)Q

污泥回流(0.5)QQ Q

主要特点： 1、工艺流程简单； 2、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<100,沉降性能好； 3、在反应池内水力停留时间较短:厌氧池1~2h, 好氧池2~4h； 4、剩余污泥含P率高(>2.5%)，施肥效果好； 5、除磷率难于进一步提高； 6、污泥在沉淀池内停留时间较长时，聚磷菌会在厌氧状态下产生P的释放，降低P的去除率。