水处理工程（五）：污水脱氮除磷技术

1.污水脱氮技术

1.1.氮的影响

  在自然界，氮化合物是以有机体( ( 动物蛋白、植物蛋白) ) 、氨态、氮 (NH₄⁺、NH₃) 、亚硝酸氮 (NO₂^-) 、硝酸氮 (NO₃^-) 以及气态氮(N₂) 形式存在。

废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮4种形式存在。

活性污泥法的营养平衡式为 BOD ： N ：P＝ 100 ：5 ：1。

      原污水BOD值为150mg/L，通过一级处理 BOD 的去除率30%，则按活性污泥法营养平衡式计算，氮的需要量为5~6mg/L。

      造成水体富氧化的总氮浓度：0.2mg /L。

12.磷的影响

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。

水体富营养化总磷浓度：0.02mg /L。

1.3.吹脱法

利用氨气的溶解度，吹脱过程包括将废水的pH提高至 10.5~11.5然后曝气，这一过程在吹脱塔中进行。适用于高浓度氨氮废水。

1.4.折点加氯法

利用氯气氧化氨气为氮气，使氮元素脱离出来。

1.5.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。

1.6.生物法脱氮

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N_xO气体的过程。

如果微生物细胞中氮含量以 12.5% 计算，同化氮去除占原污水BOD的2%~5% ，氮去除率在8%~20% 。

氨化：有机氮转化为无机氮；硝化：NH₃—N转化为NO_x—N；反硝化：NO_x—N转化为 N₂。

硝化细菌从CO2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。生长率低，对环境条件变化较为敏感。硝化反应的 适宜温度是20~30℃，溶解氧含量不能低于 1mg/L，。 最佳pH值是8.0~8.4，1g 氨态氮(以N计) 完全硝化，需碱度 ( 以 CaCO₃) 7.1g ；混合液中 BOD 浓度过高，会使增殖速度较高的 异养型细菌迅速增殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，硝化反应无法进行。一般BOD 值应在 20mg/L以下。至少应为硝化菌最小世代时间的2倍以上 (6d)。

反硝化反应 是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原为氮气的过程（NO_x—N转化为 N₂）。反硝化菌属异养兼性厌氧菌。当污水中 BOD₅/TN大于3 3~5 5 时，即可认为碳源充足，勿需外加碳源 ；对反硝化菌最适宜的 pH 值是6.5~ 7.5；反硝化菌以在厌氧、好氧交替的环境小生活为宜， 应控制在 0.5mg/L；适宜温度是20~40℃。

三级活性污泥法：第一级曝气池的功能：碳化—— 去除 BOD₅、COD；氨化——使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持 pH 值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇作为外加碳源或引入原废水。

优点：氨化、硝化、反硝化是在各自的反应器中进行；反应速率快且较彻底；运行管理较为方便，易于掌握，灵活性和适应性都较大，运行效果较好。

缺点：处理设备多，造价高，运行管理较为复杂。

两级活性污泥法脱氮工艺：在系统第一级中 同时完成去除 BOD5 、氨化和硝化等过程。

缺氧—好氧活性污泥法脱氮系统

特点：设有循环系统反硝化反应所产生的碱度可补偿硝化反应消耗的碱度的一半左右、硝化曝气池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，提高了处理水水质，而且勿需增建后曝气池。流程比较简单，装量少， 勿需外加碳源，因此，本工艺建设费用和运行费用均较低。

不足之处：沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内能够产生反硝化反应， 污泥上浮，处理水水质恶化；如欲提高脱氮效率，必须加大 内循环回流比 ，这样做可能导致一是运行费用增高，二是内循环液带入大量的溶解氧，使 反硝化反应器难以保持理想的缺氧状态 ，影响反硝化进程；本系统的脱氮效率一般 在 85% 以下。

影响因素：水力停留时间（硝化与反硝化的水力停留时间比以3：1为宜）、循环比 (R) ：（一般循环比取值不宜低于200%。对活性污泥系统最高取值可达600%）、MLSS值（一般应在3000mg/L）、污泥龄（30d以上）、N/MLSS 负荷率（应低于0.03gN /(gMLSS· d)）、进水总氮浓度（应在 30mg/L以下，否则脱氮率将下降到50%）。

2.污水除磷技术

磷以固体形态和溶解形态互相循环转化的性能。

2.1.混凝沉淀除磷

2.2.晶析法除磷

2.3.生物除磷法

生物除磷，是利用聚磷菌类的微生物，能够过量地在数量上超过其生理需要，从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内， 形成高磷污泥，排出系统外， 达到从污水中除磷的效果。

聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧释磷。

因此磷的吸收取决于磷的释放，而磷的释放取决于污水中存在的可快速降解的有机物的含量，一般来说，这种有机物与磷的比值越大，降磷效果越好。

  一般的活性污泥法，其剩余污泥中的含磷量为1.5～2%，采用生物除磷工艺的剩余活性污泥中磷的含量可以达到传统活性污泥法的2～3 倍，在设计中往往采用4%。

生物除磷影响因素：氧化还原电位、溶解氧浓度、NO_x^-、有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放磷及其速率影响极大。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。pH为中性和微碱性、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；污泥沉降性能和剩余污泥处置方法等。

2.4.Phostrip 除磷工艺

2.5.Anaerobic/Oxic 除磷工艺

2.6.同步脱氮除磷工艺

Bardenpho工艺、、 Phoredox工艺、UCT工艺、Virginia Initiative Plant 工艺。

2.7. Anaerobic/Anoxic/Oxic 工艺

不易发生污泥膨胀，运行稳定、剩余污泥脱水性能较好等特点。