第十八章 城市污水的深度处理

第一节 氮磷的去除

第二节 城市污水的三级处理

富营养化（★）：

在人类活动影响下，生物所需要的 N、 P、 K、 Si等营养元素大量流入湖泊、水库、河口和封闭的海湾等缓慢流动水体，引起藻类及其它浮游生物大量繁殖，底层水体溶解氧大量消耗而水质恶化，鱼类及其它水生生物大量死亡的一种生态现象。

深度处理： 把某种满足一般排放要求的废水，或是将废水经常规二

级处理之后满足一般排放要求的处理出水，再度进行更为严格精细的水质控制处理，以去除其所含的残余杂质的过程。

太湖的富营养化

第一节 氮、磷的去除

（一）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 NxO 气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。

一、氮的去除

废水中氮的形式（★） ：有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。

1 、生物脱氮机理（★） ：

有机氮

（蛋白质、尿素）

细菌分解和水解

氨 氮 同 化 有机氮 有机氮

（NH3-N） （细菌细胞） （净增长）

O2

硝化 自溶和自身氧化

亚硝态氮 反硝化

（NO2-）

O2 有机碳

硝化

硝态氮 反硝化 氮气

（NO3-） （N2）

有机碳

322 NHRCOHCOOHOHCOOHRCHNH

3222 NHCORCOCOOHOCOOHRCHNH

（ 1 ）氨化反应

氨化作用：微生物分解有机氮化合物产生氨的过程。

以氨基酸为例：

（ 2 ）生物硝化　

在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，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。

影响硝化过程的主要因素

a： pH值： 当 pH为 8.0～ 8.4 时 (20 )℃ ，硝化作用速度最快；

b：温度： 温度高时硝化速度快，水温适宜 35℃ ，不低于 15℃ ；

c： 污泥停留时间：硝化菌的增殖速度很小 , 污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间（ ) 。

d：溶解氧：氧是生物硝化作用中的电子受体，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；

e： BOD 负荷： BOD5负荷应维持在 0.3kg(BOD5)/kg(SS)·d 以下。

min2 cc

（ 3 ）生物反硝化 在缺氧条件下，由于异养型兼性脱氮菌（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。 以甲醛作碳源为例，其反应式为

影响反硝化的主要因素：

（ 1）温度：一般，以维持 20～ 40℃ 为宜；

（ 2） pH值： 7.0～ 8.0；

（ 3）溶解氧：氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般溶解氧

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 BOD5/TN>(3～ 5)时，可无需外加碳源。

外加有机碳多采用甲醇，投量一般为 NO3- － N 的 3 倍。

此外，还可利用 “内碳源”。

2 、 生物脱氮工艺

（ a ）三段生物脱氮工艺：

将有机物氧化、硝化以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。

三段活性污泥脱氮系统的设计参数

（ b ）缺氧－好氧（ A－ O ）生物脱氮工艺：

该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。 反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。

缺氧 - 好氧生物脱氮工艺

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 、离子交换法

（二） 化学法除氮

对某些阳离子的交换选择性次序为：。

平衡状态： OHNHOHNH 423

2 、空气吹脱

（ 1） pH 值。一般 10.5～ 11.5 ；

（ 2 ）温度。水温降低时氨的溶解度增加，吹脱效率降低。

（ 5 ）填料构型与高度。一般，填料间距 40～ 50mm ，填料高度为 6～ 7.5m 。

影响氨吹脱效果的主要因素：

（ 3 ）水力负荷（ ）：一般水力负荷为 2.5～ 5 。过大，形 成水幕；过小，形成干塔。

（ 4 ）气水比。一般，气 / 水比可取 2500～ 5000 （ ）

(6) 结垢控制。填料结垢 ( ) 将降低吹脱塔的处理效率。

3. 折点加氯法（★） :

折点氯化法：投加过量氯或次氯酸钠 ( 超过“折点” ) ，使废水中 氨完全氧化为 N2 的方法。

O3H3Cl5HN3HOCl2NH 224

ClHHOClOHCl 22

OHHClNHHOClNH 224

O2HHNHCl2HOClNH 224

O3HHNCl3HOClNH 234

通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。

为减少氯的投加量，常与生物硝化联用，先硝化再除微量的残留氨氮。

严格控制 PH值和投氯量，可减少反应中生成 有害的氯胺（如 ）和氯代有机物。

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：正磷酸盐 (PO43-) 、磷酸氢盐 (HPO4

2-) 、 磷酸二氢盐 H2PO4

- 、偏磷酸盐 (PO3-)

聚合磷酸盐：焦磷酸盐 (P2O74 － ) 、三磷酸盐 (P3O10

5-) 、 三磷酸氢盐 (HP3O9

2-)

二、污水中磷的去除

废水中磷的主要存在形态： 正磷酸盐、聚磷酸盐、有机磷

一般城市污水水质与排放要求

常规活性污泥法的微生物同化和吸附；

项 目 进水水质 /（mg·L-

1 ）

国家排放标准 /（mg·L-1 ）

一级 A 一级 B

CODcr 250~300 50 60

BOD5 100~150 10 20

SS 150~200 10 20

TKN(NH3-N) 35（ 25） 5（ 8） 8（ 15）TP 5~6 1 1.5

如何去除以达到排放标准？

生物强化除磷；

投加化学药剂除磷。

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%。

observe015.0dBOD

dTPy

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

若还未满足排放标准，就必须借助化学法除磷。

1 、生物强化除磷工艺

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。

厌氧环境 好氧环境

有机基质

产酸菌

P

乙酸 P 聚 P

聚 P PHB PHB 聚 P 聚 P

聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌

（ 1 ）生物除磷机理（★）

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。

（ 1）厌氧环境条件： （ a）氧化还原电位：放磷时 ORP一般小于100mV； （ b）溶解氧浓度：厌氧区要求无溶解氧；好氧呼吸会消耗易降解有机质； （ c） NOx

-浓度：产酸菌利用 NOx- 作为电子受体，抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机质。

（ 2 ）生物除磷影响因素：

（ 2）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。

（ 4） pH：合适的 pH为中性和微碱性。

生物除磷影响因素：

（ 5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速度越快。

（ 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。

（ 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，去除单位质量的磷须同时耗用更多的 BOD。

(a) A/O 法（☆）

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。

（ 3 ） 生物除磷工艺

(b) Phostrip 去除磷工艺流程：

2 、化学沉淀法除磷

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，可将磷分离去除，同时形成的絮凝体对磷也有吸附作用。

常用的沉淀剂：石灰、明矾、氯化铁、石灰与氯化铁的混合物

沉淀工艺分类（二级生化处理基础上的除磷）：

（ 1 ）初沉池内沉淀除磷 （ 2 ）二沉池内沉淀除磷

（ 3 ）二沉池后沉淀除磷

三、生物脱氮除磷工艺

2. A2/O 工艺（☆）

A2/O 工艺基本流程

1. A/O 工艺

进水进水

沉淀池沉淀池厌氧池厌氧池 缺氧池缺氧池 好氧池好氧池

剩余污泥剩余污泥

出水出水

内回流内回流

污泥回流污泥回流

进进气气管管

一般情况下，厌氧、缺氧、好氧三个池的体积比控制在 1 ： 2 ： 4 ；污泥回流比 0.3～ 1.0 ；硝化混合液回流比 1.0～ 5.0 ；泥龄 10～ 30d

以上；

BOD5 、总氮、总磷的去除率分别达 94.3%、 91.1%、 91.6% ，出水磷含量仅 0.37mg/L

3. 改进的 Bardenpho 工艺

4.UCT 工艺

5. SBR 工艺

SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。

M M M 进水 M 出水 M M

6. 三沟式氧化沟

脱氮除磷活性污泥法的影响因素

环境因素，如温度、 pH、溶解氧。

工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时间。

污水成分，如 BOD5与 N、 P的比值。

第二节 城市污水的三级处理

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。

投加粉末活性炭的活性污泥工艺流程图

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。

3.0~8.03.0~8.0

1.0~3.01.0~3.0范围范围

6.06.0降低降低 CODCOD 浓度浓度臭氧臭氧2.02.0降低降低 BODBOD55 浓浓

度度氯氯

典型值典型值剂量剂量 //（（ kgkg··kgkg-1-1 ））作用作用化学药剂化学药剂

氧化二级出水有机化合物所需的化学药剂量