废水脱氮除磷技术

一、硝化过程

硝化过程是氨氮转化为硝酸盐氮的过程。它是由自养型好氧微生物完成的。硝化过程第一阶段由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐，称为亚硝化反应。
NH4+ +1.5O2→NO2- + 2H+ + H2O + 240-250kJ/mol
第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。
NO2- +0.502→NO3- +65-90kJ/mol
进行上述氧化反应时，合成也在进行，这就导致了微生物的增长。
15CO2+13NH4+ →1ONO2- +3C5H7NO2 +23H+ +4H2O(亚硝化菌)
5CO2+NH4+ +10NO2- +2H2O→1ONO3- +C5H7NO2 + H+(硝化菌)
硝化过程的总氧化反应为
NH4 +2O2 →NO3- + 2H+ + H2O
考虑到H2CO3平衡有
NH4+ +2O2 +2HCO3- →NO3 +2H2CO23 + H2O
由此，将1g氨氮转化为硝酸盐氮需耗氧4.57g。
氧化氨氮耗碱变为100mg/L(以CaCO3计)，即每氧化1g氨氮耗碱为7.14g。
硝化反应的影响因素如下。①溶解氧：大于2mg/L，不得小于0.5-0.7mg/L。②pH值：应介于7.5-8.5之间，当pH<6和pH>9.6时，硝化反应将停止。注意硝化反应要消耗碱度HCO3-。③温度：低于15℃时硝化反应明显降低，15-30℃为宜。④有机物：BOD浓度低于20mg/L时，硝化作用才能有效地完成，系统的BOD负荷也应维持在较低水平[0.06-0.1kg BOD5/(kgMLSS·d)]。⑤C/N比：活性污泥系统中，硝化菌只占活性污
泥微生物的5%，BOD5/TKN的不同将会影响活性污泥系统中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧，从而影响脱氮效果。当系统的BOD负荷小于0.15 BOD5/(kgMLSS·d)时，硝化反应才能正常进行。

二、反硝化过程

反硝化过程是由一群异养性微生物完成的，它们在缺氧(无分子态氧)条件下，将硝化过程中产水的NO2-、NO3-还原成N2或N2O、NO。反硝化菌在自然环境中很普通，多数是兼性细菌，有分子态氧时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体；无分子态氧时，则用硝酸盐和亚硝酸盐中的NO3- -N和NO2- -N作为电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-，有机物则作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化菌的同化作用和异化作用来完成的。异化作用是将NO3-、NO2-还原为NO、N2O、N2等，主要是N2；同化作用是反硝化菌将NO3-、NO2-还原成NH3-N供新细胞合成之用，氮成为细胞质的成分。
生物反硝化过程表示如下。
NO3- +H(电子供体有机物)→N2+H2O+OH-
NO2- +H(电于供体有机物)→N2+H2O+OH-
污水中含炭有机物作为反硝化过程的电子供体，由上面的反应式可知每转化1gNO2- -N为N2时，留有机物(BOD表示)1.71g[3*16/(2*14)]，而每转化1gNO3- -N则需有机物2.86g[5*16/(2*14)]，同时产生3.57g碱度(以CaCO3计)[100/(2*14)]。

三、废水生物脱氮工艺

典型的单级活性污泥脱盐系统A/O(Anoxic/Oxic)工艺
A/O工艺流程如图4-5所示。

它与传统的多级生物脱氮系统相比，优点为：①系统简单，运行费低，占地小；②以原污水中的含碳有机物和内源代谢产物为碳源，节省了投加外碳源的费用；③好氧池在后，可进一步去除有机物；④缺氧池在先，由于反硝化消耗了部分碳源有机物，可减轻好氧池负荷；⑤反硝化产生的碱度可补偿硝化过程对碱度的消耗。
A2/O工艺
是A/O工艺的改进型。它是在A/O前加了厌氧池，目的是抑止丝状菌在A/O中的繁殖，促进菌胶体策殖。“厌氧”是污水处理区内基本没有硝态氮(<0.2-0.3mg/L)，溶解氧<0.3mg/L。“缺氧”则是污水处理区内BOD的代谢由硝态氮维持，初始浓度不低于0.4mg/L，溶解氧浓度<0.5mg/L。
其他工艺
例如氧化沟、SBR也可以脱氮。

四、废水生物脱磷工艺

废水中磷的去除是一种生物作用过程。磷通常是以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中。生物除磷是利用除磷菌过量且超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合形态贮存在体内，形成高磷污泥排出系统，达到除磷效果的。常用的生物除磷工艺为A/O和A2/O。

五、化学法除磷

向水中加入硫酸铝和三氯化铁，可在pH值5-5.5时生成AlPO4或pH值6-7时生成FePO4沉淀，在pH>8.5时生成Ca5(PO4)3OH沉淀，PO34-残留值0. 5-1mg/L。去除这些沉淀物就达到除磷目的。由于存在竞争反应
Fe3+3OH- →Fe(OH)3↓
Al3+ +3OH- →Al(OH)3↓
实际加药量要多些。除去1kg磷需要加2.7kgFe或1.3kgAl。当采用聚丙烯酰胺(PAM)0.1-0.5mg/L时，无机盐耗量会明显降低。在化学除磷时要考虑由此导致污泥量变大。

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