活性污泥改進(jìn)工藝

13.0概述

13.1活性污泥的理論基礎(chǔ)

13.2活性污泥的性能指標(biāo)及其有關(guān)參數(shù)

13.3活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用13.4活性污泥法的各種演變及應(yīng)用13.5曝氣及曝氣系統(tǒng)13.6活性污泥處理系統(tǒng)的過程控制與運(yùn)行管理13.7活性污泥法的脫氮除磷原理及應(yīng)用13.8活性污泥法的發(fā)展與新工藝

GaoJ.F. CEEE;BJUT原理及應(yīng)用工藝及應(yīng)用第13章活性污泥法13.7活性污泥法的脫氮除磷原理及應(yīng)用§§§ § §13.7.1概述13.7.2脫氮原理與工藝技術(shù)13.7.3污水生物脫氮理論與技術(shù)的新進(jìn)展

13.7.4除磷原理與工藝技術(shù)

13.7.5污水生物除磷理論與技術(shù)的新進(jìn)展

GaoJ.F. CEEE;BJUT13.7.4活性污泥法的除磷原理及應(yīng)用一般在好氧生物處理過程中形成的生物體，其含磷量占其干重2％～3％，通過剩余污泥的排放可以獲得10％～30％的除磷效果。生物強(qiáng)化除磷（EBPR：EnhancedBiologicalPhosphateRemoval）超量?jī)?chǔ)存磷（luxuryuptake）剩余污泥的含磷量達(dá)到污泥干重的3％～7％，出水中磷含量明顯下降。

GaoJ.F. CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUT除磷技術(shù)分為：化學(xué)除磷和生物除磷。1.化學(xué)除磷技術(shù)磷在污水中基本上都是以不同形式的磷酸鹽存在，根據(jù)物理特性(0.45μm微孔濾膜)可以將污水中的磷酸鹽物質(zhì)分成溶解性的和顆粒性的。按化學(xué)特性則可以分成正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機(jī)磷酸鹽，分別簡(jiǎn)稱為正磷、聚磷和有機(jī)磷。

溶解性磷酸鹽物質(zhì)

正磷酸鹽聚合磷酸鹽

有機(jī)磷

GaoJ.F. CEEE;BJUT按物理性質(zhì)

磷酸鹽物質(zhì)按化學(xué)性質(zhì)}溶解性 大部分 顆粒性顆粒性GaoJ.F.CEEE;BJUT其中正磷、聚磷均為溶解性的，大部分的有機(jī)磷是顆粒性的。聚磷可以水解為正磷，大部分溶解性有機(jī)磷也降解為正磷。實(shí)際上我們對(duì)顆粒性磷的組成沒有興趣，而對(duì)用各種方法將顆粒性的磷從水中分離更感興趣。GaoJ.F.CEEE;BJUT所有污水除磷方法都包括兩個(gè)必要的過程，首先將溶解性含磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化成不溶性顆粒形態(tài)，然后通過將顆粒固體去除而達(dá)到污水除磷的目的。能夠結(jié)合磷酸鹽實(shí)現(xiàn)除磷的固體包括富磷的生物固體和難溶金屬磷酸鹽化學(xué)沉淀。GaoJ.F.CEEE;BJUT化學(xué)除磷的基本原理是通過投加化學(xué)藥劑形成不溶性磷酸鹽沉淀物，然后通過固液分離將磷從污水中除去。可用于化學(xué)除磷的金屬鹽有3種，鈣鹽、鐵鹽和鋁鹽。最常用的是石灰(Ca(OH)2)、硫酸鋁(Al2(SO4)3·18H2O)、鋁酸鈉(NaAlO2)、三氯化鐵(FeCl3)、硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、硫酸亞鐵(FeSO4)和氯化亞鐵(FeCl2)。GaoJ.F.CEEE;BJUT1）加二價(jià)鈣除磷通過投加Ca(OH)2或CaO來形成磷酸鈣類沉淀物除磷。磷酸鈣類沉淀物多種多樣：羥基磷灰石、磷酸二鈣、碳酸鈣、β－磷酸三鈣等。二價(jià)鈣除磷的主反應(yīng)如下：5Ca2++7OH?+3H2PO4?→Ca5OH(PO4)3+6H2OCa2++CO32?→CaCO3GaoJ.F.CEEE;BJUT實(shí)際上必須將pH調(diào)節(jié)到較高值才能使殘留的溶解磷濃度降低到較低的水平。這個(gè)pH通常在10.5左右，這樣的條件下水中的堿度和二價(jià)鈣發(fā)生副反應(yīng)。污水堿度所消耗的二價(jià)鈣通常比形成磷酸鈣類沉淀物所需的二價(jià)鈣量要大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。GaoJ.F.CEEE;BJUT

因此二價(jià)鈣除磷所需投加的藥劑量基本取決于污水的堿度，而不是污水的含磷量，滿足除磷要求的二價(jià)鈣投加量大致為總碳酸鈣堿度的1.5倍。

由于二價(jià)鈣除磷的pH值通?？刂圃?0以上，過高的pH會(huì)抑制和破壞微生物的增殖和活性。因此二價(jià)鈣法不能用于協(xié)同沉淀，只能用于前置沉淀或后置沉淀除磷。2）投加三價(jià)鐵鹽和鋁鹽除磷就沉淀而言，F(xiàn)e3+和Al3+的特點(diǎn)是一樣的。下面以Me3+表示。主反應(yīng)：副反應(yīng)：這兩種沉淀反應(yīng)都伴隨著堿度的減少，因而導(dǎo)致pH值的下降。沉淀過程的本質(zhì)是使大量的金屬離子以磷酸鹽的形式沉淀。雖然氫氧化物沉淀是一個(gè)缺點(diǎn)，但是他們?cè)谛跄矫娲_實(shí)發(fā)揮了作用，膠體粒子為絮凝體吸附而去除，而這一過程中磷化合物也得到去除。

GaoJ.F. CEEE;BJUT

Me3++H2PO4?→MePO4+2H+Me3++3HCO3?→Me(OH)3+3CO2GaoJ.F.CEEE;BJUT3）投加二價(jià)鐵鹽除磷亞鐵離子Fe2+，由于它的價(jià)格低于三價(jià)鐵離子而經(jīng)常用作沉淀劑。亞鐵離子有效去除磷，有兩條途徑：將亞鐵離子氧化為鐵離子，或與鈣聯(lián)合沉淀。將亞鐵離子氧化為鐵離子：在實(shí)踐中，把Fe2+加到污水生物處理廠的曝氣池中：反應(yīng)過程消耗氧和酸度，因而產(chǎn)生堿度。與氧化有機(jī)物的需氧量相比，曝氣系統(tǒng)增加的額外負(fù)荷并不明顯。Fe2++0.25O2+H+→Fe3++0.5H2OGaoJ.F.CEEE;BJUT4）二價(jià)鐵與鈣聯(lián)合沉淀通過Fe2+和Ca2+的結(jié)合，能夠有效的沉淀磷，沉淀產(chǎn)生的大概是磷酸鈣鐵復(fù)合物，碳酸亞鐵為副產(chǎn)物。至今還沒有人能描述這種沉淀物。磷的化學(xué)沉淀過程分為4個(gè)步驟：沉淀反應(yīng)、凝聚反應(yīng)、絮凝作用、固液分離。沉淀和凝聚作用都很迅速，這兩個(gè)過程是同時(shí)發(fā)生的，在一個(gè)混合單元內(nèi)完成?；瘜W(xué)除磷工藝示意如下圖，其中三個(gè)池子依次為反應(yīng)、絮凝、沉淀。關(guān)于混凝絮凝的理論知識(shí)在給水處理中有詳盡的描述?；瘜W(xué)除磷的工藝問題還包括：藥劑的選擇、化學(xué)藥劑的投加點(diǎn)、藥劑投加量、化學(xué)沉淀污泥的處理等等，此處略。

GaoJ.F. CEEE;BJUT原水混凝反應(yīng)絮凝處理水剩余污泥沉淀劑沉淀回流污泥GaoJ.F.CEEE;BJUT2.生物除磷原理生物除磷的機(jī)理目前還沒有徹底研究清楚，一般認(rèn)為，生物除磷過程中細(xì)菌吸收大量的磷酸鹽，磷酸鹽作為能量的貯備，在厭氧狀態(tài)下用于吸收基質(zhì)，在好氧以及缺氧條件下形成磷酸鹽貯存物。這是一個(gè)循環(huán)的過程，細(xì)菌交替釋放和吸收磷酸鹽。聚磷菌PAOs(PhosphateAccumulatingOrganisms)的作用機(jī)理如下聚磷酸鹽微粒異染粒

GaoJ.F. CEEE;BJUT沉淀能量

PO43-累積的含碳物質(zhì)PO43-可生物降解有機(jī)物（低分子量的可溶性有機(jī)物如乙酸）能量

厭氧反應(yīng)器溶解性有機(jī)物

好氧反應(yīng)器CO2＋H2O

O2GaoJ.F.CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUTC2H4O2+0.16NH4+1.2O2+0.2PO4C2H4O2+0.16NH4+0.96NO3?+0.2PO4在好氧條件下聚磷的累積可以按簡(jiǎn)化的方式描述如下→3?+0.16C5H7NO2+1.2CO2+0.2(HPO3)(聚磷）＋0.44OH?+1.44H2O

在缺氧的條件下，根據(jù)同樣的假設(shè)，表 達(dá)式如下：→3?+0.16C5H7NO2+1.2CO2+0.2(HPO3)(聚磷）＋1.4OH?+0.96H2O+0.48N2

GaoJ.F. CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUT這里所選擇的有機(jī)物組成類似于乙酸。厭氧條件下，聚磷菌的降解可以簡(jiǎn)示如下：生物除磷是由聚磷菌這一類特殊的微生物完成的。它們?cè)诤醚鯒l件下,從外部環(huán)境中可以過量地,攝取超出其生理需要的磷，形成聚磷貯存在菌體內(nèi)，將這些含磷量高的污泥排出系統(tǒng)，達(dá)到從污水中除磷的目的。聚磷菌中最著名的就是不動(dòng)細(xì)菌。(C2H4O2)2(貯存的有機(jī)物）＋PO43?+3H+C2H4O2+(HPO3)(聚磷）+H2O→GaoJ.F.CEEE;BJUT生物除磷的環(huán)境因素1)厭氧/好氧條件的交替引入?yún)捬鯒l件就加強(qiáng)了聚磷菌的優(yōu)勢(shì)選擇，結(jié)果是大部分的生物量由這類細(xì)菌組成。2)厭氧階段不存在硝酸鹽反硝化去除了某些本應(yīng)貯存在聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的易降解有機(jī)物。結(jié)果是由于易降解的有機(jī)物數(shù)量的減少，使磷的去除也相應(yīng)減少了。同時(shí)硝酸鹽影響聚磷菌的代謝，因此不再貯存聚磷酸鹽，導(dǎo)致除磷效果低下。GaoJ.F.CEEE;BJUT3)污泥齡生物除磷主要是通過排除剩余污泥來去除磷的，因此剩余污泥的多少會(huì)對(duì)脫磷效果產(chǎn)生影響，一般污泥齡短的系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥較多，可以取得較高的除磷效果。4)溫度與pH在5~30℃，都可以取得較好的除磷效果。除磷過程適宜pH為6～8。5)BOD5負(fù)荷一般認(rèn)為，較高的BOD5負(fù)荷可取得較好的除磷效果，進(jìn)行生物除磷的底限是BOD/TP=20。有機(jī)污染物的不同對(duì)除磷也會(huì)有影響，一般認(rèn)為易降解的低分子有機(jī)物誘導(dǎo)磷釋放的能力較強(qiáng)，高分子難降解的有機(jī)物誘導(dǎo)磷釋放的能力較弱，而厭氧段磷釋放越充分，好氧段攝取量越大。

GaoJ.F.CEEE;BJUT

3.生物除磷工藝流程A：Phostrip除磷工藝：曝氣池沉淀池

Ⅰ出水沉淀池Ⅱ除磷池含磷污泥排出體系石灰污泥回流剩余污泥排放

污泥回流混合池進(jìn)水

無 磷上清液GaoJ.F.CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUT該工藝于1972年開發(fā)，是將生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的—種工藝。(1)本工藝各設(shè)備單元的功能如下：1)含磷廢水進(jìn)入曝氣池，同步進(jìn)入曝氣池的還有由除磷池回流的脫磷但含有聚磷菌的污泥。曝氣池的功能是：使聚磷菌過量攝取磷，去除有機(jī)物(BOD或COD)，還可能出現(xiàn)硝化作用。2)從曝氣池流出的混合液(污泥含磷，廢水已經(jīng)除磷)進(jìn)入沉淀池Ⅰ，在這里進(jìn)行泥水分離，含磷污泥沉淀，已除磷的上清液作為處理水而排放。GaoJ.F.CEEE;BJUT3)含磷污泥進(jìn)入除磷池，除磷池應(yīng)保持厭氧狀態(tài)，即DO為0，NOX－為0，含磷污泥在這里釋放磷，并投加沖洗水，使磷充分釋放，已釋放磷的污泥沉于池底，并回流曝氣池，再次用于吸收廢水中的磷。含磷上清液從上部流出進(jìn)入混合池。4)含磷上清液進(jìn)入混合池，同步向混合池投加石灰乳，經(jīng)混合后再進(jìn)行攪拌反應(yīng)，使磷與石灰反應(yīng)，形成磷酸鈣(Ca3(PO4)2)固體物質(zhì)。GaoJ.F.CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUT5)沉淀池(Ⅱ)為混凝沉淀池，經(jīng)過混凝反應(yīng)形成的磷酸鈣固體物質(zhì)在這里與上清液分離，已除磷的上清液回流曝氣池，而含有大量Ca3(PO4)2的污泥排出，這種含有高濃度PO43-的污泥宜于充作肥料。GaoJ.F.CEEE;BJUT(2)Phostrip除磷工藝的特點(diǎn)Phostrip除磷工藝已有很多應(yīng)用實(shí)例，根據(jù)它們的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，可對(duì)本工藝提出如下各項(xiàng)特征。1)本法是生物除磷與化學(xué)除磷相結(jié)合的工藝，除磷效果良好，處理水中含磷量一般都低于lmg/L。2)本法產(chǎn)生的污泥中，含磷量(率)約為2.1％～7.1％，是比較高的。污泥回流應(yīng)經(jīng)過除磷池。GaoJ.F.CEEE;BJUT3)石灰用量一般介于21～31.8mgCa(OH)2／m3廢水，是比較低的。4)SVI值<100，污泥易于沉淀、濃縮、脫水、污泥肥分高，絲狀菌難于增殖，污泥不膨脹。5)可以根據(jù)BOD／P比值來靈活地調(diào)節(jié)回流污泥與混凝污泥量的比例。6)本工藝流程復(fù)雜，運(yùn)行管理比較復(fù)雜，投加石灰乳，運(yùn)行費(fèi)用也有所提高，修建費(fèi)用高。7)沉淀池I的底部可能形成缺氧狀態(tài)，而產(chǎn)生釋放磷的現(xiàn)象，因此，應(yīng)當(dāng)及時(shí)地排泥和回流。

GaoJ.F.CEEE;BJUT

B.厭氧—好氧除磷工藝厭氧—好氧除磷工藝，又稱A／O法（即An—O法），其工藝流程如下圖所示沉淀池釋放磷厭氧進(jìn)水出水含磷剩余污泥

BOD去除 、吸收磷 好氧污泥回流GaoJ.F.CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUT從圖可見，本工藝流程簡(jiǎn)單，既不需投藥，也勿需考慮內(nèi)循環(huán)，因此，建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用都較低，而且由于無內(nèi)循環(huán)的影響，厭氧反應(yīng)器能夠保持良好的厭氧(或缺氧)狀態(tài)。本工藝已有實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，本工藝具有以下特征：1)在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間一般從3h到6h，是比較短的。2)反應(yīng)器(曝氣池)內(nèi)污泥濃度一般在2700～3000mg／L之間。GaoJ.F.CEEE;BJUT3)BOD的去除率大致與一般的活性污泥系統(tǒng)相同。磷的去除率較好，處理水中磷含量一般都低于1.0mg/L，去除率大致在76％左右。4)沉淀污泥含磷率約為4％，污泥的肥效好。5)混合液的SVI值≤100，易沉淀，不膨脹。

GaoJ.F.CEEE;BJUT同時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)與運(yùn)行實(shí)踐還發(fā)現(xiàn)本工藝存在如下問題：1)除磷率難于進(jìn)一步提高，因?yàn)槲⑸飳?duì)磷的吸收，既或是過量吸收，也是有一定限度的，特別是當(dāng)進(jìn)水BOD值不高或廢水中含磷量高時(shí)，即P／BOD值高時(shí)，由于污泥的產(chǎn)量低，將更是這樣。2)在沉淀池內(nèi)容易產(chǎn)生磷的釋放的現(xiàn)象，特別是當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)更是如此，應(yīng)注意及時(shí)排泥和回流。

GaoJ.F.CEEE;BJUT曝氣池Ⅰ原水曝氣池Ⅱ攪拌第Ⅰ厭氧池N2

4.同步脫氮除磷工藝A.Bardenpho脫氮除磷工藝本工藝是以高效同步脫氮、除磷為目的而開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，其工藝流程示之于下圖：

內(nèi)循環(huán)攪拌第Ⅱ厭氧池N2污泥回流（含磷污泥）剩余污泥沉淀池出 水GaoJ.F.CEEE;BJUT1）原廢水進(jìn)入第一厭氧池，本單元的首要功能是脫氮，含硝態(tài)氮的污水通過內(nèi)循環(huán)來自曝氣池Ⅰ，本單元的第二功能是污泥釋放磷，而含磷污泥來自于沉淀池回流污泥。2)經(jīng)第一厭氧池處理后的混合液進(jìn)入曝氣池Ⅰ，它的功能有三：首要功能是去除BOD，去除由原廢水帶入的有機(jī)污染物；其次是硝化，但由于BOD濃度還較高，因此，硝化程度較低，產(chǎn)生的NO2--N也較少；第三項(xiàng)功能則是聚磷菌對(duì)磷的吸收。按除磷機(jī)理，只有在NOx-得到有效的脫出后，才能取得良好的除磷效果，因此，在本單元內(nèi)，磷吸收的效果不會(huì)太好。GaoJ.F.CEEE;BJUT3)混合液進(jìn)入第二厭氧池，本單元功能與第一厭氧池相同，一是脫氮；二是釋放磷，以前者為主。4)曝氣池Ⅱ，其首要功能是吸收磷，第二項(xiàng)功能是進(jìn)一步硝化，再其次則是進(jìn)一步去除BOD。5)沉淀池，泥水分離是它的主要功能，上清液作為處理水排放，含磷污泥的一部分作為回流污泥，回流到第一厭氧池，另一部分作為剩余污泥排出系統(tǒng)。由上可得，無論哪一種反應(yīng)，在系統(tǒng)中都反復(fù)進(jìn)行兩次或兩次以上。各反應(yīng)單元都有其首要功能，并兼行其他項(xiàng)功能。因此本工藝脫氮、除磷效果很好，脫氮率達(dá)90％～95％，除磷率97％。工藝復(fù)雜，反應(yīng)器單元多，運(yùn)行繁瑣，成本高是本工藝主要缺點(diǎn)。

B.A-A-O法同步脫氮除磷工藝(1)A-A-O法工藝流程A-A-O工藝，亦稱A2／O工藝，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一個(gè)字母的簡(jiǎn)稱。按實(shí)質(zhì)意義來說，本工藝應(yīng)稱為厭氧—缺氧—好氧法，如下圖所示。缺氧厭氧沉淀池污泥回流進(jìn)水出水剩余污泥內(nèi)循環(huán)好氧硝化吸磷碳氧化反硝化釋磷有部分NO3-進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)

GaoJ.F. CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUTGaoJ.F.CEEE;BJUT(2)各反應(yīng)器單元功能與工藝特征1)厭氧池，原廢水進(jìn)入，同步進(jìn)入的還有從沉淀池排出的含磷回流污泥，本段的主要功能是釋放磷，同時(shí)部分有機(jī)物進(jìn)行氨化。2)廢水經(jīng)過第一厭氧池進(jìn)入缺氧池，本段的首要功能是脫氮，硝態(tài)氮是通過內(nèi)循環(huán)由好氧池送來的，循環(huán)的混合液量較大，一般為2Q（Q:原廢水流量)。3)混合液從缺氧池進(jìn)入好氧池——曝氣池，這一反應(yīng)池單元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等項(xiàng)反應(yīng)都在本反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。這三項(xiàng)反應(yīng)都是重要的，混合液中含有NO3―－N，污泥中含有過剩的磷，而廢水中的BOD(或COD)則得到去除。流量為2Q的混合液從這里回流缺氧池。GaoJ.F.CEEE;BJUT4)沉淀池的功能是泥水分離，污泥的一部分回流厭氧池，上清液作為處理水排放。本工藝具有以下各項(xiàng)特點(diǎn)：1)本工藝在系統(tǒng)上可以稱為最簡(jiǎn)單的同步脫氮除磷工藝，總的水力停留時(shí)間少于其他同類工藝。2)在厭氧(缺氧)、好氧交替運(yùn)行條件下，絲狀菌不能大量增殖，不易發(fā)生污泥膨脹，SVI值一般均小于100。3)污泥中含磷濃度高，具有很高的肥效。GaoJ.F.CEEE;BJUT4)運(yùn)行中勿需投藥，厭氧池和缺氧池只用輕緩攪拌，以不增加溶解氧為度，運(yùn)行費(fèi)用低。本法也存在如下各項(xiàng)的待解決問題。1)除磷效果難于再提高，污泥增長(zhǎng)有一定的限度，不易提高，特別是當(dāng)P／BOD值高時(shí)更是如此。2)脫氮效果也難于進(jìn)一步提高，內(nèi)循環(huán)量一般以2Q為限，不宜太高。3)沉淀池要保持一定濃度的溶解氧，減少停留時(shí)間，防止產(chǎn)生厭氧狀態(tài)和污泥釋放磷的現(xiàn)象出現(xiàn)、但溶解氧濃度也不宜過高，以防止循環(huán)混合液對(duì)缺氧反應(yīng)器的干擾。缺氧厭氧污泥回流內(nèi)循環(huán)1（硝化液回流） 沉淀池好氧硝化吸磷碳氧化反硝化釋磷剩余污泥

C:UCT脫氮除磷工藝（UniversityofCapetown）內(nèi)循環(huán)2進(jìn)水回流污泥中的NO3-，由于在缺氧池經(jīng)過反硝化，使進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的NO3-大大減少。

GaoJ.F. CEEE;BJUT

GaoJ.F.CEEE;BJUT缺氧厭氧沉淀池污泥回流內(nèi)循環(huán)1（硝化液回流）好氧硝化吸磷碳氧化反硝化釋磷剩余污泥D:改良UCT工藝TheschematicofModifiedUCTprocess內(nèi)循環(huán)2出水進(jìn)水缺氧反硝化增加一個(gè)

缺氧池最大限度的減少了進(jìn)入?yún)捬醭氐腘O3-13.7.5污水生物除磷理論與技術(shù)的新進(jìn)展

隨著除磷研究在微生物學(xué)領(lǐng)域的深化，研究者們發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)生物脫氮除磷的活性污泥系統(tǒng)中有部分聚磷菌既能以溶解氧又能以硝酸鹽作為電子受體，在進(jìn)行反硝化的同時(shí)能完成過量吸磷反應(yīng)。研究表明這類反硝化聚磷菌（denitrifyingphosphorusremovingbacteria，簡(jiǎn)稱DPB）的代謝機(jī)理和好氧聚磷菌很相似，即在缺氧段利用NO3-而非O2氧化PHB來獲得能量。反硝化除磷脫氮工藝在處理城市污水時(shí)，不僅可節(jié)省曝氣量、減少COD的消耗量，而且也可能減少剩余污泥產(chǎn)量。許多文獻(xiàn)報(bào)道該工藝很適合COD／TKN較低的城市污水處理。反硝化聚磷（DenitificationDephosphatation）工藝COD+O2→CO2+H2OCO2

E曝氣NO3-+COD→N2↑+CO2+H2O4-5kgCOD/kgN

2.2kgAl/kgPPO43-+Al3+→AlPO4↓COD生物污泥NH4++O2→NO3-+H++H2O

0.4污泥-COD/kgCOD去除0.6kgO2/kgCODE14MJ/kgCOD4.6kgO2/kgNE

EO2傳統(tǒng)除磷脫氮工藝缺陷

消耗較多的能量(COD氧化與氨氮硝化) 消耗較多的外加化學(xué)物質(zhì)(外加碳源、化學(xué)藥劑等)COD+O2→CO2+H2OCH4ENO2-N2↑COD$$€€

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處理水NH4++O2→NO3-+H++H2O鳥糞石(肥料)最低消耗P可持續(xù)除磷脫氮工藝新概念

技術(shù)本身能源與資源消耗最低 處理過程回收能源與資源、處理后循環(huán)使用出水CODPO43-NO3-細(xì)胞N2CODPO43-O2細(xì)胞H2ONO3-+COD→N2↑+CO2+H2O生物脫氮:生物除磷:CODO2CO2生物污泥最小量反硝化除磷

生物除磷與生物脫氮有機(jī)結(jié)合 節(jié)省COD與O2使用量，同時(shí)減少剩余污泥與CO2生成量

反硝化除磷細(xì)菌(DPB)N海創(chuàng)/黑龍江13.8活性污泥法的發(fā)展與新工藝(1)氧化溝

(3)SBR法(2)AB法

(4)MBR法活性污泥法處理系統(tǒng)還存在著某些有待解決的問題反應(yīng)器—曝氣池的池體 比較龐大,占地面積大電耗高管理復(fù)雜等針對(duì)以上問題生物處理專家和技術(shù)工作者從以下方面進(jìn)行了大量的研究活性污泥的反應(yīng)機(jī)理降解功能運(yùn)行方式工藝系統(tǒng)等

在工藝系統(tǒng)方面，開創(chuàng)了多種旨在提高充氧能力、增加混合液污泥濃度、強(qiáng)化活性污泥微生物的代謝功能的高效活性污泥法處理系統(tǒng)。

在凈化功能方面，改變過去以去除有機(jī)污染物為主要功能的傳統(tǒng)模式。使活性污泥處理系統(tǒng)在凈化功能和工藝系統(tǒng)方面取得了顯著的進(jìn)展。(1)氧化溝

轉(zhuǎn)刷曝氣器處理水（去二沉池）氧化溝平面污水

氧化溝又稱連續(xù)循環(huán) 反應(yīng)器（Continuous LoopReactor），是20

世紀(jì)50年代由荷蘭的公共衛(wèi)生研究所（TNO）開

發(fā)出來的。第一座氧化 溝于1954年開始服務(wù)，是由TNO的Pasveer博士 設(shè)計(jì)的，因此氧化溝又 稱Pasveer氧化溝。

池體狹長(zhǎng)，池身較淺，曝氣池一般呈封閉的環(huán)狀溝渠形，污水和活性污泥的混合液在其中作不停的循環(huán)流動(dòng)，水力停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10～40h。在曝氣池的溝槽中設(shè)有表面曝氣裝置。曝氣裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)溝內(nèi)液體迅速流動(dòng)，取得曝氣和攪拌兩個(gè)作用。以氧化溝為生物處理單元的污水處理流程污泥泵房回流污泥

氧化溝是常規(guī)活性污泥法的一種改型和發(fā)展，是延時(shí)曝氣法的一種特殊形式。

轉(zhuǎn)刷 污水 處理水 二沉池污泥處理氧化溝的基本構(gòu)造和工藝簡(jiǎn)況

氧化溝的構(gòu)造形式多樣化、運(yùn)行靈活。氧化溝一般呈環(huán)形溝渠狀，平面多為橢 圓形、圓形或馬蹄形，總長(zhǎng)可達(dá)幾十米，甚至百米以上。氧化溝可是單溝或多溝系統(tǒng)。多溝系統(tǒng)可以是一組互相連通的同心溝渠，也可以是互相平行、尺 寸相同的一組溝渠。

調(diào)節(jié)出水堰高度可改變氧化溝的水深，進(jìn)而改變曝氣裝置的淹沒深度，使其充氧量適應(yīng)運(yùn)行的需要，并可對(duì)水的流速起一定的調(diào)節(jié)作用。

a.氧化溝的基本構(gòu)造進(jìn)水

單池的進(jìn)水裝置比較簡(jiǎn)單，只要伸入一根進(jìn)水管即可，如雙池以上平行工作時(shí)，則應(yīng)考慮均勻配水。出水出水—般采用溢流堰式，宜于采用可升降式的，以調(diào)節(jié)池內(nèi)水深。采用交替工作系統(tǒng)時(shí)，溢流堰應(yīng)能自動(dòng)啟閉，并與進(jìn)水裝置相呼應(yīng)以控制溝內(nèi)水流方向。酒仙橋污水處理廠b.氧化溝的工藝簡(jiǎn)況流態(tài)特征

污水在溝內(nèi)的流速為0.3～0.5m／s，當(dāng)氧化溝總長(zhǎng)為100～500m時(shí)，污水流動(dòng)完成一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間約為4～20min。如水力停留時(shí)間定為24h，則污水在整個(gè)停留時(shí)間內(nèi)要作72～360次循環(huán)。可以認(rèn)為在氧化溝內(nèi)混合液的水質(zhì)是幾乎一致的，從這個(gè)意義來說，氧化溝內(nèi)的流態(tài)是完全混合式的，但是又具有某些推流式的特征，如在曝氣裝置的下游，溶解氧濃度從高向低變動(dòng)，甚至可能出現(xiàn)缺氧段。

氧化溝的這種獨(dú)特的水流狀態(tài)，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以將其區(qū)分為富氧區(qū)、缺氧區(qū)，用以進(jìn)行硝化和反硝化，取得脫氮的效果。

氧化溝BOD負(fù)荷低，同活性污泥法的延時(shí)曝氣系統(tǒng)類似，對(duì)水溫、水質(zhì)、水量的變動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性；污泥齡一般可達(dá)15～30d?？梢苑敝呈来鷷r(shí)間長(zhǎng)、增殖速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化溝內(nèi)可以發(fā)生硝化反應(yīng)。如設(shè)計(jì)、運(yùn)行得當(dāng)，氧化溝具有反硝化的效果。

工藝主要優(yōu)點(diǎn)氧化溝工藝流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少，運(yùn)行管理方便?？墒∪ノ勰嗷亓餮b置?？煽紤]不設(shè)初沉池可考慮不單設(shè)二次沉淀池，使氧化溝與二次沉淀池合建（如交替工作氧化溝）

由于活性污泥在系統(tǒng)中的停留時(shí)間很長(zhǎng)，排出的剩余污泥已趨于穩(wěn)定，因此一般只需進(jìn)行濃縮和脫水處理，可以省去污泥消化池。工藝主要缺點(diǎn)

主要表現(xiàn)在占地及能耗方面。由于溝深的限制以及溝型方面的原因，使得氧化溝工藝的占地面積大于其它活性污泥法；另外，由于采用機(jī)械曝氣，動(dòng)力效率較低，能耗也較高。主要功能是：

氧化溝的曝氣裝置

曝氣裝置是氧化溝中最主要的機(jī)械設(shè)備，它對(duì)處理效率、能耗及運(yùn)行穩(wěn)定性有很大影響。

①供氧；②保證其活性污泥呈懸浮狀態(tài)，污水、空氣和污泥三 者的充分混合與接觸；③推動(dòng)水流以一定的流速(不低于0.25m/s)沿池長(zhǎng)循環(huán)流 動(dòng)，這對(duì)保持氧化溝的凈化功能具有重要的意義。氧化溝采用的曝氣裝置橫軸曝氣裝置縱軸曝氣裝置

另外，還有在國外采用的自吸螺旋曝氣器、射流曝氣器和提升管式曝氣裝置。曝氣轉(zhuǎn)刷(轉(zhuǎn)刷曝氣器)、曝氣轉(zhuǎn)盤 表面機(jī)械曝氣器

常用的氧化溝系統(tǒng)卡羅塞爾(Carrousel)氧化溝

卡羅塞氧化溝（一）1-污水泵站；'-回流污泥泵站；2-氧化溝；3-轉(zhuǎn)刷曝氣器； 4-剩余污泥排放；5-處理水排放；6-二次沉淀池236145

60年代末由荷蘭DHV公司所開發(fā)，當(dāng)時(shí)開發(fā)這一工藝的主要目的是尋求一種渠道更深、效率更高和機(jī)械性能更好的系統(tǒng)設(shè)備，來改善和彌補(bǔ)當(dāng)時(shí)流行的轉(zhuǎn)刷式氧化溝的技術(shù)弱點(diǎn)。卡羅塞氧化溝系統(tǒng)是由多溝串聯(lián)氧化溝及二次沉淀池、污泥回流系統(tǒng)所組成311-進(jìn)水;2-氧化溝； 4-導(dǎo)向隔墻；3-表面機(jī)械曝氣器；5-處理水3

2 5卡羅塞氧化溝系統(tǒng)（二）4

六廊道并采用縱軸低速表面曝氣器的卡羅塞爾氧化溝。在每組溝渠的轉(zhuǎn)彎處安裝一臺(tái)表面曝氣器，該表面曝氣器單機(jī)功率大，其水深可達(dá)5m以上?？拷貧馄鞯南掠螢楦谎鯀^(qū)，上游為低氧區(qū)，外環(huán)還可能成為缺氧區(qū)，這樣的氧化溝能夠形成生物脫氮的環(huán)境條件。國內(nèi)采用卡羅塞氧化溝廠家及其各項(xiàng)特性廠（站）名處理對(duì)象

3規(guī)模(m/d)形式與功能特性昆明市蘭花溝污水處理廠城市污水550006廊道用于脫氮除磷桂林市東區(qū)污水處理廠城市污水400004廊道上海市龍華肉聯(lián)廢水處理廠肉聯(lián)廢水12004廊道山西針織廠廢水處理站紡織廢水5000西安楊森制藥廠廢水處理站制藥廢水1000卡羅塞爾氧化溝系統(tǒng)在國外得到了廣泛應(yīng)用。規(guī)模大小不等，從200m3／d到650000m3／d，BOD去除率達(dá)95％～99％，脫氮效果可達(dá)90％以上。卡羅塞爾氧化溝在我國也得到了應(yīng)用，處理對(duì)象有城市污水也有有機(jī)性工業(yè)廢水，其主要應(yīng)用見下表：兩溝交替工作氧化溝

進(jìn)水1-沉砂池；2-曝氣轉(zhuǎn)刷；3-出水堰；4-排泥管；

5-污泥井；6-氧化溝BA交替工作氧化溝系統(tǒng)

出水交替作為曝氣池和沉淀池，勿需設(shè)污泥回流系統(tǒng)。該系統(tǒng)處理水質(zhì)較好，污泥也比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)是曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率低。

交替工作氧化溝系統(tǒng)由丹麥Kruger公司所開發(fā)，有二溝（分

為V-R型、D型）和三溝兩種交替 工作氧化溝系統(tǒng)。

D型氧化溝（如右圖）由容積相同的A、B兩池組成，串聯(lián)運(yùn)行，三溝交替工作氧化溝

進(jìn)水1-沉砂池；2-曝氣轉(zhuǎn)刷；

3-出水溢流堰；4-排泥井；

5-污泥井；

出水三池交替工作氧化溝（如右圖），應(yīng)用較廣。兩側(cè)的A、C兩池交替地作為曝氣池和沉淀池。中間池B則一直為曝氣池，原污水交替地進(jìn)入A池或C池，處理水則相應(yīng)地從作為沉淀池的C池和A池流出。經(jīng)過適當(dāng)運(yùn)行，三池交替氧化溝不但能夠去除BOD，還能完成脫氮和除磷的目的。這種系統(tǒng)勿需污泥回流系統(tǒng)，但其設(shè)備利用率也較低。

交替工作的氧化溝系統(tǒng)必須安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，以控制進(jìn)、出水的方向，溢流堰的啟閉以及曝氣轉(zhuǎn)刷的開動(dòng)與停止。上述各工作階段的時(shí)間，則根據(jù)水質(zhì)情況確定。邯鄲市利用丹麥政府貸款，在我國首次引進(jìn)三溝式氧化溝技術(shù)，于1990年建成規(guī)模為6.6萬m3/d的污水處理廠。奧貝爾(Orbal)型氧化溝系統(tǒng)

污水進(jìn)口中央島二沉池污泥回流

混合液奧貝爾型氧化溝

奧貝爾氧化溝技術(shù)最初由南非國家水研究所開發(fā)研制成功，其最主要特點(diǎn)是采用同心圓式的多溝串聯(lián)系統(tǒng)，見右圖。污水和回流污泥首先進(jìn)入最外環(huán)的溝渠，后依次進(jìn)入下一層溝渠，最后由位于中心的溝渠流出進(jìn)入二次沉淀池。這種氧化溝系統(tǒng)多采用三層溝渠。外溝的容積最大，約為總?cè)莘e的60％～70％，主要的生物氧化和脫氮過程在此完成；中溝為20％～30％，內(nèi)溝則僅占10％左右。在運(yùn)行時(shí)，外、中、內(nèi)三層溝渠內(nèi)混合液的溶解氧保持較大的梯度，如分別為0、1及2mg/L，即所謂三溝DO的0-1-2梯度分布。這樣做的目的：外溝道溶解氧濃度接近0，氧的傳遞效率高，既可節(jié)約供氧的能耗，也可為反硝化創(chuàng)造條件。外溝道厭氧條件下，微生物可進(jìn)行磷的釋放，以便它們?cè)诤醚醐h(huán)境下吸收污水中的磷，達(dá)到除磷效果。曝氣設(shè)備均采用曝氣轉(zhuǎn)盤。由于曝氣盤上有大量的楔形突出物，增加了推進(jìn)混合和充氧效率，水深可達(dá)3.5～4.5m。圓形或橢圓形的平面形狀，比長(zhǎng)渠道的氧化溝更能利用水流慣性，可節(jié)省推動(dòng)水流的能耗。相對(duì)而言，多渠串聯(lián)池中的混合液流態(tài)更傾向于推流式，出水水質(zhì)好。

奧貝爾型氧化溝系統(tǒng)在我國得到廣泛應(yīng)用，是采用較多的氧化溝溝型，如山東、山西、河北、浙江、北京、遼寧等地均有污水處理水廠采用這種工藝。奧貝爾(Orbal)氧化溝系統(tǒng)的特點(diǎn)：(2)AB法吸附—生物降解(Adsorption—Biodegration)工藝，簡(jiǎn)稱AB法污水處理工藝。這項(xiàng)污水生物處理技術(shù)是由德國亞?。ˋachen）工業(yè)大學(xué)衛(wèi)生工程學(xué)的BothoBohnke（布·伯恩凱）教授為解決傳統(tǒng)的二級(jí)生物處理系統(tǒng)，即“預(yù)處理—初沉池—曝氣池—二沉池”存在的去除難降解有機(jī)物和脫氮除磷效率低及投資運(yùn)行費(fèi)用高等問題，開發(fā)的新型污水生物處理工藝。B段回流進(jìn)水格柵沉砂池曝氣池曝氣池中沉池A段回A段B段二沉池出水

A段與B段各自擁有獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開，每段能夠培育出適于本段污水水質(zhì)的微生物種群。

流污泥

污水經(jīng)過沉砂池進(jìn)入A段系統(tǒng)，在A段曝氣池中短時(shí)間停留（30～60min）,進(jìn)入中間沉淀池，進(jìn)行泥水分離。剩余污泥

污泥剩余污泥

污水在B段曝氣池停留時(shí)間較長(zhǎng)，一般為2～4h，完成微生物對(duì)污水中有機(jī)物的生物降解作用。

以高負(fù)荷運(yùn)行

A段以高負(fù)荷或超高負(fù)荷運(yùn)行（污泥負(fù)荷＞2.0kgBOD5/kgMLSS·d），對(duì)不同進(jìn)水水質(zhì)，可選擇以好氧或缺氧方式運(yùn)行。A段負(fù)荷高，為增殖速度快的微生物種群提供了良好的環(huán)境條件，能夠成活的微生物種群是抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的原核細(xì)菌，而原生動(dòng)物和后生動(dòng)物則不能存活。

微生物選擇器

A段連續(xù)不斷地從排水系統(tǒng)中接受污水，同時(shí)也接種在排水系統(tǒng)中存活的微生物種群。對(duì)此，偌大的排水系統(tǒng)起到“微生物選擇器”和中間反應(yīng)器的作用。在這里不斷地產(chǎn)生微生物種群的適應(yīng)、淘汰、優(yōu)選、增殖等過程，從而能夠培育、馴化、誘導(dǎo)出與原污水適應(yīng)的微生物種群。由于本工藝不設(shè)初沉池，使A段能夠充分利用經(jīng)排水系統(tǒng)優(yōu)選的微生物種群，形成一個(gè)開放性的生物動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。

A段工藝主要特點(diǎn)A段污泥產(chǎn)率高，并有一定的吸附能力，對(duì)有機(jī)物的去除，主要依靠生物污泥的吸附作用。這樣，某些重金屬和難降解有機(jī)物質(zhì)以及氮、磷等植物性營養(yǎng)物質(zhì)，都能夠通過A段而得到一定的去除，大大地減輕了B段的負(fù)荷。A段對(duì)BOD的去除率大致介于30％～60％之間。由于A段對(duì)有機(jī)物質(zhì)的去除，主要是以物理化學(xué)作用為主導(dǎo)的吸附功能，因此，其對(duì)負(fù)荷、溫度、pH值以及毒性等作用具有一定的適應(yīng)能力。A段有一定的吸附能力

B段接受A段的處理水，以低負(fù)荷運(yùn)行（污泥負(fù)荷一般為0.1～0.3kgBOD5/kgMLSS·d），出水水質(zhì)較好。去除有機(jī)物是B段的主要凈化功能。B段的污泥齡較長(zhǎng)，氮在A段得到了部分的去除，BOD/N比值有所降低，因此，B段具有產(chǎn)生硝化反應(yīng)的條件，有時(shí)也可將B段設(shè)計(jì)成A/O工藝。B段承受的負(fù)荷為總負(fù)荷的40％一70％，較傳統(tǒng)活性污泥法處理系統(tǒng)，曝氣池的容積可減少40％左右。B段工藝主要設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)A段

B段

BOD污泥負(fù)荷Ns=2～6kgBOD／(kgMLSS.d)，為傳 統(tǒng)活性污泥法處理系統(tǒng)的10～20倍；污泥齡

θc=0.3～0.5d；水力停留時(shí)間HRT=30min；溶解 氧濃度DO=0.2～0.7mg／L。

BOD污泥負(fù)荷Ns=0.15～0.3kgBOD／(kgMLSS.d)；污泥齡θc=15～20d；水力停留時(shí)間HRT=2～3h；溶解氧濃度DO=1～2mg／L。(3)SBR法間歇式活性污泥法又稱做序列間歇式〔或序批式〕活性污泥法（SequencingBatchReactor，簡(jiǎn)稱SBR法），其運(yùn)行工況是以間歇操作為主要特征的。所謂序列間歇式有兩種含義：

一、是運(yùn)行操作在空間上是按序排列的、間歇的。間歇反應(yīng)器至少為兩個(gè)池或多個(gè)池，污水連續(xù)按序列進(jìn)入每個(gè)反應(yīng)器，它們運(yùn)行時(shí)的相對(duì)關(guān)系是有次序的，也是間歇的

二、是對(duì)于每一個(gè)SBR來，運(yùn)行操作在時(shí)問上也是按次序排列的間歇的，一般可按運(yùn)行次序分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置階段。SBR工藝的基本流程進(jìn)水階段

(Fill)反應(yīng)階段

(React)沉淀階段

(Stettle)排水階段

(Draw)閑置階段

(I