活性污泥4-生物脱氮除磷(作业).ppt

水污染控制工程,唐玉朝 安徽建筑工业学院环境科学与工程系Department of Environmental Science and Engineering,Anhui University of ArchitectureCopyright Reserved!,第六节 生物脱氮与除磷,内容,1.概述2.生物脱氮原理与工艺3.生物除磷原理与工艺4.同步脱氮除磷工艺5.脱氮除磷工艺设计计算,Water Pollution Control Engineering,1.概述,水体富营养化是当前水环境污染面临的重大问题，富营养化造成水质恶化，生态平衡破坏，鱼类和水生生物死亡，还对饮用水安全造成严重的威胁，危害人类健康.氮(N)和磷(P)是引起水体富营养化的关键的物质，低浓度的N和P即可以引起富营养化，(如湖泊地面水水质标准，二级标准P的浓度为0.01 mg/L).因而，污水处理时如何利用生物技术能将N,P物质去除是当今污水处理的重要内容，尤其是磷的去除.,Water Pollution Control Engineering,1.概述,含N化合物在水中存在形态，有机N、氨N、亚硝酸盐N、硝酸盐N。总氮(TN)是四种含N化合物和；凯氏氮(KN)是有机N与氨N。城市污水经过传统的二级生化处理，有机物可以转化为CO2,H2O等,但是有机物中的氮不能有效去除，少部分可以通过同化作用转化为生物细胞有机体组分(通过剩余污泥)而去除，大部分只能转化为溶解性的无机氮,(一般为NH3,有少量NO2-,NO3-),无法从水中直接去除，生物脱N是通过将这些物质转化为不溶解于水的N2而从水中去除的.,Water Pollution Control Engineering,1.概述,二级污水处理工艺活性污泥对N去除率按照BOD:N=100:5:1计算，城市污水进水BOD一般可达到200mg/L左右，这样以微生物需要的营养计算，则剩余污泥可以去除10mg/L的氮和2mg/L左右的磷(存在污泥中,不同的工艺有差异)。以同化作用将N,P转移出污水系统。(微生物利用的NP还会因内源代谢释放)高浓度工业废水的氮可以用物理吹脱，低浓度的饮用水氮一般以化学方法(加氯氧化)去除，污水氮一般以生物方法去除。如果同时富含高浓度磷，则常形成磷酸镁铵作为化学肥料回收。,Water Pollution Control Engineering,1.概述,化学方法脱N(折点加氯)：NH4+HOCl=NH2Cl+H+H2ONH2Cl+HOCl=NHCl2+H2ONHCl2+HOCl=NCl3+H2O2NH2Cl+HOCl N2+3HCl+H2O余氨的吹脱(针对氨)：游离的氨容易挥发，可以空气吹脱到大气中去.Mg2+PO43-+NH4+6H2O=,Water Pollution Control Engineering,MgNH4 PO4 6H2O,2.生物脱氮原理与工艺,一.生物脱氮原理1.1 生物脱氮基本过程1.2 影响生物脱氮的环境因素二.生物脱氮工艺2.1 三级生物脱氮工艺2.2 两级生物脱氮工艺2.3 单级生物脱氮工艺 2.4 A/O工艺三.生物脱氮新理论3.1 同步硝化反硝化;3.2 短程硝化反硝化;3.3 厌氧氨氧化,2.生物脱氮原理工艺,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮原理,一.生物脱氮原理 除同化作用可以部分除氮,生物脱氮主要由反硝化过程实现.1.1 基本过程:氨化:在氨化菌作用下,有机物中的氮被转化为氨氮,有机物同时得到降解：有机N NH3 硝化:分为两个步骤-亚硝化和硝化.在好氧条件下,亚硝化菌将NH4+转化为NO2,进一步在硝化菌作用下转化为NO3:NH4+1.5O2 NO2+2H+H2O(亚硝化)NO2+0.5O2 NO3(硝化)总反应:NH4+2O2 NO3+2H+H2O,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮原理,反硝化:在缺氧条件下,反硝化菌作用将NO3转化为N2(异化反硝化,占96)或生物体(同化反硝化,占4).6NO3+5C 3N2+6OH+H2O+5CO2 NO3 NO2 NO N2O N2 NO3+C+H+C5H7O2N+H2O NO3 NO2 有机含N物质,异化,同化,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮原理,1.2.影响生物脱氮的因素 氨化:氨化菌是异养菌,对环境条件要求不苛刻,好氧或厌氧均可,对酸碱,温度的适应范围宽.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮原理,(亚)硝化:亚硝化菌和硝化菌均为化能自养菌.(A).溶解氧,需要好氧的条件,DO2,每mol氨经过亚硝化需1.5mol O2,硝化需0.5mol O2(B).酸碱,中性或弱碱性(亚硝化产生酸!),最宜在pH 8.0-8.4左右.(C).温度,20-30最佳(15迅速降低,5反应停止).(D).C/N比，BOD低才能维持硝化菌生长(异养微生物竞争,BOD越高硝化菌比例越小),Water Pollution Control Engineering,生物脱氮原理,反硝化:反硝化菌是异养菌,兼性厌氧菌.(A).碳源(外加,利用污水有机物,或内源呼吸)(B).酸碱,pH(C).溶解氧,需少的DO或间歇有氧缺氧,DO 0.5mg/L,DO过高则直接以好氧呼吸(D).温度,20-40,低于15反应迅速降低 由于硝化菌和反硝化菌世代时间长,所以反应器内生物停留时间要长,即污泥龄要长,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮原理,生物脱氮的过程比较,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮工艺,二.生物脱氮工艺2.1：Barth三级(段)生物脱N工艺第一段-氨化.去除BOD和COD,进行曝气,有机N转化为氨氮；第二段-亚硝化和硝化,氨N转化为NO3,需要加碱；第三段-反硝化,NO3转化为N2气,必须外加碳源(加甲醇或引污水),否则效率低,需搅拌.,Water Pollution Control Engineering,Barth三级(段)生物脱N工艺流程:,曝气,硝化,反硝化,碱,N2,碳源,曝气池:降解BOD,有机物分解(氨化)硝化池:硝化反应,NH3转化为硝态氮,降解BOD(亚 硝化,硝化)反硝化池:脱N(反硝化),需搅拌沉淀池:固液分离.,生物脱氮工艺,沉,沉,沉,出水,进水,Water Pollution Control Engineering,Barth三级(段)生物脱N工艺特点:1.各段在各自的反应器下完成,可控制各个反应器最适宜的条件；2.脱氮率较高；3.反应器多构筑物多,工艺复杂，需外加碳源和碱,(反硝化如果无外加碳源，内源代谢碳效率低)；4.造价高,管理也不便.,生物脱氮工艺,Water Pollution Control Engineering,2.2 两级(段)生物脱N工艺:,曝气,反硝化,碱,N2,碳源,生物脱氮工艺,沉,沉,出水,进水,曝气池:降解BOD,有机物分解(氨化),(亚)硝化反应,NH3转化为硝态N(低负荷,泥龄和水力时间长)；反硝化池:缺氧,完成反硝化脱N；沉淀池:固液分离.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮工艺,2.3 单级生物脱氮工艺,曝气,反硝化,沉淀,N2,污水或甲醇,出水,进水,污泥回流,曝气池:好氧条件,完成降解BOD,氨化,硝化等功能;反硝化池:缺氧,完成反硝化脱氮;沉淀池:固液分离;特点:工艺简单,但难以控制,水质也难保证.,碱,Water Pollution Control Engineering,2.4 前置反硝化工艺,A/O工艺或AN/O(缺氧/好氧工艺anoxic/oxic):,反硝化,曝气,沉淀,反硝化池:缺氧,完成反硝化脱氮曝气池:好氧条件,完成降解BOD,氨化,硝化反应等功能,N2,出水,进水,硝化液内循环,污泥回流,生物脱氮工艺,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮工艺,AN/O工艺特点:1).反硝化反应器前置,氨化和硝化在后,不需要外加碳源,反硝化的碳源从污水中得到;2).亚硝化阶段需要的碱度可以得到部分补偿(35%),所以常常不需要加碱,反硝化液残留的有机物可以进一步处理;3).反硝化过程NO3-可以作为电子受体氧化有机物碳源,节省氧；4).构筑物少,流程简单,造价低,运行费用低,管理方便;5).但是出水含硝酸盐NO3,脱N效率受限制(70%),高的脱N率需要循环比大,动力消耗大,沉淀池存在反硝化过程,容易污泥上浮.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,三.生物脱氮新理论传统脱氮理论:硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成,两菌对环境条件的要求不同,这两个过程不能同时发生,而只能序列式进行，即硝化反应在好氧条件下,反硝化反应在缺氧或厌氧条件下.因此生物脱氮工艺是将缺氧区与好氧区分开的分级硝化反硝化工艺,或在两个分离的反应器中进行,或在时间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行(SBR),以便硝化与反硝化能够独立地进行.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,3.1 同步硝化反硝化：微环境理论认为,由于氧扩散的限制,在微生物絮体或者生物膜内产生溶解氧梯度,即微生物絮体或生物膜的外表面溶解氧浓度高,深入絮体内部,氧传递受阻及外部氧的大量消耗,产生缺氧区,从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境.宏观环境论认为，由于氧气扩散速率的限制，曝气池内形成局部缺氧/厌氧环境,随时间分布厌氧/缺氧环境.微生物学研究发现,存在好氧反硝化细菌和异养反硝化细菌(硝化),低DO下，一些硝化菌可以进行反硝化作用。打破了传统理论的硝化反应只能由自养细菌完成和反硝化只能在厌氧条件下进行的观点.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,同步硝化反硝化具有以下特点：(1)NO2无须氧化为NO3便可直接进行反硝化反应，因此,整个反应过程加快,水力停留时间缩短,反应器容积减小；(2)亚硝化反应仅需75的氧,需氧量降低,节约能耗；(3)硝化菌和反硝化菌在同一反应器中同时工作,脱氮工艺简化而效能提高；,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,(4)将有机物氧化,硝化和反硝化在反应器内同时实现,既提高脱氮效果,又节约曝气和混合液回流所需的能源；(5)反硝化产生的OH可以中和硝化产生的部分H+,减少了pH值波动,使两个生物反应过程同时受益,提高了反应效率；(6)为反硝化提供了碳源,促进同步硝化反硝化的进行,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,3.2 短程硝化反硝化：传统理论认为,生物脱氮需经过如下过程：NH4+NO2 NO3 NO2 N2 氨化 亚硝化 硝化 反 硝 化而短程反硝化就是在硝化过程中造成一定的特殊环境使NH4+正常硝化到NO2,而NO2氧化到NO3的过程受阻,形成所谓的“NO2积累”后直接进行反硝化,也可称为不完全硝化反硝化:NH4+NO2 N2,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,实现短程反硝化的关键在于将NH4+氧化控制在NO2阶段，阻止NO2的进一步氧化，因此，如何持久稳定地维持较高浓度的NO2的积累及影响NO2积累的因素.因为影响N 积累的控制因素比较复杂，并且硝化菌能够迅速地将NO2转化为NO3，所以要将NH4+的氧化成功地控制在亚硝酸盐阶段并非易事.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,工艺特点：(1)硝化阶段可减少25左右的需氧量，反硝化阶段可减少30左右的有机碳源，降低了能耗和运行费用；(2)反应时间缩短，反应器容积可减小3040左右；(3)具有较高的反硝化速率(NO2 的反硝化速率通常比NO3的高63左右；(4)污泥产量降低(硝化过程可少产污泥33-35左右，反硝化过程中可少产污泥55左右).,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,SHARON工艺:利用硝化菌在较高的温度下生长速率低于亚硝化菌这一事实,开发在较高温度下实现生物脱氮处理.工艺的核心是通过污泥龄和反应温度实现将硝化菌淘汰,但留下亚硝化菌.,Water Pollution Control Engineering,生物脱氮理论进展,3.3 厌氧氨氧化(ANAMMOX)：是指在厌氧条件下,微生物直接以NH4+为电子供体,以NO3或NO2为电子受体,将NO3,NO2,NH4+直接转变成N2的生物转化过程.反应可以如下方式存在：5NH4+3NO3 4N2+9H2O+2H+(1)NH4+NO2 N2+2H2O(2),Water Pollution Control Engineering,工艺特点：(1)无需外加有机物作电子供体,既可节省费用,又可防止二次污染；(2)硝化反应每氧化lmolNH4+耗氧2mol,厌氧氨氧化每氧化lmol NH4+只需要0.75mol氧,耗氧下降62.5,能耗低；(3)硝化反应氧化lmol NH4+可产生2molH+,反硝化产生lmol OH-,而氨厌氧氧化的生物产酸量降低1/2,产碱量降至为零;(4)在厌氧条件下直接利用NH4+作电子供体,无需供氧,无需外加有机碳源维持反硝化,无需额外投加酸碱中和试剂,故降低了能耗,节约了运行费用,用时还避免了因投加中和试剂有可能造成的二次污染问题.,生物脱氮理论进展,Water Pollution Control Engineering,3.生物除磷原理与工艺,生物除P机理生物除磷新技术生物除磷工艺 3.1 A/O工艺 3.2 Phostrip工艺:,生物除磷原理与工艺,化学除磷,是利用磷酸盐与Fe3+,Al3+或Ca2+反应形成不溶性沉淀而将溶解性的磷去除的.5Ca2+3PO43+OH=Ca5(PO4)3OH Al3+PO43=AlPO4 Fe3+PO43=FePO4 多余的Fe3+,Al3+或Ca2+继续与水或CO32 形成Fe(OH)3,Al(OH)3 或CaCO3等沉淀.化学法除磷效果较好,去除率高,磷不二次释放,但形成的含磷污泥较多.,Water Pollution Control Engineering,生物除磷原理,一.生物除P机理：1.1 基本过程：厌氧释放磷，好氧吸收磷厌氧时:厌氧发酵产酸菌将污水有机物转化为乙酸苷；聚P菌将体内聚P分解,多余能量吸收挥发性脂肪酸转化为聚羟基丁酸(PHB)或PHV等,聚P分解为无机P释放到水中.好氧时:聚P菌将PHB分解,多余能量吸收水中溶解性磷酸盐为ATP并部分转化为聚P并储存在体内,即好氧吸P,好氧吸P所吸收的P是过多的,并非生物需要量的P.厌氧产生的PHB多有利于好氧吸收磷。通过排放高含P的剩余污泥将P从系统中除去.,Water Pollution Control Engineering,生物除磷原理示意图,有机物,乙酸苷,产酸菌,聚磷菌,PHB,聚磷菌,PHB,厌氧环境,好氧环境,生物除磷原理,Water Pollution Control Engineering,生物除磷原理,1.2.生物影响除P因素DO：厌氧反应器应该尽可能没有电子受体O2、或NO3-,厌氧需要DO0,NO3-0,好氧区需要氧,但曝气时间不宜过长,否则P可能重新释放出来.污水性质：BOD/TKN要大,容易生物降解有机物如低级脂肪酸对厌氧释放P过程有利,一些酸碱物质等有利于厌氧释放P.,Water Pollution Control Engineering,生物除磷新技术,反硝化除磷技术是指反硝化除磷菌(Denitrifying Phosphorus removal Bacteria，DPB)经厌氧释磷后，在缺氧条件下以硝酸盐作为吸磷的电子受体，同步实现脱氮和除磷.特点:缓解了反硝化和释磷对耗氧有机物(以COD计)的需求矛盾,PHB 一碳两用;克服了硝酸盐对磷释放的不利影响,硝酸盐电子手体,节省氧量;反硝化菌和聚磷菌(PAO)所需的最佳SRT相抵触等矛盾.,Water Pollution Control Engineering,三、生物除磷工艺3.1 AP/O工艺A/O工艺(anaerobic/oxic)是厌氧/好氧工艺,工艺简单,水不内循环,比较与生物脱N的A/O工艺异同.厌氧池-释放P,有机物厌氧分解;曝气池-吸收P,去除BOD;沉淀池-泥水分离.,厌氧池,曝气池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,生物除磷工艺,Water Pollution Control Engineering,3.2 Phostrip工艺:是化学除磷与生物除磷相结合的工艺,工艺流程:,生物除磷工艺,Water Pollution Control Engineering,厌氧池,曝气池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,混合池,搅拌池,沉淀,化学污泥,石灰,Phostrip工艺特点:除磷效果好,除磷稳定,一般出水磷浓度达到1mg/L以下,但是没有脱氮的功能;污泥含磷率高,可以作为肥料使用;工艺流程复杂,管理难度高,需氧投加石灰,基建和运行费用较大,生物除磷工艺,Water Pollution Control Engineering,4.同步生物脱氮除磷工艺,同步生物脱N与除P工艺(1)A/A/O工艺(2)Bardenpho工艺(3)UCT工艺(4)Johannesburg工艺(5)SBR工艺(6)氧化沟工艺,同步脱N除P工艺,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,同步生物脱N与除P 生物脱N与除P要求的环境条件接近，脱N是缺氧与好氧交替，除P是厌氧与好氧交替，所以在工艺上可以实现既脱N又除P的功能。,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,同步生物脱N除P工艺:(1)A/A/O工艺,A2/O工艺,厌氧/缺氧/好氧工艺.,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,第一A池(anaerobic)-厌氧池,释放P和部分有机物厌氧分解；第二A池(anoxic)-缺氧池,生物脱N,NO3来自回流；O池(oxic)-好氧池,有机物降解,氨化,亚硝化,硝化,吸收P；沉淀池-污泥与水分离。,厌氧池,缺氧池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,A/A/O工艺流程图,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,特点：最简洁的同步生物脱N除P工艺,构筑物少,两个A池需要慢速搅拌,不需外加碳源和碱度,运行费用低,脱N除P效果不高.回流污泥硝酸盐问题；内循环不经过厌氧池，厌氧不足,影响污泥除磷效率;二沉池反硝化；泥龄兼顾。,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,倒置A2/O工艺：第一A池(anaerobic)-缺氧池,生物脱N,NO3来自回流；第二A池(anoxic)-厌氧池,释放P和部分有机物厌氧分解；O池(oxic)-好氧池功能；沉淀池-功能。,缺氧池,厌氧池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,倒置A2/O工艺流程图,Water Pollution Control Engineering,沉,(2)Bardenpho工艺四级串连工艺,即缺氧/好氧/缺氧/好氧工艺,理解为两级串连的A/O工艺,第一级A/O工艺设置污水回流.特点:脱N效果好,除P一般,工艺较复杂,构筑物较多.,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,Bardenpho工艺流程图,Water Pollution Control Engineering,缺氧池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,缺氧池,好氧池,回流污水,第一缺氧池-脱N释放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脱N释放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解。,同步脱N除P工艺,改进的Bardenpho工艺流程图:厌氧池:释放磷;第一缺氧池-脱N释放P;第一好氧池-BOD降解,吸收P,硝化(程度低)；第二缺氧池-脱N释放P;第二好氧池-吸收P,硝化,BOD降解,除N2功能。强化了除磷的功能,但构筑物多,工艺复杂.,同步脱N除P工艺,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,(3)UCT工艺，厌氧/缺氧/好氧工艺。避免(AAO工艺)厌氧池由于污泥回流带入的少量NO3-给释放P的影响；厌氧池的污泥减少由缺氧池回流补充(但是回流污泥浓度不高，造成厌氧池MLSS低).,厌氧池,缺氧池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,回流1,回流2,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,(4)Johannesburg工艺(约翰内斯堡)减少回流,缺氧池有足够的水力时间,厌氧池NO3-浓度低,效率高.,缺氧池1,厌氧池,沉淀池,进水,出水,剩余污泥,回流污泥,好氧池,缺氧池2,Water Pollution Control Engineering,缺氧池1,仅处理回流污泥，体积小,(5)SBR工艺:1.反硝化脱N;2.释放P,有机物厌氧分解;3.有机物好氧分解,吸收P,BOD降低,氨化;4.吸收P,亚硝化,硝化;5.泥水分离具有较高的脱N除P效率,运行灵活,工艺简洁,Water Pollution Control Engineering,缺氧,厌氧,好氧,好氧,沉淀,1,2,3,4,5,进水,出水,排泥,同步脱N除P工艺,(6)氧化沟工艺:特点:推流与完全混合工艺特点;DO存在浓度梯度,具有显著的脱氮功能,有除磷效果;出水水质好;形式:Carrousel氧化沟.Orbal氧化沟.一体化氧化沟。,同步脱N除P工艺,Water Pollution Control Engineering,同步脱N除P工艺,同步生物脱N除P工艺存在问题：生物脱N要求低的污泥负荷,长的泥龄,而生物除P要求高的负荷,较低的泥龄.为了脱N效果,要充分曝气以完成硝化过程,会对吸收P产生不利影响,生物脱N必须的NO3对生物除P的过程有抑制作用,解决此问题则工艺复杂(反硝化除磷).同步生物脱N除P在沉淀池前必需为好氧池,有部分NO3不能去除,只能依靠加大回流来提高脱N效率,动力消耗大.系统抗冲击负荷能力低(不能完全混合).,Water Pollution Control Engineering,N,P处理主要问题,1.传统工艺要同时获得高的N、P去除率有困难,N、P 同时高的污水需采取其他措施;需要双污泥系统,工艺过分复杂.2.出水TP和TN超标与污泥沉降不完全有很大关系(BOD5也是),改善沉降性能或外加过滤措施;3.与进水的TN和TP相比,传统工艺的碳源相对不足,工艺需要改进和完善.,Water Pollution Control Engineering,5.脱氮除磷工艺设计,脱N除P工艺设计与计算1.生物脱氮设计计算 1.1 水质要求 1.2 脱氮设计计算 1.3 设计举例2.生物除磷设计计算,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺设计与计算：1.生物脱氮设计计算确定污水水质参数；根据污水性质选择合适的脱N除P工艺；计算各反应器容积和水力停留时间；计算需要氧的量；计算碱度。,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,1.1水质要求:1.脱氮时，污水中的五日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于4(C/N4)；2.除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大于17(C/P17)；3.同时脱氮、除磷时，宜同时满足前两款的要求；4.好氧区（池）剩余总碱度宜大于70mg/L（以CaCO3 计），当进水碱度不能满足上述要求时，应采取增加碱度的措施。,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,1.2脱氮设计计算:当仅需脱氮时，宜采用缺氧好氧法（AN/O 法）。1.生物反应池的容积，按活性污泥法一般公式计算时，反应池中缺氧区（池）的水力停留时间宜为0.53h。2.生物反应池的容积，采用硝化、反硝化动力学计算时，按下列规定计算。,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,1)缺氧区(池)容积，可按下列公式计算：Vn=Nk-进水凯氏氮浓度(总氮更妥Nt)Nte-出水总氮浓度Kde-脱氮速率,温度校正:Kde(T)=Kde(20)1.08(T-20)0.12-活性污泥的N元素占污泥VSS的比例,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,2)好氧区(池)容积，可按下列规定计算：V=其他并无差异,污泥龄(好氧池)co=FF:安全系数,n硝化菌比增殖速率,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,硝化菌比增殖速率:nm 硝化菌最大比增殖速率;Na 硝化菌的底物浓度,即NH3浓度;Kn 硝化反应的半速度常数;DO 溶解氧浓度Ko 溶解氧影响的开关系数;Kdn 硝化菌的内源代谢系数。,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,硝化池内DO浓度较高，如果忽略内源代谢，忽略溶解氧影响的开关系数，再考虑温度影响：,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,3）需氧量计算：与一般的活性污泥相比，增加了因为硝化而需要的氧，该部分就是凯氏氮的去除总量氮的氧当量系数4.57:氮的总去除量：所以需氧量(生物脱氮工艺的理论需氧量)：,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,如果工艺具有前置反硝化(或反应器不分开)，则由于反硝化可以以NO3代谢掉部分有机物，所以这部分“节省”的氧应该扣除(除非外加碳源)：Nk0，Nke分别为进水出水凯氏氮浓度；Nt0，Nte分别为进水出水总氮浓度。,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,4.57:1mol的氨N(14g)彻底氧化需要转移8mol电子,即2mol O2(64g)64/14=4.572.86:1mol硝酸根还原转移5mol电子,即1.25mol O2(40g)40/14=2.86,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,4）混合液回流比，可按下列公式计算：假设理想反应器(AN/O工艺)，有机N和氨N在好氧反应器内可以完全氧化为NO3-；回流到缺氧反应器的NO3-可以完全被反硝化为N2：则，好氧反应器O的末端出水硝酸盐N的总量，是浓度 Nte与流量的积：(RiR+1)QNte与原进水总N量相等：QNt0(RiR+1)QNte=QNt0,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,(RiR+1)QNte QNt0(RiR+1)Nte Nt0=N去除率 加大内回流比可以提高N去除率,一般Ri400%.如假设R为0.5,Ri=2.5,去除率75%;Ri=3,去除率77.8%;Ri=3.5,去除率80%,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,出水碱度=进水碱度+0.1(S0-Se)+3.57反硝化去除的N 7.14 氨氧化的N出水碱度宜大于70mg/L。,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,1.3 设计举例:1).A2O工艺(规范建议同步脱氮除磷选择工艺)2).氧化沟工艺,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,1).A2O工艺,例题：流量,平均日20000m3，进水：COD-450,BOD5-185,SS-250,TKN-40,TP-5出水：COD-70,BOD-20,SS-20,TN-15,TP-1先计算污水设计流量:一级构筑物Kz为1.59;生化处理构筑物Kz 为1.30.二级生化处理构筑物反应器容积计算方法：方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率；方法2：按照污泥负荷.,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,方法1：按照反硝化速率和硝化菌比增殖速率：(1):厌氧池计算：水力时间 V=QtQ为设计流量,Q=平均流量变化系数，t为水力停留时间，h。t取2.0h，变化系数取1.3，平均流量833m3/h V=8331.32.0=2166 m3厌氧池容积2166 m3,水力停留时间2.0h,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,回流污泥浓度与SVI：SVI=SV/MLSS，曝气池的MLSS曝气池MLSS/沉淀池下部污泥区的污泥浓度MLSS=SVMLSS曝/MLSS沉=SVSVI=1/MLSS沉=1/Xr(Xr回流污泥浓度)如SVI=100mL/g,则回流污泥浓度=1/100mLg-1=1g/100m L=10000mg/L，如SVI=80 mL/g,则回流污泥浓度=1/80mLg-1=1.25g/100mL=12500mg/L。,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,反应器内污泥浓度：X=r/(1+r)XrX反应器内污泥浓度，r污泥回流比,取0.4，Xr回流污泥浓度 X=Xr,SVI取75，则Xr=13333 mg/L SV取30，X=4000mg/L,MLVSS=0.74000=2800mg/L,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,(2).缺氧池计算：反硝化速率V=Q设计流量，Nk、Nte分别为进水TKN,出水TKN,Kde反硝化脱N速率反硝化脱N速率温度校正：Kde(T)=Kde(20)1.08(T-20)Xv Q(S0-Se)Yobs20000(185-20)0.4=1320kg/d表观产率系数取0.4,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,内源代谢系数Kde取0.05水力停留时间3511/1083=3.2h,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,(3)好氧池计算：水力时间,根据硝化菌计算出水NH3-N浓度取1mg/L,半速度常数为1mg/L,忽略溶解氧开关系数，内源代谢系数取0.02:,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,安全系数取2.0,水力停留时间5700/1083=5.3h,脱N除P工艺计算,方法1结果:厌氧池:2166 m3,水力停留时间2.0h缺氧池:3511 m3,水力停留时间3.2 h好氧池:5700 m3,水力停留时间5.3h合计:11377m3,水力停留时间10.5h,Water Pollution Control Engineering,2按照污泥负荷厌氧池计算同上述方法；缺氧好氧池(A/O)计算：作为整体，按污泥负荷计算，VAO=N0污泥容积负荷(kgBOD5/kgMLVSSd)，X污泥浓度，MLVSS。注意污泥浓度单位的一致。,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,VAO=按照A池:O池=1:3的比例计算各自的容积：VA=2553 m3VO=7660 m3,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,脱N除P工艺计算,方法2结果:厌氧池:2166 m3,水力停留时间2.0h缺氧池:2553 m3,水力停留时间2.36h好氧池:7660 m3,水力停留时间7.07h合计:12380 m3,水力停留时间11.4h,Water Pollution Control Engineering,2).氧化沟工艺(Carrousel):Q=40000m3/d,进水:BOD5=200mg/L,TSS=240mg/L,VSS=200mg/L;TKN=35mg/L;碱度=250mg/L(以CaCO3计)出水:BOD5=30mg/L,TSS=30mg/L,NH3-N=2mg/L;NO3-N=10mg/L.设2组氧化沟,MLSS取4000mg/L,f=0.7.池内DO浓度为2.0mg/L,产率系数0.5,内源代谢系数0.05.设计温度以10度计算,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,(1).计算污泥龄:,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,Kn=100.051T-1.158=0.225 mg/L出水氨浓度Na:2.0 mg/L溶解氧开关系数:0.45-2 mg/L,这里取2.,污泥龄,安全系数取2.5:co=F=25.4d为更安全，污泥龄取30d.,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,校正温度：,(2)计算反应器容积:,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,考虑反硝化需要的容积:经过计算V=9009m3合计容积:23580m3 水力停留时间:14.1 h,(3)计算剩余污泥:,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,(4)计算需氧量:,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,(5)计算碱度对于脱N工艺,为了满足反应的需要,pH以7.2为最佳,出水碱度宜在100mg/L以上.出水碱度=进水碱度+0.1(S0-Se)+3.57反硝化去除的N 7.14 氨氧化的N 出水碱度=250+0.1(170)+3.5719 7.14 29=128mg/L经过计算进水总N中约有4mg/L氮转化为生物体在属剩余污泥中,这部分可不予计算.剩余污泥1360kg/d约12%含N,163.2kg/d,相当于进水4.08mg/L满足规定,可不要加入碱,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,2.生物除磷设计计算当仅需除磷时，宜采用厌氧好氧法（AP/O 法）。1 生物反应池的容积，按活性污泥一般公式计算时，反应池中厌氧区（池）和好氧区（池）之比，宜为1:21:3；2 生物反应池中厌氧区（池）的容积，可按下列公式计算：Vp=tpQtp是厌氧区停留时间.,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,脱N除P工艺计算,Water Pollution Control Engineering,1.叙述生物脱氮和生物除磷的原理,并比较生