脱氮除磷核心问题最强总结
1.
如何去除废水中的氮？
脱氮技术有化学法和生物法，由于化学法会产生二次污染且成本较高，因此一般采用生物脱氮技术。
1.生物脱氮
废水生物处理反硝化主要依靠一些专化细菌来实现氮形态的转化。
含氮有机物在微生物的作用下，首先被分解转化成氨氮NH4+或NH3，这个过程称为“氨化反应”。
硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐，这一过程称为“硝化作用”；
反硝化细菌将硝酸盐转化为氮气，这一反应称为“反硝化”。
含氮有机化合物最终转化为氮气并从废水中去除。
1.硝化过程
硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐的过程称为硝化作用。硝化作用是一个两步过程，利用两种微生物，亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌。这两类细菌统称为硝化细菌。这些细菌使用的碳源是无机碳，例如 CO32-、HCO3- 和 CO2。
第一步是亚硝酸盐细菌将氨氮转化为亚硝酸盐，第二步是硝酸盐细菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。
这两个过程都会释放能量，硝化细菌利用这些能量来合成新的细胞，维持正常的生命活动。氨氮转化为硝酸盐氮，并不是脱氮，而是减少了其需氧量。
氧化1g氨氮约需要4.3gO2和8.-（相当于7.碱度）。
影响硝化过程的因素：
1）温度：硝化反应最适宜的温度范围为30~35℃。温度不仅影响硝化细菌的特定生长速率，还影响硝化细菌的活性。
2）溶解氧：硝化反应必须在有氧条件下进行，溶解氧浓度0.5~0.7mg/L是硝化细菌能忍受的极限，当溶解氧低于2mg/L时，氮气可能被完全硝化，但需要较长的污泥停留时间，因此混合液的溶解氧浓度一般应维持在2mg/L以上。
3）pH值与碱度：硝化细菌对pH值特别敏感，硝化反应最适pH值在7.2~8之间。硝化1g氨氮大约需要7.0%的碱度。如果污水中没有足够的碱度进行缓冲，硝化反应就会造成pH值下降，反应速度减慢。
4）毒性物质：过量的氨氮、重金属、毒性物质及某些有机物质对硝化反应有抑制作用。
5）泥龄：一般来说，系统泥龄应为硝化细菌生成期的两倍以上，一般不应少于3-5天。冬季水温较低时，要求泥龄较长。为保证全年硝化反应充分进行，泥龄通常大于10天。
6）碳氮比：BOD5与TKN的比值即C/N，是活性污泥系统中异养细菌与硝化细菌竞争底物和溶解氧能力的指标。不同的C/N直接影响反硝化效果。一般认为，当处理系统的BOD5负荷低于0./(MLVSS·d)时，硝化反应能正常进行。
2. 反硝化过程
反硝化过程就是反硝化细菌对硝酸盐进行异化的过程，即硝化细菌生成的硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原为氮气然后从水中溢出。
反硝化过程主要在缺氧条件下进行，溶解氧浓度不能超过0.2mg/L，否则反硝化过程停止。
反硝化也分为两步，第一步是硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步是亚硝酸盐转化为一氧化氮、一氧化二氮和氮气。
影响反硝化的因素：
1）温度：脱硝最适宜的温度范围为35~45℃。
2）溶解氧：为保证反硝化过程的进行，必须保持严格的缺氧状态，保持氧化还原电位在-50～-110mV；为使反硝化反应正常进行，悬浮活性污泥系统中的溶解氧必须保持在0.2mg/L以下；附着生物处理系统可容忍更高的溶解氧浓度，一般在1mg/L以下。
3）pH值：最佳范围为6.5~7.5。
4）碳源有机物：需要提供充足的碳源，不同的碳源物质，反硝化速率会有所不同。
5）碳氮比：理论上1g硝酸氮转化成氮气需要2.86g碳源BOD5。
很多人不知道2.86这个数字是怎么得来的，我来解释一下（引用一位专家的解释）：
我们说C的时候其实更多的时候指的是COD（化学需氧量）。所谓C/N其实就是COD/N。COD是通过需氧量来测量有机物含量的一种方法。比如甲醇氧化的过程可以用公式（1）表示。两者并不等同，但是是成比例增加的。有机物越多，需要的氧气就越多。因此，我们可以用COD来表征有机物的变化。
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O（1）
a.反硝化过程中，如果不考虑微生物本身的生长，其方程很简单，通常以甲醇为碳源来表示。
6NO3-+→3N2+5CO2+7H2O+6OH-（2）
由公式（1）可得到甲醇与氧气（即COD）的对应关系：1mol甲醇对应1.5mol氧气。由公式（2）可得到甲醇与NO3-的对应关系，1mol甲醇对应1.-，二者对比可得-N对应1.，即14gN对应40gO2，故C/N=40/14=2.86。
b.反硝化过程中，如果计入微生物自身的生长，如公式（3）所示。
NO3-+1.→0,+0.47N2+1.68CO2+HCO3-（3）
同理可算出C/N=3.70。
c. 注意：这里本来已经完成了计算，但我想对第一种情况进行扩展。下面的计算只是化学反应式的数学计算，并不代表这样的反应确实会发生。
如果我们重新排列方程（1）和（2），
N2+2.5O2+2OH-→2NO3-+H2O
有负离子的话比较不方便，所以我们从两边都减去2OH-。
N2+2.5O2→N2O5
其中N来源于NO3-，O可以代表有机质，因此，无微生物生长的反硝化对应的理论碳源需求实际上相当于N2氧化成N2O5的需氧量，更进一步说就是N2O5分子中O/N的质量比。
这个就更简单了，C/N=16×5/(14×2)=20/7=2.86
可以推导出NO2--N纯反硝化的理论C/N比为N2O3分子中O/N的质量比=16×3/(14×2)=12/7=1.71
6）有毒物质：镍浓度大于0.5mg/L、亚硝酸盐含量超过30mg/L或盐浓度高于0.63%都会抑制反硝化作用。
3 生物反硝化的基本条件
1）硝酸盐：硝酸盐的生成和存在是反硝化的前提条件，污水中的含氮有机物，如蛋白质、氨基酸、尿素、脂类、硝基化合物等，首先要转化为硝酸盐氮。
2）无溶解氧：反应器中的氧气会被生物优先利用，从而减少反应器可反硝化的亚硝酸盐量。当溶解氧超过0.2mg/L时，就没有明显的反硝化效果了。
3）兼性细菌：大多数情况下，细菌一般都有反硝化的习性，污水处理中的微生物在反硝化过程中，反复在好氧和缺氧条件下交替进行，其中以兼性细菌为主。
4）电子供体：生物反硝化的能量来源于碳质有机物，碳质有机物在反硝化过程中起电子供体的作用。反硝化时废水中必须有足够的有机物，否则需外加甲醇、乙醇、乙酸等碳源。
4、废水生物脱氮处理方法
生物脱氮工艺是一个包含硝化和反硝化过程的单级或多级活性污泥系统。从完成生物硝化过程的反应器角度，脱氮工艺可分为微生物悬浮生长型（活性污泥法及其变型）和微生物附着生长型（生物膜反应器）两大类。
多级活性污泥系统具有多级污泥回流系统，是硝化和反硝化分开进行的传统生物脱氮方法。该工艺可以达到相当好的BOD5去除和反硝化效果，但其缺点是流程长、构筑物多、基建费用高、需外加碳源、运行费用高，出水中残留一定量的甲醇。
单级活性污泥系统是在一个活性污泥系统中实现含碳有机物的氧化、硝化和反硝化作用，只有一个沉淀池，即污泥回流系统。
单级活性污泥反硝化工艺的代表方法有缺氧/好氧（A/O）工艺和四级工艺（A/O/A/O），其他方法还包括厌氧/缺氧/好氧（A2/O）工艺、（五级）工艺、UCT工艺、VIP工艺等。
此外，氧化沟、SBR工艺、循环活性污泥工艺等通过调节运行方式而具有脱氮功能时，也归为单级活性污泥脱氮系统。其中A2/O工艺、SBR工艺、UCT工艺、VIP工艺等同时具有脱氮除磷功能。
生物膜反应器适合世代周期较长的硝化细菌生长，其中固定的微生物为硝化细菌和反硝化细菌提供了各自适宜的生长环境，因此在一般的生物膜反应器中，硝化和反硝化过程也是同时存在的。
在现有的活性污泥处理工艺中，通过投加粉末活性炭等载体，不仅可以提高去除BOD5的能力，而且可以提高整个系统的硝化、反硝化效果。若将已经硝化的废水回用到低速生物转盘、小风量的生物滤池等缺氧生物膜反应器中，无需污泥回流，就能达到更好的反硝化效果。
2.化学反硝化
氨氮浓度大于500mg/L的废水称为高浓度氨氮废水，工业废水、城镇生活污水中氨氮含量急剧上升，呈现氨氮污染源多、排放量大、浓度升高的特点。
高氨氮废水的处理技术主要有空气吹脱法、化学沉淀法等。
1.吹扫法
将空气通入废水中，使废水中的溶解气体和挥发性溶质由液相转移到气相，从而对废水进行处理的过程称为汽提。常见的工艺流程如图1所示。
吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速率理论。将氨氮废水的pH值调至碱性，此时铵离子转化为氨分子。然后将气体通入水中，使之与液体充分接触，废水中溶解的气体和挥发性的氨分子通过气液界面转移到气相中，从而达到去除氨氮的目的。通常用空气或水蒸气作为载气，前者称为空气吹脱，后者称为蒸汽吹脱。
汽提法效率高，氨氮去除率可达90%以上，但能耗较大，一般用于炼钢、化肥、石化等行业，其优点是氨可以回收利用，经汽提处理后，可回收氨质量分数在30%以上的氨水。
空气吹脱法虽然效率低于蒸汽吹脱法，但能耗低，设备简单，操作方便，当氨氮总量不高时，采用空气吹脱法比较经济。同时可以用硫酸作吸收剂，吸收吹脱出来的氨氮，生成的硫酸铵可制成肥料。
但在大型氨汽提-汽提塔生产过程中，水垢的生成是一个比较棘手的问题，加装喷淋水系统可以有效解决软垢问题，但喷淋装置无法消除硬垢。另外，低温下氨氮去除率低，汽提气形成二次污染。因此，汽提法一般与其他氨氮废水处理方法联合使用，对高浓度氨氮废水进行预处理。
最佳剥离工艺条件如表1所示。
通过对表1的比较分析，我们可以得出结论：
（1）反萃取法适宜的pH值一般在11左右；
（2）从经济因素考虑，30-40℃左右的温度较为可行，且处理率较高；
（3）脱漆时间约为3小时；
（4）气液比约为5000：1，汽提温度越高，气液比越小；
（5）经过汽提后废水浓度可降至中、低浓度；
（6）反硝化率基本保持在90%以上。虽然吹脱法可以去除大部分氨氮，但处理后的废水中氨氮仍然高达100mg/L以上，不能直接排放，需要后续深度处理。
2、化学沉淀法（磷酸铵镁沉淀法）
化学沉淀的原理是向氨氮废水中添加含Mg2+和PO43-的试剂，使废水中的氨氮和磷以鸟粪石（磷酸铵镁）的形式沉淀下来，同时回收废水中的氮和磷。
化学沉淀法的优点是：工艺设计和操作比较简单；反应稳定，受外界环境影响较小，抗冲击能力强；脱氮率高，效果明显。生成的磷酸铵镁可作为无机复合肥料，解决了氮回收和二次污染问题，具有良好的经济效益和环境效益。磷酸铵镁沉淀法适用于处理氨氮浓度较高的工业废水。
表2总结了一些采用化学沉淀法处理氨氮废水的案例。
可以看出磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水的适宜条件为：pH值为9.0左右，n(P):n(N):n(Mg)为1:1:1.2左右，磷酸铵镁沉淀法反硝化率能保持较高的水平，一般可达90%以上。
低浓度氨氮工业废水处理技术
废水中的氨氮主要有两种类型：一种是氨水形成的氨氮，一种是无机氨形成的氨氮，主要有硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一。该类废水回用时，还会腐蚀管道中的金属，缩短设备管道寿命，增加维护成本。
目前工业上常用处理低浓度氨氮的技术主要有吸附法、断点氯化法、生物法、膜技术等。
1.吸附法
吸附是一种或几种物质（称为吸附质）在另一种物质（称为吸附剂）表面自动发生浓度变化的过程，其实质是从液相或气相向固体表面的物质传递现象。
吸附是处理低浓度氨氮废水最有前途的方法之一，吸附法常采用多孔固体作为吸附剂，根据吸附原理不同可分为物理吸附、化学吸附和交换吸附。
处理低浓度氨氮废水最理想的方法是离子交换吸附，属于交换吸附方法的一种，利用吸附剂上的可交换离子与废水中的NH4+进行交换，吸附NH3分子，达到去除水中氨的目的，这是一个可逆过程，离子间的浓度差和吸附剂对离子的亲和力为吸附过程提供动力。
常用的吸附性能较好的吸附剂有：沸石、活性炭、煤、离子交换树脂等，这些吸附材料根据其吸附原理不同，对不同的吸附质有不同的吸附效果。
此法一般只适用于低浓度氨氮废水，对于高浓度氨氮废水，采用吸附法会因频繁更换吸附剂而造成操作困难，因此需要结合其他工艺才能完成脱氮过程。吸附法所用的吸附剂很多，但不同吸附剂对废水中氨氮的吸附量差别很大，表3对比了部分吸附剂的吸附效果。
从表3可以看出，传统的吸附剂如沸石、交换树脂等，对氨氮的处理率较高，一般可达90%以上。
2.断点氯化法
断点氯化是污水处理工程中常用的一种脱氮工艺，其原理是将氯气通入氨氮废水中，达到某一临界点，使氨氮在化学过程中氧化成氮气。反应方程式为：NH4++1.5HOCl→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
断点加氯法的优点是：处理效率高、效果稳定，去除率可达100%；此法不受盐含量影响，不受水温影响，操作简便；有机物含量越低，氨氮处理效果越好，且无沉淀产生；初投资小，反应迅速、完全；可对水体进行杀菌消毒。
但断点氯化法只适用于低浓度废水的处理，因此多用于氨氮废水的深度处理。该方法的缺点是：液氯消耗量大，成本高，对液氯的储存和使用安全要求高，反应副产物氯胺和氯化有机物会对环境造成二次污染。
3. 不同浓度氨氮工业废水处理方法比较
2.
如何去除废水中的磷？
常规的生物处理方法通过剩余污泥的排放和处理，可以去除废水中的部分磷。一些特殊工艺或具有除磷功能的普通工艺，调整运行方式后，可以达到较好的除磷效果。具体方法有A/O、A²/O、SBR、氧化沟等。但生物处理的除磷效果有限。当磷排放标准很高时，往往需要采用化学除磷或将生物法与化学除磷相结合。
化学除磷是向水中添加化学药剂，使之生成不溶性磷酸盐，然后通过沉淀、气浮或过滤等方法去除污水中的磷。化学除磷常用的药剂有石灰、铝盐、铁盐等。
1.首先我们来谈谈化学方法
1、石灰除磷
石灰脱磷是加入石灰与磷酸盐发生反应，生成羟基磷灰石沉淀的过程。
由于石灰进入水后首先和水的碱度发生反应，生成碳酸钙沉淀，然后过剩的钙离子又能和磷酸盐发生反应，生成羟基磷灰石沉淀，因此，所需石灰的用量主要取决于所要处理废水的碱度，而不是废水中的磷酸盐含量。
此外，废水的镁硬度也是影响石灰除磷的一个因素，因为在高pH条件下，生成的Mg(OH)2沉淀为胶体沉淀，不仅消耗石灰而且也不利于污泥脱水。
pH对石灰除磷影响很大，随着pH的升高，羟基磷灰石的溶解度急剧下降，即除磷率增大。当pH大于9.5时，水中的磷酸盐全部转化为不溶性沉淀物，一般pH控制在9.5～10之间，除磷效果最好。
不同废水需通过实验确定石灰的加入量。
石灰除磷具体方法有三种，一是在污水厂初次沉淀池前投加石灰，二是在生物处理系统后投加石灰并配备再碳化系统。
2、铝盐除磷
铝盐除磷常用药剂有硫酸铝和铝酸钠，区别在于加入硫酸铝会使废水pH值降低，而加入铝酸钠会使废水pH值升高，因此硫酸铝适用于碱性废水，铝酸钠适用于酸性废水。
铝盐的投加方式比较灵活，可以在初沉池前投加，也可以在曝气池中投加，也可以在曝气池与二沉池之间投加。也可以将化学除磷与生物处理系统分开，以二沉池出水为原水投加铝盐进行混凝过滤，也可以在滤池前投加铝盐进行微絮凝过滤。
在初沉池前投加，可提高初沉池对有机物、SS的去除率；在曝气池与二沉池之间投加，渠道或管道内形成湍流，有利于提高药剂的混合效果；在生物处理系统后投加，由于生物处理对磷进行水解，使除磷效果更佳。
由于受废水碱度、有机物的影响，除磷的化学反应是一个复杂的过程，因此铝盐的最佳投加量不能通过计算来确定，而必须通过实验来确定。
3.铁盐除磷
三氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铁等都可以用来除磷，其中常用的是三氯化铁。
与铝盐类似，需要大量的三氯化铁才能充分与碱度反应生成Fe(OH)3，从而促使胶体磷酸铁沉淀分离。磷酸铁沉淀的最佳pH范围为4.5~5.0。实际应用中，pH值在7左右，甚至7以上，仍有很好的除磷效果。
在市政污水中添加约45~90mg/L的三氯化铁，可去除85%~90%的磷。与铝盐一样，铁盐可以在预处理、二级处理或三级处理阶段添加。
但化学除磷会带来一些问题：
1、化学除磷最大的问题是会明显增加污水处理污泥量。
因为除磷过程中产生的金属磷酸盐和金属氢氧化物以悬浮物形式存在于水中，最终变成污泥。在初沉池前投加金属盐，将使初沉池污泥量增加60%~100%，整个污水处理厂污泥量将增加60%~70%。在二级处理过程中投加金属盐，将使剩余污泥量增加35%~45%。
2、化学除磷会使污泥浓度降低20%左右，从而增加污泥量，增加污泥的处理和处置难度。
3、采用化学除磷时，出水可溶性固体含量增加，若固液分离不好，铁盐除磷会使出水略带红色。
2.生物除磷
1、生物除磷原理
污水生物除磷的原理是人为创造一个生物过量除磷过程，以达到可控的除磷效果，整个过程必须创造一个厌氧环节，利用厌氧微生物的作用，实现生物除磷过程。
1）厌氧条件下磷的释放
在缺乏溶解氧或硝酸盐氮的情况下，兼性细菌通过发酵将可溶性BOD5转化为低分子挥发性有机酸VFA。多磷酸盐细菌从原污水中吸收这些发酵产物或VFA并运输到细胞内，同化为细胞内的碳能储存物质PHB。所需的能力来自于多磷酸盐的水解和细胞内糖的发酵，从而导致磷酸盐的释放。
2）有氧条件下的磷吸收
在有氧条件下，聚磷菌活性恢复，超过生长需要的磷以聚磷酸盐形式储存，通过PHB的氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷酸盐的合成，将能量以聚磷酸盐高能键的形式捕获并储存起来，将磷酸盐从水中除去。
3）富磷污泥排放
产生的富磷污泥以剩余污泥的形式外排，从而达到除磷的目的。从能量角度看，聚磷菌在厌氧条件下释放磷获得能量吸收废水中的溶解性有机物，在好氧条件下降解吸收溶解性有机物获得能量吸收磷。
除磷的关键是厌氧区的设置，可以说是聚磷菌的生物选择器，聚磷菌在短时间的厌氧条件下，可以吸收低分子量的底物，并快速同化和储存这些发酵产物，也就是说厌氧区为聚磷菌提供了竞争优势。
这样，能够吸收大量磷的聚磷菌就可以在处理系统中选择性增殖，通过去除磷含量高的剩余污泥，达到除磷的目的。这种选择性增殖的另一个好处是抑制了丝状菌的增殖，避免了产生沉淀性能差的污泥的可能性。因此，在厌氧/好氧生物除磷工艺中，一般不会发生污泥膨胀。
2、影响生物除磷的因素：
1）溶解氧
首先，必须严格控制厌氧区，这与多磷酸盐细菌的生长直接相关，其释放磷的能力及其合成PHB的能力，其次是使用有机溶解的氧气厌氧部分应严格控制低于0.2 mg/l，而有氧截面的DO应严格控制在2 mg/l以上。
2）厌氧区的硝酸盐氮
硝酸盐包括硝酸盐和硝酸盐。 ，这永远不会影响其发酵产品作为电子受体的发酵和酸的产生，它抑制了多磷酸细菌释放和吸收磷的能力，并合成PHB。
3）温度
一般而言，在5〜30℃的温度范围内可以实现良好的磷去除效果。
4）pH值
当pH值在6至8的范围内时，磷的释放相对稳定。
5）有机物的BOD负载和特性
通常认为，进水中的BOD5/TP必须大于15，以确保多磷酸细菌具有足够的底物，以实现理想的磷去除效果。
6）泥浆年龄
通常，为了去除磷的目的，生物处理系统的污泥年龄在3.5〜7天时受到控制。
2.从废水中去除生物磷的方法是什么？
从废水中去除生物磷包括两个过程：厌氧磷释放和有氧磷的吸收，因此，从废水中去除生物磷的过程是由两个部分组成的：根据厌氧和有氧方法的 。 去除过程。
主流磷的去除过程的厌氧部分朝着污水流的方向，最终去除磷通过残留污泥排出。
侧流过程的厌氧部分不在处理的污水的水流方向上，而是在返回污泥的侧流中。
3.磷除去磷设施的操作和管理预防措施
1）厌氧部分是生物磷去除的最关键联系，如果液压保留时间为0.5〜2H，则在进水中易于生物降解的有机物的含量应为较高的努力，以减少液压保留时间以确保在 nater。
2）如果磷排放标准很高，并且选定的磷去除过程无法满足废水要求，则可以添加化学磷去除或过滤处理以去除水中剩余的低级磷。
3）生物磷去除的机制是将溶解的磷转移到活化的污泥生物细胞中，并在污泥处理过程中将其从系统中清除，如果发生厌氧条件，则会再次释放过量污泥中的磷。
重力浓度容易产生厌氧条件。
4）污泥的主要因素影响生物氮和磷的去除量越高，所需的污泥年龄越长。
但是，如果进水BOD5较低，而活化的污泥生长缓慢，则目前不可能控制污泥的年龄。