污水处理活性污泥法基本知识：脱氮除磷原理及应用
活性污泥法作为污水处理的常用方法之一，目前是城市污水处理厂应用最广泛的方法。 本文简单介绍了活性污泥法的基础知识——脱氮除磷的原理。 和应用程序。
氮（-N）、无机氮（-N）。
有机氮包括：蛋白质、肽、氨基酸、尿素等。
来源于生活污水、农业废弃物、工业废水。
有机氮极不稳定。 无论有氧还是无氧，在微生物的作用下都会很快分解成氨氮； 如果有足够的氧气，它会继续氧化成亚硝酸氮和硝态氮，最后变成无机氮。
无机氮包括：氨氮（NH4+-N）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、硝酸盐氮（NO3--N）。
来源于有机氮转化、农业施肥和工业废水。
无机氮直接造成水体富营养化。
除氮技术分为：物理化学脱氮技术、生物脱氮技术
(1)脱氨处理(物理化学法)
原理：水中的氨氮包括氨离子（NH4+）和游离氨（NH3），存在平衡关系：
当水温T=25℃、pH≈7时，NH4+占99.4%。 当pH≈11时，NH3占90%。 调节pH值，将氨离子（NH4+）转化为游离氨（NH3），然后通过汽提塔除去。
缺点：耗碱； 氨会造成空气污染，必须回收利用。
其他方法：静电氯化、选择性离子交换、电渗析、反渗透、电解。
(2)生物反硝化原理
利用微生物吸收和转化氮。 传统活性污泥菌可去除20-40%的氮和10-30%的磷。
废水生物处理中氮的转化过程包括同化-氨化-硝化-反硝化。
①同化
微生物吸收部分NH4+-N和有机-N作为细胞成分。 用量少，氮气仅占细胞本身重量的12.5%。不是主要方式
②胺化
有机氮化合物在氨化细菌的作用下分解转化为氨氮，称为“氨化反应”。 胺化是除去羧基和氨基的过程。
氨化细菌是异养细菌，包括需氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌。 因此有机氮很容易被氨化。
③硝化作用
它是由极有限种类的自养微生物分两步完成的：1、亚硝酸菌利用氧气将氨氮转化为亚硝酸氮；2、亚硝酸盐细菌利用氧气将氨氮转化为亚硝酸氮； 2.硝酸盐细菌利用氧气将亚硝酸氮转化为硝酸氮。 这个过程统称为硝化作用。
1）硝化过程
亚硝酸细菌和硝酸细菌都是化能自养细菌，统称为硝化细菌。 它们是革兰氏阴性、无菌的短茎细菌和球菌，以二氧化碳作为碳源，从无机物的氧化中获取能量。 生长速率很低（因为NH4+-N和NO2--N的氧化过程生产率低）。
2）影响硝化反应的环境因素
温度：影响硝化细菌的比生长速率和活性。 一般4~45℃，最佳30℃。
溶解氧：硝化细菌-需氧细菌，DO影响反应速度和细菌生长速度。 一般DO≥2mg/L。
碱度和pH：如反应式所示，硝化过程产生[H+]，消耗碱度，pH会下降。 硝化细菌对pH值非常敏感（亚硝酸菌在pH=7.7~8.1时最活跃，硝化细菌在pH=7.0~7.8时最活跃）。 当pH不合适时，活性急剧下降，pH值的波动是致命的。
C/N比：硝化细菌的比生长速率很慢，比其他异养细菌高一个数量级。 污水中C/N过高（COD/TKN=10~15），不利于硝化细菌基质的竞争。
泥浆寿命短时很容易洗脱排出。
有毒物质：常规毒药对其有害，氨、亚硝酸也对其有毒。 消化污泥上清液的回流水抑制活性约20%。
活性污泥法作为污水处理的常用方法之一，目前是城市污水处理厂应用最广泛的方法。 本文简单介绍了活性污泥法的基础知识——脱氮除磷的原理。 和应用程序。
氮（-N）、无机氮（-N）。
有机氮包括：蛋白质、肽、氨基酸、尿素等。
来源于生活污水、农业废弃物、工业废水。
有机氮极不稳定。 无论有氧还是无氧，在微生物的作用下都会很快分解成氨氮； 如果有足够的氧气，它会继续氧化成亚硝酸氮和硝态氮，最后变成无机氮。
无机氮包括：氨氮（NH4+-N）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、硝酸盐氮（NO3--N）。
来源于有机氮转化、农业施肥和工业废水。
无机氮直接造成水体富营养化。
除氮技术分为：物理化学脱氮技术、生物脱氮技术
(1)脱氨处理(物理化学法)
原理：水中的氨氮包括氨离子（NH4+）和游离氨（NH3），存在平衡关系：
当水温T=25℃、pH≈7时，NH4+占99.4%。 当pH≈11时，NH3占90%。 调节pH值，将氨离子（NH4+）转化为游离氨（NH3），然后通过汽提塔除去。
缺点：耗碱； 氨会造成空气污染，必须回收利用。
其他方法：静电氯化、选择性离子交换、电渗析、反渗透、电解。
(2)生物反硝化原理
利用微生物吸收和转化氮。 传统活性污泥菌可去除20-40%的氮和10-30%的磷。
废水生物处理中氮的转化过程包括同化-氨化-硝化-反硝化。
①同化
微生物吸收部分NH4+-N和有机-N作为细胞成分。 用量少，氮气仅占细胞本身重量的12.5%。不是主要方式
②胺化
有机氮化合物在氨化细菌的作用下分解转化为氨氮，称为“氨化反应”。 胺化是除去羧基和氨基的过程。
氨化细菌是异养细菌，包括需氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌。 因此有机氮很容易被氨化。
③硝化作用
它是由极有限种类的自养微生物分两步完成的：1、亚硝酸菌利用氧气将氨氮转化为亚硝酸氮；2、亚硝酸盐细菌利用氧气将氨氮转化为亚硝酸氮； 2.硝酸盐细菌利用氧气将亚硝酸氮转化为硝酸氮。 这个过程统称为硝化作用。
1）硝化过程
亚硝酸细菌和硝酸细菌都是化能自养细菌，统称为硝化细菌。 它们是革兰氏阴性、无菌的短茎细菌和球菌，以二氧化碳为碳源，从无机物的氧化中获取能量。 生长速率很低（因为NH4+-N和NO2--N的氧化过程生产率低）。
2）影响硝化反应的环境因素
温度：影响硝化细菌的比生长速率和活性。 一般4~45℃，最佳30℃。
溶解氧：硝化细菌-需氧细菌，DO影响反应速度和细菌生长速度。 一般DO≥2mg/L。
碱度和pH：如反应式所示，硝化过程产生[H+]，消耗碱度，pH会下降。 硝化细菌对pH值非常敏感（亚硝酸菌在pH=7.7~8.1时最活跃，硝化细菌在pH=7.0~7.8时最活跃）。 当pH不合适时，活性急剧下降，pH值的波动是致命的。
C/N比：硝化细菌的比生长速率很慢，比其他异养细菌高一个数量级。 污水中C/N过高（COD/TKN=10~15），不利于硝化细菌基质的竞争。
泥浆寿命短时很容易洗脱排出。
有毒物质：常规毒药对其有害，氨、亚硝酸也对其有毒。 消化污泥上清液的回流水抑制活性约20%。
④反硝化
在缺氧/厌氧条件下，兼性异养细菌将硝酸盐氮转化为亚硝酸盐氮，然后将其还原为氮气（N2、N2O、NO）并释放出来。 此阶段去除氮，称为反硝化。
1）反硝化工艺
反硝化细菌——异养兼性厌氧菌——在自然界中大量存在。 包括变形杆菌、假单胞菌、片球菌。 在分子氧（O2）存在的情况下，利用O2呼吸作用降解有机物，在没有O2的情况下，利用NO2-和NO3-作为电子受体。
NOx-N的还原包括同化（合成细胞）和异化（分解和反硝化成N2）。 以异化作用和反硝化作用为主，占反硝化总量的70~75%。
例如，以甲醇为电子给体，反应式如下：
2）影响反硝化反应的环境因素
温度：影响反硝化细菌的比生长速率和活性。 一般为20~40℃。
溶解氧：抑制反硝化细菌的活性，并与硝态氮竞争电子供体。 一般溶解氧
另外，反硝化细菌中的一些酶只能在有氧条件下合成，因此需要有氧和厌氧交替工作。
碱度与pH：如反应式所示，反硝化过程产生[OH-]并积累碱度，正好补充硝化过程中消耗的碱度。
反硝化细菌对 pH 值也很敏感。 最适pH为7.0~7.5，活性最强。 当pH不合适时，活性降低，pH波动是致命的。
碳源有机物：有机物是反硝化反应的碳源，也是电子供体，消耗量较大。 需要在原水中提供或手动添加。
C/N比：理论上，减少1g硝态氮需要2.86g碳源（BOD5），这在原水中一般是不够的。
有毒物质：反硝化细菌的抗毒性能力大于硝化细菌，与一般好氧异养细菌相同。 所以毒性瓶颈在于消化过程。
(3)生物反硝化工艺
有机氮→氨氮→亚硝酸盐氮→硝态氮→亚硝酸盐氮→氮肥需要好氧处理和缺氧处理交替运行。
按生物固定场所分为：
悬浮生长式——活性污泥法、氧化沟等；
附着生长型——生物过滤器、生物转盘、生物流化床。 无需污泥回流，生物量高。
1）传统反硝化工艺
三级生物脱氮系统
设置“曝气池-中沉淀池”+“硝化池-中沉淀池”+“反硝化池-中沉淀池”+二沉池。 3个中间沉淀池及回流系统。
其生物环境好、处理效果好、系统复杂、成本高，已被淘汰。
二级生物脱氮系统
设置“曝气硝化池-中沉池”+“反硝化池-中沉池”+二沉池。 2个中间沉淀池及回流系统。
其生物环境好、处理效果好、系统复杂、成本高，已被淘汰。
单级生物脱氮系统
没有中间沉淀池，只有一个最终沉淀池。
特点：克服多级系统的复杂性。
但仍然是“氧化-硝化-反硝化”的顺序。
问题：硝化阶段需要加碱； 反硝化阶段需要加酸，反硝化碳源不足； 控制难度大，运营成本高。
2）预反硝化及反硝化工艺
为了克服传统生物反硝化系统的缺点，预反硝化工艺于20世纪80年代后期得到开发和应用。 （如A/O流程）
特点：缺氧池中，缺氧环境，回水提供硝态氮，原水提供碳源，并有搅拌，反硝化效果好。 好氧池内好氧环境和原水碳源已减少，负荷小，氧化硝化完全，需氧量小，BOD去除率高。 反硝化产生的碱度可被硝化反应利用，提高硝化效率，无需调节pH值。 基础设施和运营成本较低。
问题：有两套回流系统，回流量导致池容积较大。
除磷原理及技术
水体中的磷分为有机磷和无机磷。
有机磷包括：6-磷酸葡萄糖、2-磷酸甘油酸、磷酸肌酸等。来源于生活污水、农业废弃物、工业废水。
无机磷包括：正磷酸盐、偏磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐等，均以磷酸盐形式存在。 来源于有机磷转化、农业施肥和工业废水。 无机磷直接造成水体富营养化。
有机磷和无机磷的总和称为总磷，以TP表示，以PO43-计量，单位为mg/L。
一般生活污水中的TP为8~10mg/L，其中无机磷为7mg/L，有机磷为3mg/L。
测定：将所有含磷化合物先转化为正磷酸盐（PO43-），然后测定PO43-的含量，故测定为总磷TP。
除磷技术分为化学除磷和生物除磷。
(1)化学除磷
水中磷可分为：可溶性磷和颗粒磷（0.45μm划分）。
正磷、多磷、有机磷。 大多数有机磷是颗粒状的，
多磷水解→正磷，降解可溶性有机磷→正磷。
添加化学品产生磷酸盐沉淀并将其除去。
常用化学品：钙盐、铁盐、铝盐。 （熟石灰、硫酸铝、铝酸钠、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁等）
①除二价钙磷：调节pH至10以上消耗碱度，与碱度有关，对微生物有抑制作用。 作为预处理或后处理，它不能与生物效应产生协同作用。
②三价铁盐、铝盐：消耗碱度，降低pH值。
③亚铁盐除磷：被氧化成三价铁后发挥作用。 Ca2+和Fe2+联合使用效果更好。
(2)生物除磷
①理念
生物除磷依靠蓄磷细菌。 在好氧条件下，富磷细菌能从外界环境中过量吸收超过其生理需要的磷，并在菌体内以聚合状态储存磷，形成高磷污泥。 并除磷。
②机制
除磷的机理尚不完全清楚。 目前解释：在厌氧条件下，积磷细菌吸收有机物，释放磷，并自我繁殖； 有氧条件下，磷被过度吸收（蓄磷细菌增多，发生过量储存）。 通过这种交替方式，聚磷细菌增殖，水中的磷进入污泥，污泥好氧后立即排出，即除磷。
③影响生物除磷效果的因素
1）无氧/有氧交替条件
反复的“厌氧-好氧-厌氧-好氧”环境有利于聚磷菌成为优势菌。
厌氧条件会释放磷，似乎对治疗有害。 介绍目的：纯需氧菌在厌氧条件下受到抑制，而积磷菌在后续有氧条件下可以生存和繁殖，并能吸收大量磷。
厌氧磷释放越完全——好氧磷吸收越完全。
2）硝酸盐和易降解有机物
反硝化存在于厌氧环境中，反硝化细菌与富磷细菌竞争底物（易降解有机物），影响富磷细菌对有机物的储存，导致好氧阶段吸磷能力减弱。 硝酸盐的存在抑制了厌氧阶段聚磷菌释放磷，进而影响聚磷菌对有机物的储存和好氧阶段对磷的吸收，导致厌氧阶段磷的吸收减少。除磷效果。
3）泥龄
泥龄宜短不宜长。 如果时间太长，污泥量就少，磷可能会再次释放。
4)温度和pH值
温度T=10~30℃较好，pH=6~8。
5)五生化需氧量/总磷
BOD5/TP越高，厌氧释磷越完全。 最好有比较容易降解的有机物，这样会诱导聚磷细菌释放大量的磷。 一般要求BOD/TP≥20。 一般认为，易降解的低分子有机物具有较强的诱导磷释放的能力。
(3)生物除磷工艺
① 除磷工艺
基本的：
原水——好氧磷积累——厌氧磷释放——化学除磷释磷水。
适用于简单的除磷工艺，但不适合同时降解有机物和反硝化。
②厌氧-好氧除磷工艺
比较经典的A/O流程，如图13-39。
特点：遵循生物除磷原理； 沉降污泥含磷量为4%。
问题：a. 难以提高除磷率，特别是BOD/TP较低时； b. 二沉池内易发生二次磷释放，剩余污泥必须及时排放。
同步脱氮除磷工艺
(1)脱氮除磷工艺
基于脱氮除磷的基本原理，形成了AOAO系列工艺。
特点：利用基本原理反复脱氮除磷。
问题：工艺流程太长； A1池碳源充足，但NOx-N不足，反硝化效果一般； 有足够的可降解有机物和足够的磷释放量； O1池主要降解有机物和硝化作用，并因NOx-N的积累而吸收NOx-N。 磷弱； A2池与A1池相反，反硝化效果良好； 但由于可降解有机物不足，磷释放不足； O2池在低负荷下主要是吸磷、硝化、降解BOD。 总体来说，效率较低。
(2)AAO法同时脱氮除磷工艺
又称A2/O，厌氧-缺氧-好氧（--Oxic），如图13-40所示。
特点：利用基本原理，为脱氮除磷提供最佳的条件和环境。
A1池，原水可降解有机物充足，回流污泥浓度高，磷释放充分； A2池，回流使NOx-N充足，原水碳源充足，实现高效反硝化； O池，低负荷下主要吸磷、硝化，降解BOD。
效果不错，但效率不高。
问题：工艺流程还是很长； 回流焊系统庞大，能源消耗是其主要障碍。