生物除磷原理

• 生物法除磷是利用聚磷菌一类的微生物，在好氧条件下能过量的、超过其生理需要的从外部环境中吸收溶解性磷酸盐，在缺氧条件下将无机磷释放。将这些含磷量高的污泥排出系统，达到从污水中除磷的目的。

1、污水中的有机物在厌氧发酵产酸菌的作用下转化为乙酸苷；聚磷菌在厌氧的状态下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量部分供聚磷菌生存。另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸苷转化为PHB的形态储藏于体内。聚磷分解形成的无机磷释放回污水中，这就是厌氧放磷。

2、进入好氧状态后，聚磷菌将储存于体内的PHB进行好氧分解并释出大量能量供聚磷菌增殖，部分供其主动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷。

除磷的影响因素

•    a. 碳源的性质.

        易降解的低分子有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱，而厌氧段磷释放越充分，好氧段摄取量越大，除磷的效果也就愈好。

•    b.硝酸盐抑制厌氧放磷。

         硝酸盐 有助于反硝化菌的增长，从而和聚磷菌争夺碳源，抑制其生长和放磷。

•    c.温度升高，放磷速度提高。

      在5~30℃，都可以取得较好的除磷效果。当温度从10℃上升到30℃时，放磷速率可提高5倍。

除磷过程适宜pH为6～8。

•    d.污泥龄

     生物除磷主要是通过排除剩余污泥来去除磷的，因此剩余污泥的多少会对脱磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥较多，可以取得较高的除磷效果。

工艺类型

•    (1)A／O法

   由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统.

    为了使微生物在好氧池中易于吸收磷，溶解氧应维持在2mg／L以上，pH值应控制在7—8之间。

•    工艺特征：

1、流程简单、费用低，在反应器内停留时间一般从3-6h，比较短。剩余污泥含磷4%，肥效好。

2、BOD去除率与一般活性污泥法相同，可同时除磷，一般磷＜1mg/L，去除率76%左右。

•    如下问题：

•    1)除磷率难于进一步提高，因为微生物对磷的吸收，既或是过量吸收，也是有一定限度的.

    特别是当进水BOD值不高或废水中含磷量高时，即P／BOD值高时，由于污泥的产量低，将更是这样。

•    2)在沉淀池内容易产生磷的释放的现象，特别是当污泥在沉淀池内停留时间较长时更是如此，应注意及时排泥和回流。

•    (2) Phostrip工艺

•    特点：   

        生物、化学法除磷相结合的工艺，工艺复杂、费用高、管理麻烦；

        除磷效果好、工艺操作稳定。

该工艺主流是常规的活性污泥工艺《先好氧曝气--沉淀〈出水〉---含磷污泥厌氧〈脱磷污泥回流〉—石灰与上清液混合—缓慢搅拌，混凝沉淀—沉淀泥水分离〈回流，排泥〉》，而在回流污泥过程中增设厌氧放磷池和上清液的化学沉淀池，称为旁路。因而该法是一种生物法和化学法协同的除磷方法

各设备单元功能：

•        曝气池——含磷污水与脱磷水、脱磷污泥同步进入，去除有机物，聚磷菌过量吸收磷。

•        沉淀池Ⅰ——除磷上清液排放，含磷污泥进入除磷池

•        除磷池——厌氧状态、含磷污泥释放磷。脱磷污泥沉淀回流到曝气池，含磷上清液进入混合池。

•        混合池——同步投加石灰乳，混合后进入搅拌池，是磷与石灰乳发生混凝沉淀，进入沉淀池Ⅱ

•        沉淀池Ⅱ——分离含磷酸钙污泥与脱磷水

特点：1) 本法是生物除磷与化学除磷相结合的工艺，除磷效果良好。

  2)该工艺操作稳定性好，出流中磷含量可小于1．5mg／L。

生物脱氮除磷工艺〈一个处理系统中同时去除氮、磷〉

A2／O工艺、

原来A／O工艺，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中，达到反硝化脱氮的目的。是让废水依次经过厌氧，缺氧、好氧三个阶段，能同时除磷脱氮故称为厌氧、缺氧、好氧脱氮系统，简称A/A/O系统（也称为A2 /O系统）。   

各反应器单元功能：

   厌氧池——含磷污泥释放磷及污水中部分有机氮氨化。

   缺氧池——将通过内循环回流水中硝酸氮转化为N2

   好氧池——除BOD，吸磷，硝化

该系统是以去除有机碳、氮和磷为主的废水处理工艺。

•    本工艺具有以下各项特点：

1) 本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺。

2) 在厌氧(缺氧)、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不易发生污泥膨胀，SVI值一般均小于100。

3) 污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。

4)该处理系统出水中磷浓度基本可在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以下

      Bardenpho工艺、

•    四池串联，即缺氧〈脱氮〉内循环的含磷污泥〈释放磷〉一好氧〈去除BOD，硝化〈程度低〉吸磷〉一缺氧池〈脱氮；释放磷，以前者为主〉一好氧池〈吸收磷，进一步硝化，进一步去除BOD〉

—沉淀池〈泥水分离〉。类似二级A/O工艺串联。第二级A/O的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能

  按除磷机理，只有在NOx-得到有效的脱出后，才能取得良好的除磷效果，因此，在曝气池Ⅰ本单元内，磷吸收的效果不会太好

改进的Bardenpho工艺   在前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。

UCT工艺  在改进的Bardenpho工艺中，由于二沉池回流污泥中很难避免有一些硝酸盐回流到流程前端的厌氧池，从而影响除磷效果；

UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮。同时为弥补厌氧池中污泥的流失，增设缺氧池至厌氧池的污泥回流。这样厌氧池可免受硝酸盐的干扰。

改良UCT工艺The schematic of Modified UCT process

最大限度的减少了进入厌氧池的NO3-

SBR工艺   SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善

SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换

将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。

进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；

使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷——硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，

当污泥沉淀下来后，撇出上部清水而后再放人原水，如此周而复始

好氧分解后反硝化脱氮——停止搅拌〈放磷〉——曝气——静止沉淀

城市污水的三级处理

适用于：当城市污水厂的出水水质要求进一步提高，或要求满足回用时。

方法：

1、生物处理法之后增加混凝过滤工序；

2、增加活性炭吸附工序——去除难降解的有机物时，可在生物处理法之后或在活性污泥法中投加粉末活性炭；

3、采用化学氧化法。

污泥的处理和处置

污泥中的主要成分——污泥中含有大量的有害有毒物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等；

   有用物质如植物营养元素(氮、磷、钾)、有机物及水分等

污泥处理的目的是使污泥减量、稳定、无害化及综合利用

①减量化：减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；

②稳定化：通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；

③无害化；达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等；

④资源化：在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气、农肥、建筑材料等。

n      污泥处理可供选择的方案大致有：

(1)生污泥一浓缩一消化一自然干化一最终处置

(2)生污泥一浓缩一自然干化一堆肥一最终处置

(3)生污泥一浓缩一消化一机械脱水一最终处置

(4)生污泥一浓缩一机械脱水一干燥焚烧一最终处置

(5)生污泥一湿污泥池一最终处置

(6)生污泥一浓缩一消化一最终处置

上述生污泥指未经消化处理的污泥，详见后述。

第(4)方案是以干燥焚烧为主，当污泥不适于进行消化处理、或不符合农用条件，或受污水处理厂用地面积的限制等地区可考虑采用。焚烧产生的热能，可作为能源。

污泥最终处置方法包括作为肥料施用于农田、森林、草地或沙漠改良；填地或投海；作为能源或建材；焚烧等。

n      污泥 ——以有机物为主要成分的称污泥

性质是易于腐化发臭，颗粒较细，比重较小(约为1.02~l.006)，含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。

初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物均属污泥。

n      沉渣  

   以无机物为主要成分的称沉渣：

沉渣的主要性质是颗粒较粗，比重较大(约为2左右)，含水率较低且易于脱水，流动性差。

以下四种为沉渣：

① 栅渣：格栅或滤网，呈垃圾状，量少，易处理和处置；

② 浮渣：上浮渣和气浮池，可能多含油脂等，量少；

③ 沉砂池沉渣：沉砂池，比重较大的无机颗粒，量少；

④ 某些工业废水处理沉淀池的沉淀物属沉渣。

n      来源不同分为：

①初次沉淀污泥  来自初次沉淀池。

②剩余活性污泥  来自活性污泥法后的二次沉淀池。

③腐殖污泥  来自生物膜法后的二次沉淀池。

以上3种污泥可统称为生污泥或新鲜污泥，这是污泥处理的主要对象

消化污泥  生污泥经厌氧消化或好氧消化处理后，称为消化污泥或熟污泥。

化学污泥  用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物称为化学污泥或化学沉渣

n      性质指标

n      (1)污泥含水率——污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数

n      含水率 > 85%，污泥呈流状；65~85%，污泥呈塑态；  < 65%，呈固态

    适用于含水率大于65％的污泥

(2)挥发性固体〈灼烧减重) VSS

600℃的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体。

n      表示污泥中有机物的量，常用mg/L表示。也反映污泥的稳定化程度

n      (3)脱水性能——表示脱水的难易程度

n      常用污泥过滤比阻抗值(r ) 过滤速度 和污泥毛细管吸水时间(CST等于污泥与滤纸接触时，在毛细管作用下，水分在滤纸上渗透1cm长度的时间，以秒计。)两项指标来评价污泥的脱水性能。

n      比阻抗值(r)物理意义——单位干重滤饼的阻力，其值越大，越难过滤，其脱水性能越差

(4)湿污泥相对密度与干污泥相对密度

n      (5)污泥肥分——污泥中含有大量植物生长所必需的肥分(氮、磷、钾)、微量元素及土壤改良剂(有机腐殖质)

(6)污泥重金属离子含量——决定于城市污水中工业废水所占比例及工业性质。

污水经二级处理后，污水中重金属离子约有50％以上转移到污泥中。因此污泥中的重金属离子含量一般都较高

（7）可消化程度

n      (三)污泥的量

n      初次沉淀污泥量 根据污水中悬浮物浓度、污水流量、去除率及污泥含水率，用下式计算

n      剩余活性污泥量（活性污泥法）

n      剩余污泥量以SS计

n      剩余污泥量以体积计

n      二、污泥处理技术

n      污泥中所含水分大致分为4类：

1、颗粒间的空隙水，约占总水分的70％；

2、毛细水，即颗粒间毛细管内的水，约占20％；

3\4、污泥颗粒吸附水和颗粒内部水，约占l0％

n      降低含水率的方法有：

1\浓缩法、用于降低污泥中的间隙水，因空隙水所占比例最大．故浓缩是减容的主要方法：

2\自然干化法和机械脱水法，主要脱除毛细水；

3\干燥与焚烧法，主要脱除吸附水与内部水
脱水方法

脱水装置

脱水后含水率%

脱水后形状

去除水


浓缩法

重力、气浮、离心浓缩

95-97

糊状

间隙水


自然干化

自然干化场

70-80

泥饼

毛细水


机

械

脱

水

真空吸率

真空转鼓、转盘

60-80


压滤

板框压滤机

45-80


滚压带

滚压带式压滤机

78-86


离心法

离心机

80-85


干燥法



10-40

粉、粒

内部水


焚烧法



0-10

灰



n      污泥的处置及其前处理

n      改变污泥性质——处理

n      污泥出路——处置

n      常用的污泥处置方法有：农业利用〈主〉施用前应采取堆肥、厌氧消化等措施消除病原体、寄生虫卵和重金属，使其达到有关卫生标准和农业要求。   

    堆肥是利用嗜热微生物分解污泥中的有机物。可以达到脱水、破坏污泥中恶臭成分、杀死病原体等目的。



n      填埋——单独填埋或者与垃圾混合填埋是常用的最终处置方法。

n      在填埋之前要经过稳定处理，使之不易腐败发臭。

n      采用的措施：

       填埋场底部应铺设不透水层和渗出液收集管，避免地下水受到污染

n      焚烧特点：

       大幅度减容、灭菌、尾气处理、运行费用贵；

焚烧后的灰烬可填埋或利用。焚烧时的尾气必须进行处理。

n      投放海洋——沿海地区使用，最好是消化，由管道输送货船运

n      5．再利用——制建筑用材料、铺路

n      污泥处置的前处理

n      对污泥的处理方法常取决于含水率和最终处置方式。

n      从沉淀池来的污泥（液态）        浓缩（液态）        （稳定处理          调理      ）脱水（固态）       干化（固态）

n      1、污泥浓缩——目的在于减容

n      工艺

1、重力浓缩法——重力浓缩池

n      适用于比重较大的污泥、沉渣。主要用于浓缩初沉污泥及初沉污泥和剩余甚于污泥的混合污泥。

      是应用最广泛、最简便的方法。    

n         根据运行方式不问。可分为连续式重力浓缩池、间歇式重力浓缩池两种。

n        2、气浮浓缩法——适用于比重接近于水的活性污泥和生物滤池等较轻污泥的浓缩，能把含水率从99．5％降至94—96％，澄清池悬浮物浓度低于0.1％。

n      气浮浓缩法分为加压溶气气浮法与真空气浮法两种

n        3、离心浓缩法——利用污泥中的固体即污泥与其中的液体即水之间的密度有很大的不同，在高速旋转的离心机中具有不同的离心力，从而可以使二者分离。

n      特点：全封闭离心机，连续工作，污泥和水分由不同通道导出机外，工作效率高、占地面积小。

n      适用于难脱水的剩余污泥

n      缺点：需要加助凝剂、耗电量大。

n      污泥的稳定

n      常用方法是消化法(厌氧生物处理法)。小型污水厂也有采用好氧消化法、氯化氧化法、石灰稳定法和热处理等方法使污泥性质得到稳定。

n      氯气氧化法在密闭容器中完成，向污泥投加大剂量氯气，接触时间不长；实质上主要是消毒，杀灭微生物以稳定污泥。

n      石灰稳定法中，向污泥投加足量石灰，使污泥的pH值高于12，抑制微生物的生长。

n      热处理法既可杀死微生物借以稳定污泥，还能破坏泥粒间的胶状性能改善污泥的脱水性能。

n      污泥的调理

n            城市污水厂污泥中的固体物质主要是腐殖质，与水的亲和力很强，其脱水非常困难。

      消化污泥、剩余活性污泥、剩余活性污泥与初沉污泥的混合污泥等在脱水之前应进行调理，以改善污泥的脱水性能。

n           所谓调理就是——破坏污泥的胶态结构，减少泥水间的亲和力，改善污泥的脱水性能

n      二、污泥调理方法

n      ——加药调理法、淘洗加药调理法、加热调理法、冷冻调理法、加骨粒调理法等。

n      一、加药调理法

n      功效可靠，设备简单，操作方便，被长期广泛采用

n      加药调理法——在污泥中加入带有电荷的无机或有机调理剂，使污泥液体颗粒表面发生化学反应，中和颗粒表面的电荷，使水游离出来，同时使污泥颗粒凝聚成大的颗粒絮体，降低污泥的比阻抗(或CST)；原理就是用化学药品破坏泥水间的亲和力

n      1、调理剂

n      1) 无机调理剂：

n              适用于真空过滤和板框压滤

n             ① 最有效、最便宜的是铁盐② 铝盐

n      2、有机调理剂：阳粒子型聚丙烯酰胺等

n      3、调理效果的影响因素

n      ① 污泥性质；

n      ② 调理剂的品种；

n      ③ 投加量；

n      ④ 环境条件：水温，pH；

n      ⑤ 调理剂的投加顺序；

n      ⑥ 污泥与调理剂的混合。

n      污泥干化与脱水

n      浓缩或消化后，尚有95~97％含水率，体积很大，可以用管道输送。

n      1、自然干化；主要构筑物是干化场

n      可以分为自然滤层干化场、人工滤层干化场。

n        自然滤层干化场 

n         适用于自然土质渗透性能好，地下水位低的地区

n        人工滤层干化场。

n            滤层，是人工铺设的，又可分为敞开式干化场与有盖式干化场两种

n      人工滤层干化场的构造,它由不透水底层、排水系统、滤水层、输泥管、隔墙及围堤等部分组成