《环境污染与防治专业基础与实务（中级）》学习资料编第二部：专业理论知识第2篇常见废水处理技术方法（4-生物法）一、水污染防治（二）常见废水处理技术方法4、生物处理法（1）掌握活性污泥法：动力学基础、常用活性污泥法工艺流程、净化机理与过程活性污泥净化反应过程1初期吸附去除污水与活性污泥接触5~10min，污水中大部分有机物(70%以上的BOD，75%以上COD)迅速被去除。此时的去除并非降解，而是被污泥吸附，粘着在生物絮体的表面，这种由物理吸附和生物吸附交织在一起的初期高速去除现象叫初期吸附。吸附速度取决于：①微生物的活性程度——饥饿程度，衰亡期最强；②水动力学条件：泥水接触或混合越迅速、越均匀、液膜更新越快，接触时间越长则越好；泥水接触水力学状态以湍流或紊流为好，但过大会击碎絮体。2微生物的代射被吸附的有机物粘附在絮体表面，与微生物细胞接触，在渗透膜的作用下，进入细胞体内，并在酶的作用下或者被降解，或者被同化成细胞本身。a、分解代谢：CXHYOZ＋(X＋0.25Y－0.5Z）O2→XCO2＋0.5H2O＋Qb、合成代谢：nCXHYOZ＋nNH3＋n(X＋0.25Y－0.5Z)O2→(C5H7NO2)n＋n(X－5)CO2＋0.5n(Y－4)H2O其代谢产物的模式如下图：

具体代谢产物的数量关系如下图：即1/3被氧化分解，80％×2/3=53%左右通过内源呼吸降解，14%左右变成了残物。从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅33％)。活性污泥法基本工艺流程图氧化沟工艺流程图生化进水初沉池曝气池二沉池生化出水剩余活性污泥回流污泥污泥处理工序活性污泥工艺的基本流程图

（2）掌握生物膜法：基本概念与流程生物膜法污水的生物膜处理法是与活性污泥并列的一种好氧处理技术。它是使细菌、菌类微生物和原生动物、后生动物一类的微型动物在滤料或某些载体上生长繁育，形成膜状生物污泥—生物膜。通过与污水的接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物为营养，从而使污水得到净化。其代表性处理工艺有：生物滤池、生物转盘和生物接触氧化法。1、生物滤池：生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经间歇沙滤池和接触滤池发展起来的人工生物处理法。2、生物转盘：生物转盘是挂有生物膜的转盘在槽内以较低的线速度转动，并交替的和空气与污水相接触。当转盘浸没于污水中时，污水中的有机物被转盘上的生物膜所吸附，而当转盘离开污水时，盘片表面上形成一层薄薄的水层。水层从空气中吸收氧，而被吸附的有机污染物则为生物膜上的微生物所分解。这样，转盘每转一周，即进行一次吸附—吸氧—氧化分解过程，转盘不断转动，使污染物不断地分解氧化，从而达到净化污水的目的。3、生物接触氧化法：生物接触氧化，就是在池内设置填料，已经充氧的污水全部浸没填料，并经一定的速度流经填料。填料上长满生物膜，采用与曝气池相同的曝气方式，提供微生物所需的氧量，在生物膜上微生物的作用下，污水得到净化。它是一种介于活性污泥与生物滤池两者之间的生物处理法，也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法，它兼具两者优点，深受人们重视。接触氧化法工艺特征是：水力条件好，再有充沛的氧量和有机物，它非常适于微生物栖息增殖，生物膜上的生物相丰富，除细菌外，球衣菌类的丝状菌也得以大量生长，而且生物膜上还能够增殖多种种属的原生动物和后生动物，能够形成稳定的生态系；填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，有利于维护生物膜的净化功能；能够提高充氧能力和氧的利用率，保持高浓度的生物量。生物膜的立体结构形成了一个密集的生物网，污水通过其中，能够有效地提高净化效果；接触氧化在运行上的主要优点：抗冲击负荷的能力强；污泥产量少，不会产生污泥膨胀，保证出水水质；勿需污泥回流，易于管理；不产生滤池蝇，也不散发臭气；

接触氧化法具有多种净化功能，如脱氮除磷，可用于三级处理。接触氧化法设计参数生物接触氧化池的个数或分格数应不少于2个，并按同时工作设计，该工艺不能处理还有聚合物或者粘度较大的污水。填料的体积按填料容积负荷和平均日污水量计算。填料的容积负荷一般应通过试验确定。当无试验资料时，对于生活污水或以生活污水为主的城市污水，容积负荷一般采用～gBOD5／(m3d)；污水在氧化池内的有效接触时间一般为1.5～3.0h。考虑到充氧设备的供气压力或提升高度。一般总池高在3.5～6.0m左右。填料层总高度一般为3m。当采用蜂窝型填料时，一般应分层装填，每层高为1m，蜂窝孔径应不小于25ram。蜂窝状填料孔径须根据废水水质（BOD5即五日生化需氧量、悬浮物等的浓度）、BOD负荷、充氧条件等因素进行选择。在一般情况下,BOD5浓度为～毫克／升，孔径可选用32毫米；BOD5为50～毫克／升,可选用15～20毫米；如在50毫克／升以下，可选用10～15毫米孔径的填料。对低BOD浓度（50～毫克／升）废水每日每立方米的填料采用2～5千克(BOD5)，废水停留时间为0.5～1.5小时，氧化池内耗氧量约1～3毫克／升。由于氧化池内生物量较大，处理负荷高，可控制溶解氧量较高，一般要求氧化池出水中剩余溶解氧为2～3毫克／升。（3）掌握厌氧生物处理：厌氧生物处理原理厌氧生物处理的基本原理三阶段论——年由Bryant提出1)水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌作用下转化为糖类、挥发性脂肪酸、（较高级有机酸）氨基酸、水和二氧化碳；2)酸化阶段（产酸产乙酸阶段）：挥发性脂肪酸在产氢产乙酸菌作用下转化成H2、CO2、乙酸CH3CH2COOH→CO2↑+CH3COOH+H2↑3)产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷菌，有共同的产物4H2+CO2→CH4↑+2H2O——（28%）CO2被还原的反应2CH3COOH→2CH4↑+2CO2↑——（72%）乙酸脱羧的反应，CH3COOH脱羧。三段论原理图知识点：

（1）此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的28%后者约占72%。（2）上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；（3）简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。四类群论Zeikus等因发现同型产乙酸菌将H2/CO2转化为乙酸提出了四菌群理论。①水解阶段在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物②发酵阶段梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等③产乙酸阶段上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。④产甲烷阶段乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替及相互关系厌氧污泥菌胶团（颗粒污泥）由外到内依次为：水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物。相互为共生关系，其中：产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物、创造了适宜的氧化还原电位、清除了有毒物质产甲烷细菌为产酸细菌的生化反应解除了反馈抑制产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值厌氧生化法的特点

1厌氧生化法的优点1）应用范围广因供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法适用于中、高浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。2）产生的沼气（甲烷、氢气）可用于发电或作为能源沼气中的主要成分是甲烷，含量50~75%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电度电。3）对营养物的需求量少好氧方法BOD:N:P=:5:1，而厌氧方法为（~）:5:1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。4）产生的污泥量少，运行费用低繁殖慢；不需要曝气，只需要简单搅拌即可。5）有杀菌作用厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。2厌氧生化法的缺点1）出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；2）对温度变化较为敏感工业中需要设置进水的控温装置，37℃。3）厌氧微生物对有毒物质较为敏感但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。4）初次启动过程缓慢,处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要8~12周才可以培育成功5）处理过程中产生臭气和有色物质臭气主要是硫酸盐还原菌（SRB）形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。厌氧法的影响因素①温度条件②pH值③氧化还原电位④有机负荷⑤厌氧活性污泥⑥搅拌和混合⑦废水的营养比⑧有毒物质1）温度条件影响甲烷菌对温度的适应性很差，根据其生存的适宜温度范围，甲烷菌可分为两类，即中温甲烷菌（适宜温

度33－35℃）和高温甲烷菌（适宜温度50－53℃）。当温度超出适宜温度范围时，厌氧消化反应速率则急剧下降。厌氧消化的允许温度波动范围为±1.5－2.0℃。当波动范围为±3℃时，就会严重抑制消化速率。当波动范围超过±5℃时，就会使有机酸大量积累而破坏厌氧消化过程的正常运行。2）pH值对厌氧消化过程的影响产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。3）氧化还原电位（ORP）厌氧环境主要以体系中的氧化还原电位反映。一般自来水中是mV左右，而污水中是-mV。高温厌氧消化系统：适宜氧化还原电位为-～-mV；中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统：氧化还原电位应低于-～-mV。产酸细菌：对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+～-mV的兼性条件下生长繁殖；甲烷细菌：最适宜的氧化还原电位为-mV或更低。就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水而言，只要严密隔断于空气的接触，即可保证必要的值。4）有机负荷在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3·d)。对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kgCOD/(kg污泥·d)。在通常的情况下：厌氧消化工艺处理高浓度工业废水的有机负荷：中温为2-3kgCOD/(m3·d)，在高温下为4-6kgCOD/(m3·d)。上流式厌氧污泥床反应器UASB、厌氧滤池AF、厌氧流化床UBF等新型厌氧工艺的有机负荷：在中温下为5-15kgCOD/(m3·d)，可高达30kgCOD/(m3·d)。在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。5）污泥浓度各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介于10～30gVSS/L之间。为了保持反应器的生物量不致因流失而减少，可采用多种措施：如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流速度和回流污泥量等。6）搅拌和混合通过搅拌：消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触避免产生分层，促进沼气分离。进料迅速与池中原有料液相混匀。搅拌程度与强度要适当，搅拌的方法：机械搅拌器搅拌法消化液循环搅拌法沼气循环搅拌法等沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。7）废水的营养比

厌氧法中碳:氮:磷控制为-:5:1为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的C/N为10-18:1。8）有毒物质有毒物质的最高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。9）硫酸盐一般在厌氧生化处理系统中，由SO42-还原所产生的H2S可能引起以下问题：（1）废水中的有机物一部分要消耗于SO42-的还原，因而不能转化为CH4，减少了厌氧反应器的甲烷产量，从而降低了其与好氧系统相比的优势。（2）游离的H2S对厌氧系统中的产甲烷菌、产酸菌甚至硫酸盐还原菌均有抑制作用，如果游离H2S浓度过高，势必影响到厌氧反应的负荷和处理效率。（3）存在于厌氧出水中的H2S，体现COD，使得厌氧反应器COD去除率降低。（4）由反应器和出水释放出的H2S气体，引起恶臭，污染环境，并且可能造成中毒事件。（5）转移到沼气部分的H2S，会引起沼气利用设备的腐蚀，为避免这一问题需要增加额外的投资或者使运行管理费用显著增加。（5）掌握污水处理的脱氮除磷工艺5.1生物脱氮原理5.1.1氮在水中的存在形态与分类5.1.2微生物的脱氮原理过程1）先氨化/硝化，再反硝化：这是一个先好氧、后缺氧的组合过程。2）氨化与硝化反应过程※氨化反应：※硝化反应：NHCORCOOHO)COOH：RCH(NH++→+氨化菌氨化

3）硝化反应的条件（1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧4.57g，即硝化需氧量。（2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.14g（以CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH值不变。（3）污泥龄θC≥15d。（4）BOD5≤20mg/L。4）反硝化反应反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主,反硝化菌在DO浓度很低的环境中，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用的碳源为甲醇时：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3-NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利用了硝酸盐中的氧，每还原1gNO3--N所利用的氧量约2.6g。5）反硝化反应条件DO0.5mg/L，一般为0.2～0.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3-—O成为电子受体而使N难还原成N2↑。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的环境中生活为宜。BOD5/TN≥5～6，否则需另投加碳源，现多采用CH3OH，其分解产物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。还原1g硝态氮能产生3.57g碱度，而在硝化反应中，1gNH3—N氧化为NO3-—N要消耗7.14g碱度，在缺氧-好氧中，反硝化产生的碱度可补偿硝化消耗碱度的一半左右。5.1.3影响硝化反硝化反应过程的主要因素1）温度硝化反应的适宜温度范围是30～35℃，温度不但影响硝化茵的比增长速率，而且影响硝化菌的活性，在5～35℃的范围内，硝化反应速率随温度的升高而加快，仅超过30℃时增加幅度减少，当温度低于5℃时，硝化细菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于15℃即发现硝化速率迅速降低，低温对硝酸菌的抑制作用更为强烈，因此在低温12～14℃时常出现亚硝酸盐的积累。在30～35℃较高温度下，亚硝酸菌的最小倍增时间要小于硝酸菌，因此，通过控制温度和污泥龄，也可控制反应器中亚硝酸菌的绝对优势。反硝化反应的最佳温度范围为35～45℃，温度对硝化菌的影响比反硝化菌大。2）溶解氧硝化反应必须在好氧条件下进行，一般应维持混合液的溶解氧浓度为2～3mg/L，溶解氧浓度0.5～0.7mg/L，是硝化菌可以忍受的极限。硝化可在高溶解氧状态下进行，高达60mg/L的溶解氧浓度也不会抑制硝化的进行，为了维持较高的硝化速率，污泥龄降低时要相应地提高溶解氧浓度。溶解氧对反硝

化反应有很大影响，主要由于氧会同硝酸盐竞争电子供体。同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性，3）pH值硝化反应的最佳pH值范围为7.5～8.5，硝化菌对pH值变化十分敏感，当pH值低于7时，硝化速率明显降低．低于6和高于9.6时，硝化反应将停止进行。反硝化过程的最佳pH值范围为6.5～7.5，不适宜的PH值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性。当pH值低于6.0或高于8.0时，反硝化反应将受到强烈抑制。4）C/N比C/N比值是影响硝化速率和过程的重要因素。硝化菌是自养菌，硝化菌产率或比增长速率比活性污泥异养菌低得多，若废水中BOD5值太高，将有助于异养菌迅速增殖，从而使微生物中的硝化菌的比例下降，一般认为，只有BOD5低于20mg/L时，硝化反应才能完成。反硝化过程需要充足的碳源，理论上lgNO2还原为N2需要碳源有机物2.86g。一般认为，当废水的BOD5/TKN值大于4～6时，可认为碳源充足，不需另外投加碳源，反之则要投加甲醇或其他易降解的有机物作碳源。5）污泥龄为使硝化菌能在连续流的反应系统中存活并维持一定数量，微生物在反应器的停留时间即污泥龄应大于硝化菌的最小世代期。一般应取系统的污泥龄为硝化最小世代期的两倍以上。较长的污泥龄可增强硝化反应的能力，并可减轻有毒物质的抑制作用。6）抑制物质对硝化反应有抑制作用的物质有：过高浓度氨氮、重金属、有毒物质以及有机物。一般来说，同样毒物对亚硝酸菌的影响比对硝酸菌大。反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低很多，与一般好氧异养菌相同。在应用一般好氧异养菌文献数据时，应该考虑驯化的影响。生物脱氮工艺包括含碳有机物的氧化、氨氮的硝化、硝态氮的反硝化等生物过程，即碳化-硝化-反硝化过程。从完成这些过程的反应器来分，脱氮工艺可分为活性污泥脱氮系统和生物膜脱氮系统，其分别采用活性污泥法反应器与生物膜反应器作为好氧/缺氧反应器，实现硝化/反硝化以达到脱氮的目的。从完成这些过程的时段和空间不同，活性计泥脱氮系统的碳化、硝化、反硝化可在多池中进行，也可在单池中进行。生物脱氮反应过程各项生化反应特征5.2生物脱氮工艺——A/O工艺生化反应类生化反应类型型去除有机物 　　　去除有机物 　　　（好氧分解）（好氧分解）硝化硝化反硝化反硝化亚硝化亚硝化硝化硝化微生物微生物好氧菌和兼性菌 　　好氧菌和兼性菌 　　（异养型细菌）（异养型细菌）NitrosomonasNitrosomonas 　　自养型细菌自养型细菌NitrobacterNitrobacter自养型细菌兼性菌 　　 　　 　　　自养型细菌兼性菌 　　 　　 　　　异养型细菌异养型细菌能源能源有机物有机物化学能化学能化学能化学能有机物有机物氧源氧源(H(H受体受体))OO22OO22OO22NONO33--NONO22--溶解氧溶解氧11——2mg/l2mg/l以上以上2mg/l2mg/l以上以上2mg/l2mg/l以上以上00——0.5mg/l0.5mg/l碱度碱度没有变化没有变化氧化氧化1mgNH1mgNH44++-N-N需要需要7.14mg7.14mg的碱度的碱度没有变化没有变化还原还原1mgNO1mgNO33---N,N0-N,N---N-N生成生成3.57g3.57g碱度碱度氧的消耗氧的消耗分解分解1mg1mg有机物有机物(BOD(BOD55))需氧需氧2mg2mg氧化氧化1mgNH1mgNH44++-N-N需氧需氧3.43mg3.43mg氧化氧化1mgNO1mgNO22---N-N需需氧氧1.14mg1.14mg分解分解1mg1mg有机物有机物(COD)(COD)需要需要NONO33--N0.35mg,N0N0.35mg,N-N0.58mg-N0.58mg，以提，以提供化合态的氧供化合态的氧最适最适pHpH值值66————8.58.——7.57.——88最适温度最适温度——℃℃θθ=1.0=1.0——1..℃℃θθ=1.1=1.℃℃θθ=1.1=1.——℃℃θθ=1.06=1.06——1..15增殖速度增殖速度(d(d-1-1))1.21.2——3.53.50..21——1....28——1..44好氧分解的好氧分解的1/21/2——1/2.51/2.5分解速度分解速度——mgmgBOD/(gMLSSBOD/(gMLSS··h)h)7mgNH7mgNH44++-N-N/(gMLSSh)/(gMLSSh)0..2——8mg8mgNONO33--——N/(gMLSSN/(gMLSS··h)h)产率产率16%16%CHCH33OH/gCOH/gC55HH770NN0..04——0.13mgSS/0.13mgSS/mgNHmgNH44++-N-N能量能量转换率为转换率为5%5%——35%35%0..02——0.07mg0.07mgVSS/mgN0VSS/mgN---N-N能能量转换率量转换率10%10%——30%30%16%CH16%CH33OH/gCOH/gC55HH77OO22NN88

5.2.1基本原理A/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为HO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。注意：A/O、A2/O中的英文符号A代表缺氧和厌氧两个意义，区别为：缺氧——缺氧就是没有或是很少有单质氧（O2，DO0~0.5），只有化合态的氧（NOx—O、SOx—O）。厌氧——既没有单质氧（氧气O2,DO≈0），也没有化合态的氧（NOx—O+SOx—O≈0）。又名“绝氧”。5.2.2主要工艺特点缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的减度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。BOD5的去除率较高可达90～95%以上，但脱氮除磷效果稍差，脱氮效率70～80%，除磷只有20～30%。尽管如此，由于A/O工艺比较简单，也有其突出的特点，目前仍是比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建，中间隔以档板，降低工程造价，所以这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造。5.2.3A/O工艺的影响因素A/O工艺运行过程控制不要产生污泥膨胀和流失，其对有机物的降解率是较高的（90～95%），缺点是脱氮除磷效果较差。如果原污水含磷浓度3mg/L，则选用A/O工艺是合适的，为了提高脱氮效果，A/O工艺主要控制几个因素：（1）MLSS一般应在0mg/L以上，低于此值A/O系统脱氮效果明显降低。

（2）TKN/MLSS负荷率（TKN─凯式氮，指水中氨氮与有机氮之和）：在硝化反应中该负荷率应在0.05gTKN/(gMLSS·d)之下。（3）BOD5/MLSS负荷率：在硝化反应中，影响硝化的主要因素是硝化菌的存在和活性，因为自氧型硝化菌最小比增长速度为0.21/d；而异养型好氧菌的最小比增殖速度为1.2/d。前者比后者的比增殖速度小得多。要使硝化菌存活并占优势，要求污泥龄理论值大于4.76d；但对于异养型好氧菌，则污泥龄只需0.8d。在传统活性污泥法中，由于污泥龄只有2～4d，所以硝化菌不能存活并占有优势，不能完成硝化任务。要使硝化菌良好繁殖就要增大MLSS浓度或增大曝气池容积，以降低有机负荷，从而增大污泥龄。其污泥负荷率（BOD5/MLSS）应小于0.18KgBOD5/KgMLSS·d（4）污泥龄ts：为了使硝化池内保持足够数量的硝化菌以保证硝化的顺利进行，确定的污泥龄应为硝化菌世代时间的3倍，硝化菌的平均世代时间约3.3d（20℃）硝化菌世代时间与污水温度的关系若冬季水温为10℃，硝化菌世代时间为10d，则设计污泥龄应为30d（5）污水进水总氮浓度：TN应小于30mg/L，NH3-N浓度过高会抑制硝化菌的生长，使脱氮率下降至50%以下。（6）混合液回流比：R的大小直接影响反硝化脱氮效果，R增大，脱氮率提高，但R增大增加电能消耗增加运行费。A/O工艺脱氮率与混合液回流比关系（7）缺氧池BOD5/NOx—N比值：4以保证足够的碳/氮比，否则反硝化速率迅速下降；但当进入硝化池BOD5值又应控制在80mg/L以下，当BOD5浓度过高，异养菌迅速繁殖，抑制自养菌生长使硝化反应停滞。（8）硝化池溶解氧：DO2mg/L，一般充足供氧DO应保持2～4mg/L，满足硝化需氧量要求，按计算氧化1gNH4+需4.57g氧。（9）水力停留时间：硝化反应水力停留时间6h；而反硝化水力停留时间2h，两者之比为3:1，否则脱氮效率迅速下降。（10）pH：硝化反应过程生成HNO3使混合液pH下降，而硝化菌对pH很敏感，硝化最佳pH=8.0～8.4，为了保持适宜的pH就应采取相应措施，计算可知，使1g氨氮（NH3-N）完全硝化，约需碱度7.1g（以CaCO3计）；反硝化过程产生的碱度（3.75g碱度/gNOx--N）可补偿硝化反应消耗碱度的一半左右。反硝化反应的最适宜pH值为6.5～7.5，大于8、小于7均不利。

（11）温度：硝化反应20～30℃，低于5℃硝化反应几乎停止；反硝化反应20～40℃，低于15℃反硝化速率迅速下降。因此，在冬季应提高反硝化的污泥龄ts，降低负荷率，提高水力停留时间等措施保持反硝化速率。5.2同步脱氮除磷工艺——A/O法脱氮除磷的工艺5.2.1A/O工艺简介A2/O是Anaerobic－Anoxic－Oxic的英文缩写，它是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O工艺是在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解，其基本工艺流程如下图所示：由图可知，污水首先进入厌氧区，兼性厌氧发酵细菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA（挥发性脂肪酸类——较高级有机酸）这类低分子发酵中间产物。而聚磷菌可将其体内存储的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中的VFA类分子有机物，并以PHB（聚β羟丁酸）的形式在其体内储存起来。随后污水进入缺氧区，反硝化菌就利用好氧区回流混合液带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解有机物作碳源进行反硝化，达到同时降低BOD5与脱氮的目的。接着污水进入曝气的好氧区，聚磷菌在吸收、利用污水中残剩的可生物降解有机物的同时，主要是通过分解体内储存的PHB释放能量来维持其生长繁殖。同时过量的摄取周围环境中溶解磷，并以聚磷的形式在体内储积起来，使出水中溶解磷浓度达到最低。而有机物经厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后，到达好氧区时浓度已相当低，这有利于自养型硝化菌的生长繁殖，并通过消化作用将氨氮转化为硝酸盐。非除磷的好养性异养菌虽然也能存在，但他在厌氧区中受到严重的压抑，在好氧区又得不到充足的营养，因此在与其他生理类群的微生物竞争中处于相对劣势。排放的剩余污泥中，由于含有大量能超量储积聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可以达到6%（干重）以上。从以上分析可以看出A/O工艺具有同步脱氮除磷的功能。5.2.2A/O工艺的特点（1）A/O工艺中三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮、除磷的功能；（2）在同时脱氮、除磷、去除有机物的工艺中，该工艺流程简单，总水力停留时间也较小；（3）在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于，不会发生污泥膨胀；（4）污泥中磷的含量较高，一般为2.5%以上；

（5）厌氧-缺氧池只需缓慢搅拌，使之混合，而以不增加溶解氧为度；（6）沉淀池要防止发生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释放磷而降低出水水质和反硝化产生氮气而干扰沉淀；（7）脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果受回流污泥中挟带DO和硝酸盐氮的影响，因而脱氮除磷效率受到一定限制。5.2.3A/O工艺的优点A/O工艺的优点是厌氧、缺氧、好氧交替运行，可以达到同时去除有机物、脱氮、除磷的目的，而且这种运行状况丝状菌不宜生长繁殖，基本不存在污泥膨胀问题。A/O工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同类工艺，并且不需外加碳源，缺氧、缺氧段只进行缓速搅拌，运行费用低。5.2.4A/O工艺的缺点A/O工艺的缺点是除磷效果因受到污泥龄、回流污泥中挟带的溶解氧和NO3-N的限制，不可能十分理想；同时，由于脱氮效果取决于混合液回流比，而A/O工艺的混合液回流比不宜太高（≤%），脱氮效果不能满足较高要求。5.2.5A/O工艺的影响因素1）溶解性有机底物浓度的影响由于厌氧段中聚磷菌只能利用可快速生物降解的有机物，若此类物质浓度较低，聚磷菌则无法正常进行磷的释放和吸收。研究表明，厌氧段进水S-TP和SBOD5的比值应小于0.06。在缺氧段，若有机底物浓度较低，则反硝化脱氮速率将因碳源不足而受抑制，一般来讲，废（污）水中COD/TKN值大于8时，氮的总去除率可达80%，工程设计中也可按照BOD5/NOx－N＞4进行控制。2）污泥龄θc的影响A/O工艺的污泥龄受两方面影响，其一是硝化菌世代时间的影响，一般为25d左右；其二是除磷主要通过剩余污泥排出系统，要求A/O工艺中污泥龄不宜过长，应为5-8d。权衡两方面，一般A/O工艺污泥龄为15-20d。3）溶解氧DO的影响A/O工艺的溶解氧应满足三方面要求，即好氧段氨氮完全氧化为硝态氮所需、满足进水中有机底物的氧化所需及好氧段聚磷菌所需。为防止DO过高而随污泥回流和混合液回流带至厌氧段和缺氧段，造成厌氧不完全而影响聚磷菌的释磷和缺氧段反硝化。一般好氧段DO在2.0㎎/L，厌氧段DO浓度小于0.2㎎/L，缺氧段DO浓度小于0.5㎎/L。4）硝化区和反硝化区容积比的影响硝化区和反硝化区容积比受尽水水质、水温等变化而变化。一般硝化区和反硝化区容积比为（8~7）∶（2~3），但在水质较差或脱氮要求较高时，该容积比最小为1∶1。5）有机底物污泥负荷Ns的影响好氧池Ns应不超过0.18㎏BOD5/(㎏MLSS·d)，否则异养菌数数量超过硝化菌而抑制硝化过程；而厌氧池的Ns应大于0.10㎏BOD5/(㎏MLSS·d)，否则聚磷菌底物不足，除磷效果下降。

6）氮的污泥负荷影响氮的污泥负荷过高会对硝化菌产生抑制，一般小于0.05㎏TKN/(㎏MLSS·d)，相应反应池内污泥浓度MLSS取0-㎎/L。7）污泥回流比R和混合液回流比Rn的影响污泥回流比R一般为25%-%，如果R太高，污泥将DO和硝态氮带入厌氧池太多，影响其厌氧状态且反硝化产生，会抑制厌氧释磷过程；如果R太低，则维持不了正常的反应器内污泥浓度，影响生化反应速率和处理效率。虽然提高混合液回流比Rn可以提高反硝化效果，但Rn过大，则大量曝气池的DO将被带入反硝化区，反而破坏了反硝化条件，且动力费用大。一般混合液回流比Rn根据脱氮要求在%-%左右。8）水温的影响硝化菌生长的最适宜温度为30-35℃，为避免硝化速率和有机底物好氧降解速率明显下降，水温不宜低于10℃；反硝化脱氮最适温度为20-38℃，为避免硝酸盐还原菌的生长速率下降，水温不宜低于15℃。温度对聚磷菌影响不大，因为聚磷菌有高温菌、中温菌和低温菌三种，其中低温菌又有专性和兼性的，当水温低于10℃时，低温兼性菌占优势，其繁殖速度受温度影响较小。9）碱度的影响硝化和反硝化过程分别消耗和产生碱度，影响pH值的变化。硝化过程最适pH值为7.8-8.4，当pH＜6或pH＞9时，硝化反应将停止；反硝化过程最适pH值为6.5-7.5。当系统碱度不足造成单元池内pH显著波动时，需人为投加碱度。10）水力停留时间HRT系统的总HRT为6-8h，由于厌氧段、缺氧段内主要为异养菌群，对污染底物降解速率较快，而好氧段内为除碳异养菌和自养硝化菌，其中自养硝化菌代谢速率较慢，则好氧段HRT较厌氧段和缺氧段要长，三个段的HRT比为：厌氧段∶缺氧段∶好氧段1∶1∶（3-4）。厌氧段、缺氧段都宜分成串联的几个方格，每个方格内设置一台机械搅拌机，一般用叶片桨板或推进式搅拌机，所需功率能量密度按5-8W/m废（污）水计算。