第六章 城市污水的深度处理
第一节 氮磷的去除
第二节 城市污水的三级处理
城市污水经传统的二级处理以后，虽然
绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还
残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮
和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质，
能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养
化，影响饮用水水源。
太湖的富营养化
第一节 氮、磷的去除
一、氮的去除
废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮
四种形式存在。
1,化学法除氮
(1) 吹脱法,
废水中,NH3与 NH4+以如下的平衡状态共存,
?? ??? OHNHOHNH 423
这一平衡受 pH的影响,pH为 10.5~11.5时，因废水
中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。
吹脱过程包括将废水的 pH提高至 10.5~11.5，然后曝
气，这一过程在吹脱塔中进行。
通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。
为减少氯的投加量，常与生物硝化联用，先硝
化再除微量的残留氨氮。
(2) 折点加氯法,
含氨氮的水加氯时，有下列反应,
?? ???? ClHH O C lOHCl 22
OHHClNHH O C lNH 224 ???? ??
O2HHN H C l2 H O C lNH 224 ???? ??
O3H3 C l5HN3 H O C l2 N H 224 ?????? ???
O3HHN C l3 H O C lNH 234 ???? ??
(3) 离子交换法,
常用天然的离子交换剂，如沸石等。
与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且
可用石灰再生。
2,生物法脱氮
(1) 生物脱氮机理
生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态
氮转化为 N2和 NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝
化两个反应过程。
同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果
微生物细胞中氮含量以 12.5%计算，同化氮去除占原
污水 BOD的 2%~5%，氮去除率在 8%~20%。
氨化反应,
新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白
质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式
存在的，此外也含有少数的氨态氮如 NH3及 NH4+等。
微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作
用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮
衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化
微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、
转化为氨态氮，以氨基酸为例,
322 NHR C O H C O O HOHC O O HR C H N H ???
3222 NHCOR C O C O O HOC O O HR C H N H ????
有机氮
（蛋白质、尿素）
细菌分解和水解
氨 氮 同 化 有机氮 有机氮
（ NH
3
- N ） （细菌细胞） （净增长）
O
2
硝化 自溶和自身氧化
亚硝态氮 反硝化
（ NO
2
-
）
O
2
有机碳
硝化
硝态氮 反硝化 氮气
（ NO
3
-
） （ N
2
）
有机碳
硝化反应是在好氧条件下，将 NH4+转化为 NO2-
和 NO3-的过程。
O2H4H2 N O3O2 N H 22亚硝酸菌24 ????? ??? ???
?? ?? ??? 322 NO2O2NO2 硝酸菌
总反应式为,
OHH2NOO2NH 2324 ????? ??? ??? 硝化细菌
硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件
变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄,pH、有机
负荷等都会对它产生影响。
? ? ? ? ??????? ? ??? ??? ??? ?? 32e22e2e22e4 NONO硝 酰酰NOH羟胺OHNHNH
硝化反应,
硝化过程的影响因素,
（ a） 好氧环境条件，并保持一定的碱度：硝化菌为了获得
足够的能量用于生长，必须氧化大量的 NH3和 NO2-，氧是硝化
反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化
反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于
1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在 1.2~2.0mg/L。
在硝化反应过程中，释放 H+，使 pH下降，硝化菌对 pH的
变化十分敏感，为保持适宜的 pH，应当在污水中保持足够的碱
度，以调节 pH的变化,lg氨态氮（以 N计）完全硝化，需碱度
（以 CaCO3计） 7.14g。对硝化菌的适宜的 pH为 8.0~8.4。
硝化过程的影响因素,
（ b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有
机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若 BOD值过高，将使增
殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优
势种属。
（ c）硝化反应的适宜温度是 20~30℃, 15℃ 以下时，硝化
反应速度下降,5℃ 时完全停止。
硝化过程的影响因素,
（ d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留
时间（污泥龄） SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将
使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在
适宜的温度条件下为 3d。 SRTn值与温度密切相关，温度低，
SRTn取值应相应明显提高。
（ e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作
用的物质还有高浓度的 NH4-N、高浓度的 NOx-N、高浓度的有
机基质、部分有机物以及络合阳离子等。
反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝
酸盐氮 (NO3-)和亚硝酸盐氮 (NO2-)还原为氮气的过程。
OH4CO2NO6OHCH26 N O 22233 ????? ??? ?? 硝酸还原菌
-22232 6 O HOH3CO3N3OHCH36 N O ??????? ???? 亚硝酸还原菌
反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它
会以 O2为电子进行呼吸；在无氧而有 NO3-或 NO2-存在
时，则以 NO3-或 NO2-为电子受体，以有机碳为电子供
体和营养源进行反硝化反应。
-22233 6 O HOH7CO5N3OHCH56 N O ?????? ???? 反硝化菌
总反应式为,
反硝化反应,
在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌
的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下,
O19HNOHC3H3COOHCH14NO3 2275233 ?? ????? ??
O2, 4 4 H0, 7 6 C ON47.0NOH,0 6 5 C0HOHCH08.1NO 22227533 ???? ???? ??
式中,C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。
反硝化还原和微生物合成的总反应式为,
从以上的过程可知，约 96％的 NO3-N经异化过
程还原,4％经同化过程合成微生物。
反硝化过程的影响因素,
（ a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物
脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城
市污水，当原污水 BOD5/TKN>3~5时,即可认为碳源充足；二
是外加碳源，多采用甲醇（ CH3OH），因为甲醇被分解后的
产物为 CO2和 H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微
生物组织进行内源反硝化。
（ b） pH,对反硝化反应，最适宜的 pH是 6.5~7.5。 pH高于
8或低于 6，反硝化速率将大为下降。
反硝化过程的影响因素,
（ c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子
氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够
利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，
反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能
够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条
件下进行，溶解氧应控制在 0.5 mg/L以下。
（ d）温度：反硝化反应的最适宜温度是 20~40℃,低于
15℃ 反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在
冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时
间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。
在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用
于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。
碳源
原水中含有的有机碳
外加碳源，多用甲醇
内源呼吸碳源 —— 细菌体内的原
生物质及其贮存的有机物
(2) 生物脱氮工艺
（ a） 三段生物脱氮工艺,
将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每
一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系
统。
（ b） Bardenpho生物脱氮工艺,
设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物
为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液
进行反硝化反应。
为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝
化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。
曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉
降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。
（ c） 缺氧 —— 好氧生物脱氮工艺,
该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前
置式反硝化生物脱氮系统。
反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中
含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行
反硝化脱氮。
缺氧 -好氧生物脱氮工艺
磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生
长的重要元素。
磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及
含磷工业废水。
危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧
平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。
含磷化合物
有机磷 有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等
无机磷
磷酸盐：正磷酸盐 (PO43-)、磷酸氢盐 (HPO42-),
磷酸二氢盐 H2PO4-、偏磷酸盐 (PO3-)
聚合磷酸盐：焦磷酸盐 (P2O74－ ),三磷酸盐 (P3O105-),
三磷酸氢盐 (HP3O92-)
二、污水中磷的去除
一般城市污水水质与排放要求
常规活性污泥法的微生物同化和吸附；
项 目 进水水质 /（ mg·L-1） 国家排放标准 /（ mg·L
-1）
一级 A 一级 B
CODcr 250~300 50 60
BOD5 100~150 10 20
SS 150~200 10 20
TKN(NH3-N) 35（ 25） 5（ 8） 8（ 15）
TP 5~6 1 1.5
如何去除以达到排放标准？
生物强化除磷；
投加化学药剂除磷。
常规活性污泥法的微生物同化和吸附
普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干
重的 1.5%~2.0%，通过同化作用可去除磷 12%~20%。
o b s e r v e0 1 5.0d B O D
d T P y??
生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥
中磷含量占到干重 5%~6%。
生物强化除磷工艺
如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除
磷。
生物强化除磷工艺
利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中
溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。
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；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态
下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分
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(聚 β-羟基丁酸 )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
氧释磷。
厌氧环境中,
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等生理
活动，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。
剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是
从污水中去除的含磷物质。
普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到
12%~20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩
余污泥中含磷量可以占到干重 5%~6%，去除率基本
可满足排放要求。
好氧环境中,
厌氧环境 好氧环境
有机基质
产酸菌
P
乙酸 P
聚 P
聚 P P H B P H B 聚 P 聚 P
聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌
生物除磷机理
（ 1）厌氧环境条件,
（ a） 氧化还原电位,Barnard,Shapiro等人研究
发现，在批式试验中，反硝化完成后,ORP突然下
降，随后开始放磷，放磷时 ORP一般小于 100mV；
（ b） 溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性
厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，
也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；
（ c） NOx-浓度：产酸菌利用 NOx- 作为电子受体，
抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机
质。
生物除磷影响因素,
（ 2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放
磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物
组成和性质,ASM模型对其进一步划分为,
（ a） 1987年发展的 ASM1,
CODtot=SS+SI+XS+XI
（ b） 1995年发展的 ASM2,
溶解性与颗粒性,SA+SF+SI+XS＋ XI
S表示溶解性组分,X表示颗粒性组分；下标 S溶解
性,I惰性,A发酵产物,F可发酵的易生物降解的。
生物除磷影响因素,
（ 3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含
磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量
的磷须同时耗用更多的 BOD。
Rensink和 Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结
果表明,SRT=30d时，除磷效果 40%； SRT=17d时，除
磷效果 50%； SRT=5d天时，除磷效果 87%。
同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。
生物除磷影响因素,
（ 4） pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统
合适的 pH为中性和微碱性，不合适时应调节。
生物除磷影响因素,
（ 5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速
度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或
投加外源 VFA。
（ 6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性
能和剩余污泥处置方法等。
(1) A/O法是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。
厌氧 -好氧除磷工艺流程
三,生物除磷及生物脱氮除磷工艺
1.A/O生物除磷工艺
(2) Phostrip去除磷工艺流程,
三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺
2,A2/O工艺
A2/O工艺基本流程
进水
沉淀池 厌氧池 缺氧池 好氧池
剩余污泥
出水
内回流
污泥回流
进
气
管
3,改进的 Bardenpho工艺
4.UCT工艺
5,SBR工艺
SBR工艺是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。
混合液回流
搅拌 搅拌 N 2 沉淀池
原污水 处理出水
厌氧反应器 缺氧反应器 好氧反应器
磷释放 脱氮 B O D 去除、硝化
磷吸收
污泥回流
剩余污泥
污泥回流
混合液回流
泥 序批池
预 水 厌 厌 缺 好
缺 分 氧 氧 氧 氧 出水
氧 离 池 池 池 池 序批池
进水
剩余污泥 MSBR工艺
传统 A2O工艺
MSBR脱氮除磷工艺
M 排泥泵 搅拌器
序批池 Ⅰ 1# 内循环回流
混合液回流
混合液回流
进 水 Q 缺氧池一 泥水分离池 厌氧池 缺氧池二 主曝气池
3 # 2 # 4 # 5 # 6 #
上清液
出水 Q 序批池 Ⅱ 7# 出流混合液 Q
M
ê±?? μ￥ ?a 1 μ￥ ?a 2 μ￥ ?a 3 μ￥ ?a 4 μ￥ ?a 5 μ￥ ?a 6 μ￥ ?a 7
ê±?? 1 ?á °è ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? 3á μí
ê±?? 2 ?? ?? ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? 3á μí
ê±?? 3 ?¤3á ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? 3á μí
ê±?? 4 3á μí ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? ?á °è
ê±?? 5 3á μí ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? ?? ??
ê±?? 6 3á μí ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? ?¤3á
MSBR池平面图
MSBR单元工作状态
M
M M
进水 M 出水
M M
6.三沟式氧化沟
处理出水
M M
回系统处理
M 搅拌器 M 搅拌器
1# 2# 3#
M M
M M M
曝气
进水
7,UNITANK工艺
8,YAAO工艺
进水
预缺氧 厌氧 好氧 缺氧 好氧 二沉池 出水
碳源分流
污泥回流
四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素
1,脱氮除磷工艺及功能表
2,脱氮除磷活性污泥法的影响因素
环境因素，如温度,pH、溶解氧。
工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时
间。
污水成分，如 BOD5与 N,P的比值。
进水磷浓度为 10mg/L时,SRT和 BODL的去除率对出水
磷浓度的影响,
BODL的去除量 /
（ mg·L-1）
泥龄 /d
3 6 15 30
出水 PO43--P浓度 /（ mg·L-1）
100 9.0 9.1 9.4 9.5
300 7.0 7.4 8.1 8.5
500 5.0 5.7 6.8 7.5
1000 0 1.4 3.6 5.1
第二节 城市污水的三级处理
一,活性碳吸附
主要去除传统活性污泥法出流中的难降解化合
物，残留的无机化合物，如氮、硫化物和重金属。
二、投加粉末活性炭的活性污泥工艺
该工艺是将活性炭直接加入曝气池中，使生物
氧化与物理吸附同时进行。
投加粉末活
性炭的活性
污泥工艺流
程图
三,化学氧化法
在废水的深度处理中，应用化学氧化法可去
除氨氮，降低残留有机物的浓度及减少水中细菌
和病毒的数量。
3.0~8.0
1.0~3.0
范围
6.0 降低 COD浓度 臭氧
2.0 降低 BOD5浓度 氯
典型值
剂量 /（ kg·kg-1） 作用 化学药剂
氧化二级出水有机化合物所需的化学药剂量
第一节 氮磷的去除
第二节 城市污水的三级处理
城市污水经传统的二级处理以后，虽然
绝大部分悬浮固体和有机物被去除了，但还
残留微量的悬浮固体和溶解的有害物，如氮
和磷等的化合物。氮、磷为植物营养物质，
能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养
化，影响饮用水水源。
太湖的富营养化
第一节 氮、磷的去除
一、氮的去除
废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮
四种形式存在。
1,化学法除氮
(1) 吹脱法,
废水中,NH3与 NH4+以如下的平衡状态共存,
?? ??? OHNHOHNH 423
这一平衡受 pH的影响,pH为 10.5~11.5时，因废水
中的氮呈饱和状态而逸出，所以吹脱法常需加石灰。
吹脱过程包括将废水的 pH提高至 10.5~11.5，然后曝
气，这一过程在吹脱塔中进行。
通过适当的控制，可完全去除水中的氨氮。
为减少氯的投加量，常与生物硝化联用，先硝
化再除微量的残留氨氮。
(2) 折点加氯法,
含氨氮的水加氯时，有下列反应,
?? ???? ClHH O C lOHCl 22
OHHClNHH O C lNH 224 ???? ??
O2HHN H C l2 H O C lNH 224 ???? ??
O3H3 C l5HN3 H O C l2 N H 224 ?????? ???
O3HHN C l3 H O C lNH 234 ???? ??
(3) 离子交换法,
常用天然的离子交换剂，如沸石等。
与合成树脂相比，天然离子交换剂价格便宜且
可用石灰再生。
2,生物法脱氮
(1) 生物脱氮机理
生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态
氮转化为 N2和 NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝
化两个反应过程。
同化作用去除的氮依运行条件和水质而定，如果
微生物细胞中氮含量以 12.5%计算，同化氮去除占原
污水 BOD的 2%~5%，氮去除率在 8%~20%。
氨化反应,
新鲜污水中，含氮化合物主要是以有机氮，如蛋白
质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等形式
存在的，此外也含有少数的氨态氮如 NH3及 NH4+等。
微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作
用，很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮
衍生物，其中分解能力强并释放出氨的微生物称为氨化
微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、
转化为氨态氮，以氨基酸为例,
322 NHR C O H C O O HOHC O O HR C H N H ???
3222 NHCOR C O C O O HOC O O HR C H N H ????
有机氮
（蛋白质、尿素）
细菌分解和水解
氨 氮 同 化 有机氮 有机氮
（ NH
3
- N ） （细菌细胞） （净增长）
O
2
硝化 自溶和自身氧化
亚硝态氮 反硝化
（ NO
2
-
）
O
2
有机碳
硝化
硝态氮 反硝化 氮气
（ NO
3
-
） （ N
2
）
有机碳
硝化反应是在好氧条件下，将 NH4+转化为 NO2-
和 NO3-的过程。
O2H4H2 N O3O2 N H 22亚硝酸菌24 ????? ??? ???
?? ?? ??? 322 NO2O2NO2 硝酸菌
总反应式为,
OHH2NOO2NH 2324 ????? ??? ??? 硝化细菌
硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件
变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄,pH、有机
负荷等都会对它产生影响。
? ? ? ? ??????? ? ??? ??? ??? ?? 32e22e2e22e4 NONO硝 酰酰NOH羟胺OHNHNH
硝化反应,
硝化过程的影响因素,
（ a） 好氧环境条件，并保持一定的碱度：硝化菌为了获得
足够的能量用于生长，必须氧化大量的 NH3和 NO2-，氧是硝化
反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化
反应的进程，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于
1mg/L，多数学者建议溶解氧应保持在 1.2~2.0mg/L。
在硝化反应过程中，释放 H+，使 pH下降，硝化菌对 pH的
变化十分敏感，为保持适宜的 pH，应当在污水中保持足够的碱
度，以调节 pH的变化,lg氨态氮（以 N计）完全硝化，需碱度
（以 CaCO3计） 7.14g。对硝化菌的适宜的 pH为 8.0~8.4。
硝化过程的影响因素,
（ b）混合液中有机物含量不应过高：硝化菌是自养菌，有
机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若 BOD值过高，将使增
殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优
势种属。
（ c）硝化反应的适宜温度是 20~30℃, 15℃ 以下时，硝化
反应速度下降,5℃ 时完全停止。
硝化过程的影响因素,
（ d）硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留
时间（污泥龄） SRTn，必须大于其最小的世代时间，否则将
使硝化菌从系统中流失殆尽，一般认为硝化菌最小世代时间在
适宜的温度条件下为 3d。 SRTn值与温度密切相关，温度低，
SRTn取值应相应明显提高。
（ e）除有毒有害物质及重金属外，对硝化反应产生抑制作
用的物质还有高浓度的 NH4-N、高浓度的 NOx-N、高浓度的有
机基质、部分有机物以及络合阳离子等。
反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝
酸盐氮 (NO3-)和亚硝酸盐氮 (NO2-)还原为氮气的过程。
OH4CO2NO6OHCH26 N O 22233 ????? ??? ?? 硝酸还原菌
-22232 6 O HOH3CO3N3OHCH36 N O ??????? ???? 亚硝酸还原菌
反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它
会以 O2为电子进行呼吸；在无氧而有 NO3-或 NO2-存在
时，则以 NO3-或 NO2-为电子受体，以有机碳为电子供
体和营养源进行反硝化反应。
-22233 6 O HOH7CO5N3OHCH56 N O ?????? ???? 反硝化菌
总反应式为,
反硝化反应,
在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌
的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下,
O19HNOHC3H3COOHCH14NO3 2275233 ?? ????? ??
O2, 4 4 H0, 7 6 C ON47.0NOH,0 6 5 C0HOHCH08.1NO 22227533 ???? ???? ??
式中,C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。
反硝化还原和微生物合成的总反应式为,
从以上的过程可知，约 96％的 NO3-N经异化过
程还原,4％经同化过程合成微生物。
反硝化过程的影响因素,
（ a）碳源：能为反硝化菌所利用的碳源较多，从污水生物
脱氮考虑，可有下列三类：一是原污水中所含碳源，对于城
市污水，当原污水 BOD5/TKN>3~5时,即可认为碳源充足；二
是外加碳源，多采用甲醇（ CH3OH），因为甲醇被分解后的
产物为 CO2和 H2O，不留任何难降解的中间产物；三是利用微
生物组织进行内源反硝化。
（ b） pH,对反硝化反应，最适宜的 pH是 6.5~7.5。 pH高于
8或低于 6，反硝化速率将大为下降。
反硝化过程的影响因素,
（ c）溶解氧浓度：反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在无分子
氧同时存在硝酸根离子和亚硝酸根离子的条件下，它们能够
利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，
反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能
够合成。这样，反硝化反应宜于在缺氧、好氧条件交替的条
件下进行，溶解氧应控制在 0.5 mg/L以下。
（ d）温度：反硝化反应的最适宜温度是 20~40℃,低于
15℃ 反硝化反应速率最低。为了保持一定的反硝化速率，在
冬季低温季节，可采用如下措施：提高生物固体平均停留时
间；降低负荷率；提高污水的水力停留时间。
在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用
于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。
碳源
原水中含有的有机碳
外加碳源，多用甲醇
内源呼吸碳源 —— 细菌体内的原
生物质及其贮存的有机物
(2) 生物脱氮工艺
（ a） 三段生物脱氮工艺,
将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每
一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系
统。
（ b） Bardenpho生物脱氮工艺,
设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物
为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液
进行反硝化反应。
为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝
化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。
曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉
降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。
（ c） 缺氧 —— 好氧生物脱氮工艺,
该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前
置式反硝化生物脱氮系统。
反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中
含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行
反硝化脱氮。
缺氧 -好氧生物脱氮工艺
磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生
长的重要元素。
磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及
含磷工业废水。
危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧
平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。
含磷化合物
有机磷 有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等
无机磷
磷酸盐：正磷酸盐 (PO43-)、磷酸氢盐 (HPO42-),
磷酸二氢盐 H2PO4-、偏磷酸盐 (PO3-)
聚合磷酸盐：焦磷酸盐 (P2O74－ ),三磷酸盐 (P3O105-),
三磷酸氢盐 (HP3O92-)
二、污水中磷的去除
一般城市污水水质与排放要求
常规活性污泥法的微生物同化和吸附；
项 目 进水水质 /（ mg·L-1） 国家排放标准 /（ mg·L
-1）
一级 A 一级 B
CODcr 250~300 50 60
BOD5 100~150 10 20
SS 150~200 10 20
TKN(NH3-N) 35（ 25） 5（ 8） 8（ 15）
TP 5~6 1 1.5
如何去除以达到排放标准？
生物强化除磷；
投加化学药剂除磷。
常规活性污泥法的微生物同化和吸附
普通活性污泥法剩余污泥中磷含量约占微生物干
重的 1.5%~2.0%，通过同化作用可去除磷 12%~20%。
o b s e r v e0 1 5.0d B O D
d T P y??
生物强化除磷工艺可以使得系统排除的剩余污泥
中磷含量占到干重 5%~6%。
生物强化除磷工艺
如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除
磷。
生物强化除磷工艺
利用好氧微生物中聚磷菌在好氧条件下对污水中
溶解性磷酸盐过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。
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；而活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态
下，将体内积聚的聚磷分解，分解产生的能量一部分
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(聚 β-羟基丁酸 )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
氧释磷。
厌氧环境中,
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等生理
活动，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。
剩余污泥中包含过量吸收磷的聚磷菌，也就是
从污水中去除的含磷物质。
普通活性污泥法通过同化作用除磷率可以达到
12%~20%。而具生物除磷功能的处理系统排放的剩
余污泥中含磷量可以占到干重 5%~6%，去除率基本
可满足排放要求。
好氧环境中,
厌氧环境 好氧环境
有机基质
产酸菌
P
乙酸 P
聚 P
聚 P P H B P H B 聚 P 聚 P
聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌 聚磷菌
生物除磷机理
（ 1）厌氧环境条件,
（ a） 氧化还原电位,Barnard,Shapiro等人研究
发现，在批式试验中，反硝化完成后,ORP突然下
降，随后开始放磷，放磷时 ORP一般小于 100mV；
（ b） 溶解氧浓度：厌氧区如存在溶解氧，兼性
厌氧菌就不会启动其发酵代谢，不会产生脂肪酸，
也不会诱导放磷，好氧呼吸会消耗易降解有机质；
（ c） NOx-浓度：产酸菌利用 NOx- 作为电子受体，
抑制厌氧发酵过程，反硝化时消耗易生物降解有机
质。
生物除磷影响因素,
（ 2）有机物浓度及可利用性：碳源的性质对吸放
磷及其速率影响极大，传统水质指标很难反映有机物
组成和性质,ASM模型对其进一步划分为,
（ a） 1987年发展的 ASM1,
CODtot=SS+SI+XS+XI
（ b） 1995年发展的 ASM2,
溶解性与颗粒性,SA+SF+SI+XS＋ XI
S表示溶解性组分,X表示颗粒性组分；下标 S溶解
性,I惰性,A发酵产物,F可发酵的易生物降解的。
生物除磷影响因素,
（ 3）污泥龄：污泥龄影响着污泥排放量及污泥含
磷量，污泥龄越长，污泥含磷量越低，去除单位质量
的磷须同时耗用更多的 BOD。
Rensink和 Ermel研究了污泥龄对除磷的影响，结
果表明,SRT=30d时，除磷效果 40%； SRT=17d时，除
磷效果 50%； SRT=5d天时，除磷效果 87%。
同时脱氮除磷系统应处理好泥龄的矛盾。
生物除磷影响因素,
（ 4） pH：与常规生物处理相同，生物除磷系统
合适的 pH为中性和微碱性，不合适时应调节。
生物除磷影响因素,
（ 5）温度：在适宜温度范围内，温度越高释磷速
度越快；温度低时应适当延长厌氧区的停留时间或
投加外源 VFA。
（ 6）其他：影响系统除磷效果的还有污泥沉降性
能和剩余污泥处置方法等。
(1) A/O法是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。
厌氧 -好氧除磷工艺流程
三,生物除磷及生物脱氮除磷工艺
1.A/O生物除磷工艺
(2) Phostrip去除磷工艺流程,
三、生物除磷及生物脱氮除磷工艺
2,A2/O工艺
A2/O工艺基本流程
进水
沉淀池 厌氧池 缺氧池 好氧池
剩余污泥
出水
内回流
污泥回流
进
气
管
3,改进的 Bardenpho工艺
4.UCT工艺
5,SBR工艺
SBR工艺是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。
混合液回流
搅拌 搅拌 N 2 沉淀池
原污水 处理出水
厌氧反应器 缺氧反应器 好氧反应器
磷释放 脱氮 B O D 去除、硝化
磷吸收
污泥回流
剩余污泥
污泥回流
混合液回流
泥 序批池
预 水 厌 厌 缺 好
缺 分 氧 氧 氧 氧 出水
氧 离 池 池 池 池 序批池
进水
剩余污泥 MSBR工艺
传统 A2O工艺
MSBR脱氮除磷工艺
M 排泥泵 搅拌器
序批池 Ⅰ 1# 内循环回流
混合液回流
混合液回流
进 水 Q 缺氧池一 泥水分离池 厌氧池 缺氧池二 主曝气池
3 # 2 # 4 # 5 # 6 #
上清液
出水 Q 序批池 Ⅱ 7# 出流混合液 Q
M
ê±?? μ￥ ?a 1 μ￥ ?a 2 μ￥ ?a 3 μ￥ ?a 4 μ￥ ?a 5 μ￥ ?a 6 μ￥ ?a 7
ê±?? 1 ?á °è ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? 3á μí
ê±?? 2 ?? ?? ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? 3á μí
ê±?? 3 ?¤3á ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? 3á μí
ê±?? 4 3á μí ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? ?á °è
ê±?? 5 3á μí ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? ?? ??
ê±?? 6 3á μí ?¨?? ?á °è ?á °è ?á °è ?? ?? ?¤3á
MSBR池平面图
MSBR单元工作状态
M
M M
进水 M 出水
M M
6.三沟式氧化沟
处理出水
M M
回系统处理
M 搅拌器 M 搅拌器
1# 2# 3#
M M
M M M
曝气
进水
7,UNITANK工艺
8,YAAO工艺
进水
预缺氧 厌氧 好氧 缺氧 好氧 二沉池 出水
碳源分流
污泥回流
四、主要的脱氮除磷活性污泥法功能表及影响因素
1,脱氮除磷工艺及功能表
2,脱氮除磷活性污泥法的影响因素
环境因素，如温度,pH、溶解氧。
工艺因素，如泥龄、各反应区的水力停留时
间。
污水成分，如 BOD5与 N,P的比值。
进水磷浓度为 10mg/L时,SRT和 BODL的去除率对出水
磷浓度的影响,
BODL的去除量 /
（ mg·L-1）
泥龄 /d
3 6 15 30
出水 PO43--P浓度 /（ mg·L-1）
100 9.0 9.1 9.4 9.5
300 7.0 7.4 8.1 8.5
500 5.0 5.7 6.8 7.5
1000 0 1.4 3.6 5.1
第二节 城市污水的三级处理
一,活性碳吸附
主要去除传统活性污泥法出流中的难降解化合
物，残留的无机化合物，如氮、硫化物和重金属。
二、投加粉末活性炭的活性污泥工艺
该工艺是将活性炭直接加入曝气池中，使生物
氧化与物理吸附同时进行。
投加粉末活
性炭的活性
污泥工艺流
程图
三,化学氧化法
在废水的深度处理中，应用化学氧化法可去
除氨氮，降低残留有机物的浓度及减少水中细菌
和病毒的数量。
3.0~8.0
1.0~3.0
范围
6.0 降低 COD浓度 臭氧
2.0 降低 BOD5浓度 氯
典型值
剂量 /（ kg·kg-1） 作用 化学药剂
氧化二级出水有机化合物所需的化学药剂量
