第8章 污水生物除磷处理系统

8.3 生物除磷的设计 1

第8章 污水生物除磷处理系统

Mogens Henze著

在江、河、湖、海中，磷能促进植物的生长（富营养化）。排入受纳水体的大部分磷来自污水。由于世界范围内均产生了日益严重的水质富营养化问题，这就提出了从污水中去除磷的要求。生物除磷工艺能完全或部分解决这个问题。有时需要与化学沉淀工艺相结合。来自生物除磷污水处理厂的污泥如不含过量的对环境有害的重金属和有机毒物，将是很好的肥料。

8.1 活性污泥法生物除磷系统的物料平衡

图8.1为一个生物除磷污水处理厂的流程示意图。特别值得注意的是下列2个物料平衡：

a） 在池V2中快速生物降解有机物的物料平衡（从这一平衡可知有多少快速生物降解

有机物可用于磷的去除，并可由此计算可能去除的磷量）；

b） 整个污水处理厂中磷的平衡（以此为基础，可计算出磷的去除量）。

图8.1 生物除磷示意图

V2––––厌氧除磷池 V3––––好氧/缺氧池

在池V２中，快速生物降解有机物（这里近似地以醋酸HAc计）的物料平衡如下：

进水 ＋ 回流 ＋ 水解/发酵 － 生物除磷的醋酸吸收＝出水

QSHAc,1＋Q5SHAc,5＋VS,HAcKh S2 V2－rV,HAcV2＝Q2.2 SHAc,2.2

（8.1）

由于生产性规模的生物膜法污水除磷处理系统尚未开发出来，因此，迄今为止，这一工艺一直通过活性污泥系统来实现。

通常，式（8.1）可通过假设SHAc,5＝0而简化（即处理后的污水和回流污泥中，所有快速降解有机物均已经被去除）。

根据式（3.36），快速降解有机物的去除rV,HAc可表示为: rV,HAc＝kHAc(SHAc /( SHAc＋KS, HAc))XB,PAO （3.36）

上式可简化为：

rV,HAc＝kP (SHAc /( SHAc＋KS, HAc))

（8.2）

式中 kP ––––20℃时，1～2 kgCOD(S)/(m3?d)； KS,HAc ––––2～6 g COD(S)/m3。

将式（8.2）代入（8.1），并假设SHAc,5＝0，可得出完全混合厌氧池V2的表达式：

Q1SHAc,1?vS,HAckhS2V2??S?kVSP2HAc,2?KS,HAc?HAc,2??Q2SHAc,2

（8.3）

如果进水（Q1SHAc,1）、池容（V2）和水解（kp，kS,HAc）已知，那么可从式（8.3）计算出SHAc,2。

快速降解有机物的去除与磷的生物吸收密切相关，见例3.11和式（3.37）。简化后的式子可写为： rV,PO4＝vHAc,PO4rV,HAc （8.4） 式中 rV,PO4 ––––假设的厌氧池中磷的生物吸收速率（实际上吸收仅发生在好氧池）； vHAc,PO4 ––––快速降解有机物（HAc）与磷（PO4）之间的化学计量系数。

根据例3.11，VHAc,PO4约为0.1 g P/gCOD。 全处理系统磷的物料平衡可表达如下： 进水＝出水＋剩余污泥

Q1CP,1＝Q4CP,4＋Q6CP,6

（8.5）

在污水处理厂中磷既没有消失也没有产生，因此这一平衡很简单地就可验证。对溶解性磷来说，一个简化的平衡式也许是有意义的：

Q1SP,1＋rV,PO4V2＝Q4SP,4

（8.6）

式中 SP ––––正磷酸盐和聚磷的总浓度，mgP/L； rV,PO4 ––––生物磷吸收的“反应速率”（设计计算中包括了厌氧池V2，而实际上只发

生在好氧/缺氧池V3）。

此外，还假设：

? Q6SP,6 <

? 正是厌氧池V2中快速生物降解有机物的吸收控制了生物磷吸收（虽然磷的吸收发生在好氧/缺氧池V3）；

? 在池V3中有足够的反应时间（如果污水厂设计有硝化或有硝化/反硝化，这是正确的）。

【例8.1】污水流量为3600 m3/d，快速生物降解有机物（COD）为60 g/ m3。污水处理厂有生物除磷功能，已建有一个200 m3的完全混合式厌氧池。试计算厌氧池出水中快速降解有机物的浓度。不考虑厌氧池中快速降解有机物的产生。

快速降解有机物的物料平衡为：

Q1SHAc,1?vS,HAckhS2V2??S?kVSP2HAc,2HAc,2??KS,HAc??Q2SHAc,2

（8.3）

水解/发酵vS,HAckhS2V2≈0；kP按1.46 kg COD(S)/(m3?d)计；KS,HAc按3 g COD/m3计。

8.3 生物除磷的设计 3

代入后得：

3 600m3/d×0.060 kg COD(S)/m3－(1.46 kg COD(S)/(m3?d)×SHAc,2×200m3)/(SHAc,2 + 0.003 kg COD(S)/m3)＝3600 m3/d×SHAc,2 由上式可计算出：

SHAc,2＝0.006 kg COD/m3

于是，厌氧池中快速降解有机物的数量为：

SHAc,1－SHAc,2＝0.060－0.006＝0.054 kg COD/m3 如果化学计算系数vHAc,PO4＝0.1 kg P/kg COD，则生物除磷工艺可从污水中去除的磷量为：

(SHAc,1－SHAc,2) vHAc,PO4＝(0.060－0.006)×0.1＝0.0054 kg P/m3

（假设原进水中已存在这么多的溶解性磷。在丹麦常常有这种情况。在挪威、瑞士和其它许多国家，污水中磷的含量仅为丹麦的一半，这是由较小的洗涤剂消耗量和较大的人均日排污水量共同造成的）。

8.2 污水生物除磷处理系统的类型

所有污水生物除磷处理系统的设计都由生物除磷和好氧工艺（有机物的氧化）组合而成，其原因是为了使工艺具有除磷效果，需将微生物交替置于好氧和厌氧条件下。

在组合的活性污泥工艺中，生物除磷也可与硝化/反硝化结合起来，但不能仅与硝化结合。在已有文献中，有关污水生物除磷系统的类型和设计的信息很少[1]。 8.2.1 有硝化/反硝化和内部碳源的生物除磷系统

图8.2为2种典型的污水处理系统设计，尽量在厌氧池建立推流式构造。在例1中，厌氧池为一系列完全混合池相串联；在例2中，厌氧池为一个长的推流式反应池。在某种程度上，推流式构造能够保证厌氧池的部分池容没有硝酸盐存在，即使回流污泥中存在硝酸盐。所有存在的硝酸盐都将在厌氧池的前端部分被去除（因此这部分不能算作厌氧池），这部分将作为反硝化池。这种情形对生物除磷工艺来说是不利的，因为除磷过程需要的快速降解有机物将被消耗掉。

图8.2 有硝化/反硝化和内部碳源的生物除磷系统

原污水中的快速降解有机物以及厌氧池中可能产生的发酵产物都被生物除磷过程所

利用。图8.3为一个生物除磷系统的厌氧池。

图8.3 生物除磷系统的厌氧池（丹麦Odense N?处理厂）

8.2.2 有硝化/反硝化和外加碳源的生物除磷系统

如果原污水中没有足够的快速降解有机物，那么有可能采用外加碳源，如醋酸盐或来自食品工业的工业污水/废物。图8.4为这类污水处理厂的流程图。

图8.4 投加外部有机物的生物除磷系统

8.2.3 内部产生快速降解有机物的生物除磷系统

如果在进水中缺乏快速降解有机物（如醋酸等），那么可以通过一个水解工艺在污水处理厂内部获得。目前，有许多污水处理厂采用这种方式。图8.5给出了可能采用的污水处理厂设计流程图，其中已知最后一个流程来自生产性的污水处理厂。在该处理厂中，应用了在初沉池和浓缩池的初沉污泥中发生的水解作用。

8.3 生物除磷的设计 5

图8.5 通过水解（H）在内部产生快速生物降解有机物的生物除磷（P）工艺

8.2.4 无硝化/反硝化的生物除磷系统

在如图8.6所示的污水处理厂设计中可出现生物除磷。在这里，很重要的一点是避免夏季发生硝化，这就是说，好氧泥龄短是先决条件。

图8.6 没有硝化/反硝化、具有有机物去除的生物除磷工艺（A/O或Phoredox）

8.3 生物除磷的设计

8.3.1 快速降解有机物

对于生物除磷来说，快速降解有机物的存在是先决条件。每去除1 kg的溶解磷大约需10 kg的快速降解COD。快速降解COD必需是醋酸或类似的小分子有机物。

厌氧池中可获得的快速降解COD出现在物料平衡的前3项，见表达式（8.1）。 当硝态氮进入厌氧池时，就意味着一定数量的快速降解有机物要被反硝化消耗掉，消

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