中北大学课程设计说明书学生姓名：郭凯旋学号：0804014209 学院：化工与环境学院专业：环境工程题目：流量为8000 m3/h的城市污水A2/O法脱氮除磷工艺设计指导教师：晋日亚职称: 副教授2011年5月27日中北大学课程设计任务书2010~2011 学年第二学期学院：化工与环境学院专业：环境工程学生姓名：郭凯旋学号：0804014209 课程设计题目：流量为8000 m3/h的城市污水A2/O法脱氮除磷工艺设计起迄日期： 5 月16 日～5 月27 日课程设计地点：环境工程系指导教师：晋日亚系主任：王海芳下达任务书日期: 2011年5月16日目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 生物脱氮除磷机理 (1)1.2.1 脱氮机理 (1)1.2.2 除磷机理 (2)1.3 A2/O法脱氮除磷工艺流程 (2)1.4 A2/O法脱氮除磷工艺的影响因素 (3)1.5 A2/O法脱氮除磷工艺特点及应用现状 (4)1.5.1 工艺特点 (4)1.5.2 应用 (4)2 总体设计（污泥负荷法） (5)2.1 已知条件 (5)2.2 主要公式及工艺参数 (5)2.2.1 主要公式 (5)2.2.2 设计工艺参数（见表2-1） (7)2.3 设计计算 (8)2.3.1 判断是否可采用A2/O法 (8)2.3.2有关设计参数 (8)2.3.3 校核氮磷负荷 (9)2.3.4 剩余污泥量 (9)2.3.5 反应池主要尺寸 (9)2.3.6 反应池进出水系统计算 (9)2.3.7 曝气系统设计计算 (11)2.3.8 厌氧池设备选择（以单组反应器计算） (13)2.3.9 缺氧池设备选择（以单组反应器计算） (13)2.3.10 污泥回流设备 (14)2.3.11 内循环混合液回流设备 (14)2.3.12 二沉池（以单组反应池计算） (15)3 参考文献 (17)4 结束语 (18)1 绪论1.1 概述在城市污水处理厂,传统活性污泥工艺能有效去除污水中的BOD 5和SS,但不能有效地去除污水中的氮和磷。

如果含氮、磷较多的污水排放到湖泊或海湾等相对封闭的水体,则会产生富营养化导致水体水质恶化或湖泊退化,影响其使用功能。

20世纪70年代以来，人们在厌氧∕好氧除磷系统和缺氧/好氧脱氮系统原理的基础上又提出了A 2/O 污水处理系统，即将两个系统组合起来，使污水经过厌氧（Anaerobic ）、缺氧（Anoxic ）及好氧（Oxic ）三个生物处理过程（简称A 2/O ），达到同时去除BOD 5、氮、磷的目的[1]。

1.2 生物脱氮除磷机理1.2.1 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N 2和N x O 气体的过程，其中包括氨化反应、硝化反应和反硝化反应[2]。

⑴ 氨化反应在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮，以氨基酸为例，反应式为：RCHNH 2COON+O 2−−→−氨化菌RCOOH+CO 2+NH 3 ⑵ 硝化反应硝化反应是将氨、氮转化为硝酸盐氮的过程，是由一群自养型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤：第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，称为亚硝化反应；第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。

硝化菌在硝化NH 4＋时，分氧化和合成两个过程。

氧化反应式：NH 4＋+2O 2−−→−氧化NO 3¯+2H ＋+H 2O 合成反应式：7NH 4＋+10CO 2−−→−合成5NO 3－+ 12H ＋+H 2O+2C 5H 7NO 2 ⑶ 反硝化反应反硝化反应是由一群缺氧异养性微生物完成的生物化学过程。

它的主要作用是在缺氧(无分子氧)的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮(N 2)或N 2O 、NO 。

反硝化过程同样由氧化和合成两个过程来实现。

以甲醇为例，反硝化过程的化学反应如下：氧化反应式：6NO 3¯+5CH 3OH −−−→−反硝化菌5CO 2+3N 2+7H 2O+6OH ¯ 合成反应式：NO 3¯+CH 3OH+H ＋−−→−合成C 5H 7NO 2+N 2+CO 2+H 2O 1.2.2 除磷机理磷通常是以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中的。

生物除磷是利用除磷菌一类的细菌，过量且超出其生理需要的从外部摄取磷，并将其以聚合形态贮藏于体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。

在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，污水中有机物在厌氧发酵菌的作用下转化为乙酸苷（VFAs ）,而聚磷菌则将体内聚积的聚磷分解，所产生的能量除供聚磷菌生存外，还供聚磷菌吸收乙酸苷转化为聚β羟基丁酸（PHB ）,而存于体内。

聚磷分解时形成的无机磷则释放回污水中，此即厌氧放磷，这是在厌氧区进行的。

在好氧区聚磷菌的活力得到恢复，并以聚磷的形式存储超出生长需要的磷量，此即好氧吸磷。

在水处理过程中，活性污泥不断增加，必须排除剩余污泥，这些污泥中含有吸收磷过量的聚磷菌，即从污水中去除的含磷物质，这就是厌氧、好氧交替的生物处理系统除磷的本质[2]。

1.3 A 2/O 法脱氮除磷工艺流程根据生物脱氮除磷机理，污水A 2/O 法脱氮除磷工艺是一个包括硝化和反硝化、厌氧放磷和好氧吸磷的工艺流程，一般由厌氧池、缺氧池和好氧池组成，如图1所示。

污水首先进入厌氧区，与同步进入的从二沉池回流的含磷污泥混合。

厌氧池的主要功能是释放磷，使污水中磷的浓度升高。

兼性厌氧发酵菌将污水中可生物降解的有机物（BOD）转化为乙酸苷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的环境下维持生存。

另一部分能量可供聚磷菌主动吸收环境中的乙酸苷并以PHB（聚β羟基丁酸）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为碳源进行反硝化，达到同时降低BOD5与脱氮的目的，此时磷的变化较小。

接着污水进入曝气的好氧区，聚磷菌在吸收、利用污水中残留的可生物降解有机物的同时，主要是通过分解体内存储的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的溶解磷，并以聚磷的形式在体内存储起来，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菌利用后，到达好氧区时浓度已经相当低，这有利于自养型硝化菌的生长繁殖。

并通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐，排放的剩余污泥中，由于含有大量的能超量存储聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可达到6﹪（干重）以上[2]。

1.4 A2/O法脱氮除磷工艺的影响因素⑴溶解性有机底物浓度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TP/BOD5应小于0.06。

在缺氧段，若有机物浓度较低，则反硝化脱氮速率将因碳源不足而受到抑制，一般来说，污水中COD/TN大于8时，氮的总去除率可达80﹪[3]。

⑵污泥龄A2/O法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25天左右；其二是除磷主要通过剩余污泥排出系统，要求工艺的污泥龄不宜过长。

权衡两方面，一般A2/O污泥龄为15～20d。

⑶溶解氧溶解氧应满足三方面的要求，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吸磷所需。

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1.5～2.0 mg/L，厌氧段DO浓度小于0.2 mg/L，缺氧段DO浓度小于0.5 mg/L。

⑷有机底物污泥负荷N S好氧池N S应不超过0.18 kgBOD5/(kgMLSS·d),否则异养菌数量超过硝化菌而抑制硝化过程；而厌氧池N S应大于0.10 kgBOD5/(kgMLSS·d),否则聚磷菌底物不足，除磷效果下降。

⑸污泥回流比污泥回流比r一般为25﹪～100﹪，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，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。

⑹混合液回流比虽然提高混合液回流比R可以提高反硝化效果，但R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。

一般要求在100﹪～600﹪。

⑺水温硝化菌生长的最适温度为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⑻碱度硝化和反硝化过程分别消耗和产生碱度，影响pH值的变化。

硝化过程的最适pH值是7.8～8.4，当p H＜6或p H＞9时，硝化反应将停止；反硝化过程最适pH值为6.5～7.5。

⑼水力停留时间由于厌氧段、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，则好氧段停留时间较厌氧段和缺氧段要长，三个段的停留时间比为：厌氧段︰缺氧段︰好氧段等于1︰1︰（3～4）。

1.5 A2/O法脱氮除磷工艺特点及应用现状1.5.1 工艺特点A2/O工艺的优点是厌氧、缺氧、好氧交替进行，可达到同时去除有机物、脱氮、除磷的目的。

而且，这种运行状况，丝状菌不易生长繁殖，基本不存在污泥膨胀问题。

此外工艺流程简单，污水停留时间少于其他同类工艺，且不需外加碳源，运行费用低[2]。

A2/O工艺的缺点是除磷效果因受到污泥、回流污泥中夹带的溶解氧和硝态氮的限制，不可能十分理想[2]。

1.5.2 应用在我国，由于水资源短缺及水污染问题日趋严重，尤其是众多内陆湖泊的富营养化已到了造成严重危害的程度，因此，污水的脱氮除磷工艺及实际应用也显得尤为重要。

A2/O法脱氮除磷工艺是目前我国城市污水处理厂中应用最广泛的同步脱氮除磷工艺[4]。

但是，由于硝化、反硝化、释磷和吸磷多个生化反应过程对反应条件的不同要求，使得传统的A2/O工艺在实际应用中达到一级排放标准存在一定的难度和局限。

2 总体设计（污泥负荷法）2.1 已知条件 ⑴设计污水流量：d m Q 32496002480003.1=⨯⨯=；⑵设计进水水质：COD ：300 mg/L ，BOD 5：200mg/L ，SS ：170mg/L ，TN ：20mg/L ，TP ：6 mg/L ，水温：10～25℃；⑶设计出水水质：BOD 5：25mg/L ，SS ：30mg/L ，TN ＜5mg/L,TP ≤1 mg/L 。

2.2 主要公式及工艺参数2.2.1 主要公式⑴ 污泥浓度 r X rr X +=1 (2-1) 式中，X 为混合液污泥浓度，mg/L ；X r 为回流污泥浓度，mg/L ；r 为污泥回流比，﹪。