要条件μs≧μh，即系统必需维持在较低的污泥负荷条件下运行，使得污泥的泥龄大于维持硝化所需要的最小泥龄。根据大量的实验数据和运转实例，设计污泥负荷≤0.15kgBOD5/kgMLSS.d时，就可以达到硝化及反硝化的目的；污泥负荷≤0.11kgBOD5/kgMLSS.d时，就可以使出水氨氮浓度不高于5mg/L，TN浓度不高于15mg/L。 ? 磷的去除
将磷从污水中去除，可以采用化学法，也可以采用生物法。常规二级处理工艺磷的去除率仅为12~19%，达不到本工程的要求。
化学除磷主要是向污水中投加药剂，使药剂与水中溶解性磷酸盐形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液分离将磷从污水中去除。固液分离可以单独进行，也可以与除沉污泥和二沉污泥的排入相结合。按工艺流程中化学药剂投加点的不同，化学沉淀除磷工艺可分为前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀三种类型。前置沉淀的药剂投加点是除池前，形成的沉淀物与除沉污泥一起排除；同步沉淀的药剂投加点在曝气池中，曝气池出水处或在二沉池的进水处，形成的沉淀物与剩余污泥一起排除；后置沉淀的药剂投加点设在二沉池之后的混合池中，形成的沉淀物通过另设的固液分离装置进行分离。
化学除磷的药剂主要有铁盐、铝盐和石灰。
以硫酸铝和三氯化铁、硫酸亚铁混凝剂为例，金属盐与水中的磷酸盐的反应可以表示如下：
硫酸亚铁混凝剂： 3Fe2++2PO43-=Fe(PO4)2 三氯化铁混凝剂：
主反应：FeCl3+PO43- FePO4 +3Cl-
副反应：2FeCl3+3Ca(HCO3) 2 2 Fe(OH)3 +3CaCl2 + 6CO2 硫酸铝混凝剂：
主反应：Al2+(HSO4) 3.14H2O +2PO43- 2 AlPO4 +3SO42- + 14H2O
副反应：Al2+(HSO4) 3.14H2O +6HCO3- 2 Al(OH)3 +3SO42- + 14H2O +6CO2 可见，铁盐和铝盐均能与磷酸跟离子（PO43-）作用生成难溶性的沉淀物，通过去除这些难溶性沉淀物去除水中的磷。
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按照德国规范ATV-A131的规定，一般去除1kg的磷需要投加2.7kg铁或1.3kg铝。对特定的污水，金属盐投加量需通过试验确定，进水TP浓度和期望的除磷率不同，相应的投加量也不同。
化学除磷方法的泥产量将增加，仅由沉淀剂与磷酸根和氢氧根结合生成的干泥量为2.3kgTs/kgFe或3.6kgTs/kgAl，除此之外，还要考虑附带的其他沉淀物，因此，在实际应用中按每kg用铁量产生2.5kg污泥或每kg用铝量产生4.0kg污泥来计算泥量。
在初沉池投加化学药剂，初沉池产泥量将增加50~100%，如设后续生物处理，则全厂污泥量增加60~70%；在二沉池投药，活性污泥量增加35~45%，全厂污泥量将增加10~25%。因此，化学药剂的投加使沉淀污泥的产量增加、浓度降低、污泥体积增大，使污泥处理的难度增加。采用化学除磷时还应考虑污泥处理与处置的费用。
生物除磷是污水中的聚磷菌在厌氧环境并有充足营养的条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β烃丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件下时就讲解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和过量吸磷，形成高磷浓度污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。生物除磷的优点在于不增加剩余污泥量，处理成本较低。缺点是未了避免剩余污泥中的磷再次释放，对污泥处理工艺的选择有一定的限制。在厌氧阶段释放1mg的磷吸收储存的有机物，经好氧分解后产生的能量用于细胞合成、增殖，能够吸收2~2.4mg的磷。因此磷的吸收取决于磷的释放，而磷的释放取决于污水中存在的课快速降解的有机物的含量，有机物与磷的比值越大，除磷效果就越好。一般的活性污泥法，其剩余污泥中的含磷量为1.5~2%，采用生物除磷工艺的剩余活性污泥中磷的含量可以达到传统活性污泥法2~3倍，在设计中往往采用2~4%。
生物除磷工艺的前提是聚磷菌必需在厌氧条件下优势增长，而后进入好氧阶段才能增大磷的吸收量。因此，污水除磷的处理工艺必需在曝气池前段设置厌氧段，并对污泥中糖的含量进行控制。生物除磷工艺对磷的去除可以达到出水含磷1.0mg/L以下；辅以化学除磷的话，可以保证出水水中磷浓度不高于0.5mg/L。 5.3 生物脱氮除磷基本原理
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国外从六十年代开始系统地进行了脱氮除磷的物理处理方法研究，结果认为物理法的缺点是耗药量打、污泥多、运行费用高等。因此，城市污水处理厂一般不推荐采用。从七十年代以来，国外开始研究并逐步采用活性污泥法生物脱氮除磷。我国从八十年代开始研究生物脱氮除磷技术，在八十年代后期逐步实现工业化流程。目前，常用的生物脱氮除磷工艺有A2/O法、SBR法、氧化沟法等。 ? 生物脱氮原理
生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制，首先，污水中的含氮有机物转化成氨氮，而后在好氧条件下，由硝化菌左右变成硝酸盐氮，这阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，这阶段称为缺氧反硝化。整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。在硝化和反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及碳源，生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥泥龄。反硝化菌的生长主要是在缺氧条件下进行，并且要用充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。
由此可见，生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件： 硝化阶段：足够的的溶解氧，DO值在2mg/L以上，合适的温度，最好在20℃，不能低于10℃，，足够长的污泥泥龄，合适的PH条件。
反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件DO值在0.2mg/L左右，充足碳源（能源），合适的PH条件。
生物脱氮过程如图5—1所示。
含氮有机物 异氧型细菌 硝化细菌 - 反硝化细菌+有机物
NH3—N NH4+—N （氨化作用） （硝化作用） （反硝化作用）
N2
? 生物除磷原理
磷常以磷酸盐（H2PO4-、HPO42-和H2PO43-)、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中，生物除磷就是利用聚磷菌，在厌氧状态释放磷，在好氧状态从外部摄取磷，并将其以聚合形态储藏在体内，形成高磷污泥，排出系统，达到从废水中除磷的效果。
生物除磷主要是通过排出剩余污泥而去除磷的，因此，剩余污泥多少将对除
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磷效果产生影响，一般污泥龄短的系统产生的剩余污泥量较多，可以取得较高的除磷效果。有报道称，当泥龄为30d时，除磷率为40%，泥龄为17d时，除磷率为50%，而当泥龄降至5d时，除磷率达到87%。
大量的试验观测资料已经完全证实，再说横无除磷工艺中，经过厌氧释放磷酸盐的活性污泥，在好氧状态下有很强的吸磷能力，也就是说，磷的厌氧释放是好氧吸磷和除磷的前提，但并非所有磷的厌氧释放都能增强污泥的好氧吸磷，磷的厌氧释放可以分为两部分：有效释放和无效释放，有效释放是指磷被释放的同时，有机物被吸收到细胞内，并在细胞内储存，即磷的释放是有机物吸收转化这一耗能过程的偶联过程。无效释放则不伴随有机物的吸收和储存，内源损耗，PH变化，毒物作用引起的磷的释放均属无效释放。
在除磷系统的厌氧区中，含聚磷菌的会留污泥与污水混合后，在初始阶段出现磷的有效释放，随着时间的延长，污水中的易降解有机物被耗完以后，虽然吸收和储存有机物的过程基本上已经停止，但微生物为了维持基础生命活动，仍将不断分解聚磷，并把分解产物（磷）释放出来，虽然此时释磷总量不断提高，但单位释磷量所产生吸磷能力随无效释放量的加大而降低。一般来说，污水污泥混合液经过2小时厌氧后，磷的释放已经甚微，在有效释放过程中，磷的释放量与有机物的转化量之间存在着良好的相关性，磷的厌氧释放可使污泥的好氧吸磷能力大大提高，每厌氧释放1mgP，在好氧条件下可吸收2.0~2.24mgP，厌氧时间加长，无效释放逐渐增加，平均厌氧释放1mgP，所产生的好氧吸磷能力降至1mgP以下，甚至达到0.5mgP。因此，生物除磷并非厌氧时间越长越好，同时在运行管理中要尽量避免PH的冲击，否则除磷能力将大幅度下降，甚至完全丧失，这主要是由于PH降低时，会导致细胞结构和功能损坏，细胞内聚磷在在酸性条件下被水解，从而导致磷的快速释放。
5.4 污水生物脱氮除磷工艺类别
所有生物除磷脱氮工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的胶体循环。按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，又分为悬浮型活性污泥法和固着型生物膜法两大类，应用于城市污水厂的悬浮型活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列：（1）氧化沟系列；（2）A2/O系列；(3)序批式反应器（SBR）
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系列。各个系列不断地发展、改进，形成了目前比较典型的工艺有：A/O工艺，改良A2/O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺、CARROUSEL-2000氧化沟工艺、双沟式DE氧化沟工艺、三沟式T型氧化沟工艺、VIP工艺、倒置A2/O工艺、ORBAL氧化沟工艺、CAST工艺、SBR工艺、CASS工艺、MSBR工艺等。应用于城市污水处理厂的固着型生物膜法工艺主要包括：（1）BAF生物滤池；（2）BIOFOR生物滤池。
除了上面所提到的城市生活污水处理厂的三大系列污水处理工艺外，目前国外采用了一种全新的先进工艺技术，深井曝气的高效好氧处理法，处理工艺名称称作VT工艺，是加拿大诺曼公司在原有深井曝气的基础上研究改进的一种全新的高效好氧活性污泥法水处理工艺。该工艺以其处理效果好、占地面积小、维修及与运行费用低以及环保等优势已经在西方国家大量采用，并取得了很好的经济效益和社会效益。 5.4.1 氧化沟工艺系列
目前在国内外较为流行的氧化沟有：卡罗塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟、双沟式氧化沟、三沟式氧化沟。
氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断的循环流动，因此氧化沟又名“连续循环曝气法”。过去由于其曝气装置动力小，使池深及充氧能力收到限制，导致占地面积大，土建费用高，使其推广及运用收到影响。近十年来由于曝气装置的不断改进、完善及池型的合理设计，弥补了氧化沟过去的缺点。 ? 卡罗塞尔氧化沟
卡罗塞尔氧化沟是荷兰DHV公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。表曝机把水推向曝气区，水流连续经过几个曝气去后经堰口排出。为了保证沟中流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的，DHV公司往往要通过水力模型才能确定工程设计。最近DHV公司又开发了卡罗塞尔2000型，把厌氧/缺氧/好氧与氧化沟循环式曝气渠巧妙的结合起来，改变了原调节性差，除磷脱氮效果低的缺点，但水力设计更为复杂。卡鲁赛尔氧化沟的缺点是池深较浅，一般为4.0m，占地面积大，土建费用高。也有将卡鲁赛尔氧化沟池深设计为6m或更深的情况，但需采用潜
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