第三節(jié)----廢水生物脫氮原理

1、第三節(jié) 廢水生物脫氮原理一、廢水生物脫氮的基本過程氨化（Ammonificaton）：廢水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程；硝化（Nitrification）：廢水中的氨氮在好氧自養(yǎng)型微生物（統(tǒng)稱為硝化菌）的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2- 和NO3-的過程；反硝化（Denitrification）：廢水中的NO2- 和/或NO3-在缺氧條件下在反硝化菌（異養(yǎng)型細(xì)菌）的作用下被還原為N2的過程。二、硝化反應(yīng)（Nitrification）1、硝化反應(yīng)的基本原理硝化反應(yīng)分為兩步進(jìn)行：； 。是由兩組自養(yǎng)型硝化菌分兩步完成的： 亞硝酸鹽細(xì)菌（或稱為氨氧化細(xì)菌）（Nit

2、rosomonas）； 硝酸鹽細(xì)菌（或稱為亞硝酸鹽氧化細(xì)菌）（Nitrobacter）；到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)有任何一種細(xì)菌可以直接將氨氮通過一步氧化到硝酸鹽。這兩種硝化細(xì)菌的特點： 都是革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短桿菌和球菌； 強(qiáng)烈好氧，不能在酸性條件下生長； 無需有機(jī)物，以氧化無機(jī)含氮化合物獲得能量，以無機(jī)C（CO2或HCO3-）為碳源； 化能自養(yǎng)型； 生長緩慢，世代時間長。2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式 亞硝化反應(yīng)：如果加上細(xì)胞合成，則：亞硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.146g/g NH4+-N（113/55/14）；氧化1mg NH4+-N為NO2-N，需氧3.16mg（76´32/5

3、5/14）；氧化1mg NH4+-N為NO2-N，需消耗7.08mg堿度（以CaCO3計）（109´50/55/14） 硝化反應(yīng)： 如果加上細(xì)胞合成，則：硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)氧化1mg NO2-N為NO3N，需氧1.11mg(195*32/400/14)幾乎不消耗堿度總的硝化反應(yīng)： 如加上細(xì)胞合成，則： 總的細(xì)菌產(chǎn)率是： 0.02g/gNO2-N(113/400/14)；氧化1mg 為，需氧4.27mg(1.86*32/14)；氧化1 mg 為，需消耗堿度7.07mg(以CaCO3計)；污水中必須有足夠的堿度，否則硝化反應(yīng)會導(dǎo)致pH值下

4、降，使反應(yīng)速率減緩或停滯；如果不考慮合成，則：氧化1 mg NH4+-N為NO3-N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應(yīng)3.43mg，硝化反應(yīng)1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計)3、硝化反應(yīng)所需要的環(huán)境條件兩種硝化菌對環(huán)境的變化都很敏感，要求較苛刻，主要如下： 好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.08.4)； 進(jìn)水中的有機(jī)物的濃度不宜過高，一般要求BOD5在1520mg/l以下； 硝化反應(yīng)的適宜溫度是2030°C，15°C以下時，硝化反應(yīng)的速率下降，小于5°C時，完全停止； 硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留

5、時間即污泥齡，必須大于其最小的世代時間(一般為310天)； 高濃度的氨氮、亞硝酸鹽或硝酸鹽、有機(jī)物以及重金屬離子等都對硝化反應(yīng)有抑制作用。三、反硝化反應(yīng)（Denitrification）1、反硝化反應(yīng)及反硝化細(xì)菌反硝化反應(yīng)是指硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過程；反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，并不是一類專門的細(xì)菌，它們大量存在于土壤和污水處理系統(tǒng)中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類具有還原硝酸鹽能力的細(xì)菌；反硝化菌能在缺氧條件下，以或為電子受體，以有機(jī)物為電子供體，而將氮還原；在反硝化菌的代謝活動下，或中的N可以有兩種轉(zhuǎn)化途徑： 同化反硝化，即最終

6、產(chǎn)物是有機(jī)氮化合物，是菌體的組成部分； 異化反硝化，即最終產(chǎn)物是氮氣（N2）或笑氣（N2O）。2、反硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式 反應(yīng)過程示意圖： 反應(yīng)方程式： 以H為電子供體： 第一步：第二步：總反應(yīng)： 以甲醇為電子供體： 第一步：第二步：總反應(yīng)：3、反硝化反應(yīng)的影響因素 碳源：一是原廢水中的有機(jī)物，當(dāng)廢水的BOD5/TKN大于35時，可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇； pH值：適宜的pH值是6.57.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率將大大下降； 溶解氧：反硝化菌適于在缺氧條件下發(fā)生反硝化反應(yīng)，但另一方面，其某些酶系統(tǒng)只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧交替的條件

7、下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下； 溫度：最適宜溫度為2040°C，低于15°C其反應(yīng)速率將大為降低。4、生物脫氮反應(yīng)過程中各項生化反應(yīng)特征生化反應(yīng)類型去除有機(jī)物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌Nitrosomonas自養(yǎng)型菌Nitrobacter自養(yǎng)型菌兼性菌異養(yǎng)型菌能源有機(jī)物化能化能有機(jī)物氧源(電子受體)O2O2O2NO2- 、NO3-溶解氧12mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上00.5mg/l堿度無變化氧化1mgNH4+-N需要7.14mg/l堿度無變化還原1mgNO3-N或NO2-N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機(jī)物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+-N需氧3.43mg氧化1mg NO2-N需氧1.14mg分解1mg有機(jī)物(COD)需NO2-N 0.58mg，NO3-N0.35mg所提供的化合態(tài)氧最適pH值6878.567.568最適水溫1525°C30°C30°C3437°C增殖速度(d-1)1.23.50.211.080.281.44好氧分解的1/21/2.5分解速度70870mgBOD/gMLSS.h7mgNH4+-N/g