污廢水深度處置脫氮的微生物學(xué)原理

1、生物法脫氮原理氨化反應(yīng)硝化反應(yīng)硝化細菌是化能自養(yǎng)菌，生長率低，對環(huán)境條件變化較為敏感。溫度、溶解氧、污泥齡、pH、有機負荷等都會對它產(chǎn)生影響。約96％的NO3-N經(jīng)異化過程還原，4％經(jīng)同化過程合成微生物。反硝化反應(yīng)氮的氧化還原態(tài)–Ⅲ氨離子NH4+–Ⅱ–Ⅰ羥胺NH2OH0+Ⅰ硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亞硝酸根NO2—+Ⅳ+Ⅴ硝酸根NO3—硝化過程中氮的轉(zhuǎn)化亞硝酸菌的酶系統(tǒng)十分復(fù)雜硝化過程的影響因素（a）好氧環(huán)境：硝化菌氧化NH3和NO2-獲得能量，溶解氧含量的高低，影響硝化反應(yīng)進程，硝化反應(yīng)DO不低于2mg/L。（b）堿度：硝化反應(yīng)使pH下降，硝化菌對pH十分敏感，為保持適宜的pH，污水中應(yīng)有足夠堿度以調(diào)節(jié)pH的變化，lg氨氮完全硝化需堿度（CaCO3計）7.14g。硝化菌適宜的pH為8.0~8.4。（c）混合液有機物含量不應(yīng)過高：硝化菌是自養(yǎng)菌，若BOD過高，將使異養(yǎng)型細菌迅速增殖，使硝化菌不能成為優(yōu)勢種屬。BOD最好低于15-20mg/l。C/N高，微生物對氨氮的降解以同化代謝為主；當(dāng)BOD5/N>3時開始進行硝化反應(yīng)。（d）硝化適宜溫度是20~30℃，15℃以下硝化速度下降，5℃時停止。（e）污泥齡至少大于硝化菌世代時間（3.3d）。污泥齡θC≥（10-15）d。θC與溫度相關(guān)，溫度低θC高。（f）水力停留時間（HRT）：3.5~6hNO3-NO2-NH2OHNO2-N2O有機體(同化反硝化)N2(異化反硝化)反硝化過程簡化式同化反硝化異化反硝化反硝化反應(yīng)過程（同化反硝化、異化反硝化）2HNO32HNO22HNO2NH2OH2NH3NON2+4H+2H-2H2O+2H-2H2O-H2O+4H+4H-2H2O-2H2O反硝化過程的影響因素（a）碳源：能為反硝化菌所利用的碳源較多，從污水生物脫氮考慮，可有下列三類：一是原污水中所含碳源，污水BOD5/TKN>3~5時,即可認為碳源充足；二是外加碳源；三是利用微生物組織進行內(nèi)源反硝化。（b）pH：對反硝化反應(yīng)，最適宜的pH是6.5~7.5。pH高于8或低于6，反硝化速率將大為下降。（c）DO：反硝化菌在無分子氧同時存在硝酸根和亞硝酸根時，利用酸根中的氧進行呼吸。另一方面，反硝化菌的某些酶只有在有氧條件下才能合成。反硝化細菌宜在缺氧、好氧交替的條件下生存。缺氧池DO應(yīng)控制在0.5mg/L以下。（d）溫度：反硝化反應(yīng)的最適宜溫度是20~38℃，低于15℃反硝化反應(yīng)速率最低。在冬季，可采用如下措施：提高生物固體平均停留時間；降低負荷率；提高污水的水力停留時間。（e）

HRT：由于反硝化速度快，5－10min基本完成，30min能達到85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT＝1－1.5h。在反硝化反應(yīng)中，最大的問題就是污水中可用于反硝化的有機碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有機碳外加碳源，多用甲醇內(nèi)源呼吸碳源——細菌體內(nèi)的原生物質(zhì)及其貯存的有機物2、生物脫氮工藝（1）三段生物脫氮工藝空氣空氣“一級”曝氣池：去除COD、BOD，BOD<15-20mg/l

有機氮轉(zhuǎn)化為NH3、NH4+；“二級”硝化曝氣池，NH3、NH4+生成NO-3—N，堿度下降；“三級”反硝化池——NO-3—N轉(zhuǎn)化為氮氣。2）優(yōu)缺點去除效果好各類菌類環(huán)境條件好設(shè)備多，造價高，能耗大1）流程說明有機物氧化、硝化及反硝化獨立，都有自己的沉淀池和污泥回流系統(tǒng)（2）二段生物脫氮工藝（后置反硝化）

（3）缺氧—好氧生物脫氮工藝（A1O工藝，前置反硝化）內(nèi)循環(huán)（硝化液循環(huán)）原污水反硝化反應(yīng)器（缺氧）

BOD去除,硝化反應(yīng)反應(yīng)器（好氧）堿沉淀池處理水剩余污泥回流污泥N2圖7－17分建式缺氧-好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)1）工藝特征80年代開創(chuàng),前置反硝化——不加碳源,外加堿度,降低負荷設(shè)內(nèi)循環(huán)產(chǎn)生堿度,3.75mg堿度/mgNO3—N勿需建后曝氣池回流水含有NO3—N（沉淀池污泥反硝化生成）要提高脫氮率，要增加回流比2）A1/O工藝的優(yōu)缺點優(yōu)點

流程簡單，構(gòu)筑物少，只有一個污泥回流系統(tǒng)和混合液回流系統(tǒng)，節(jié)省基建費用。反硝化缺氧池不需外加有機碳源，降低了運行費用。因為好氧池在缺氧池后，可使反硝化殘留的有機物得到進一步去除，提高了出水水質(zhì)。缺氧池中污水的有機物被反硝化菌所利用，減輕了其它好氧池的有機物負荷，同時缺氧池中反硝化產(chǎn)生的堿度可彌補好氧池中硝化需要堿度的一半。

缺點

脫氮效率不高，一般ηN=（70～80）%

好氧池出水含有一定濃度的硝酸鹽，如二沉池運行不當(dāng)，則會發(fā)生反硝化反應(yīng)，造成污泥上浮，使處理水水質(zhì)惡化。3）A1/O工藝的影響因素1.水力停留時間tt反硝化≤2h，t硝化≥6h，t硝化：t反硝化=3：1，ηN達到（70-80）%，否則ηN↓2.進入硝化好氧池中BOD5≤80mg/L3.硝化好氧池中DO=2mg/L4.反硝化缺氧池污水中溶解氧性BOD5/NO3—N的比值應(yīng)大于4，保證反硝化過程中有充足的有機碳源。5.混合液回流比RN：RN不僅影響脫氮效率，而且影響動力消耗。

6.MLSS≥3000mg/L，否則ηN↓。7.污泥齡θC應(yīng)為30d。8.硝化段的污泥負荷率：BOD負荷<0.18kgBOD5/（kgMLSS·d）；TKN負荷<0