好氧活性污泥法脱氮系统AO工艺
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• 亚硝酸菌Nitrosomonas和硝酸菌Nitrobacter统 称为硝化菌。
• 化能自养菌，G-，不生芽孢的短杆状细菌，广泛 存活在土壤中，在自然界的氮循环中起着重要的 作用。 • 这类细菌的生理活动不需要有机性营养物质，从 CO2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。生 长率低 • 对环境条件变化较为敏感。
亚硝化菌和硝化菌的基本特征
项 目
细胞形状 细胞尺寸（μm）
革兰氏染色 世代期（h） 自养性 需氧性 最大比增长速率μm·h-1 产率系数Y(mg细胞/基 质mg) 饱和常数K（mg/L）
亚硝化菌 椭球或棒状 1×1.5 阴性 8~36
专性 严格好氧 0.04~0.08 0.04~0.13 0.6~3.6
• 活性污泥理想的营养平衡式为 BOD:N:P=100:5:1 • 氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为 5%~20%
1.生物脱氮 1.1生物脱氮原理
一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油 污水 自然界中存在氮的自然循环
生 物 脱 氮
有机氮
氨化反应 硝化反应 反硝化反应
氨态氮 硝酸氮 氮气
• 反硝化作用的条件：厌氧条件下，存在有机碳源， 硝酸盐浓度大于或等于2mg/L，且pH值在6.5-7.5 之间。 • 以有机物为基质时，反硝化菌不仅能将其用作电 子给体进行反硝化，还能将其用作碳源合成细胞 物质。
当利用的碳源为甲醇时：
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O +
亚硝化菌
Nitrobacter 硝化菌
• 硝化作用过程中细菌的性质对废水处理有多方面 影响：
• 硝化细菌的生长速率慢、细胞产率低，使得废水 中有机物负荷不能太大，否则细菌就被冲失； • 其次，过程中应存在一定量的氧气； • 硝化过程产生氢离子，需要考虑合适的缓冲溶液 调节系统。
⑶反硝化 • 反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化 菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还 原为氮气的过程。
HCO3NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-
•从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过程还 原，4％经同化过程合成微生物。
内源反硝化
• 微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反 硝化 • C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH• 内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生 成。 废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提 供必要的碳源。
氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低，
某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。 国内外对氮磷的排放标准越来越严格。 生物脱氮除磷技术是近20年发展起来的，一般 来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，是日
前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。
• 对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞 生理需要摄取的部分！
废水生物脱氮除磷技术
• 在自然界，氮化合物是以有机体(动物蛋白、植物 蛋白)、氨态氮(NH4+、NH3)、亚硝酸氮(NO2-)、 硝酸氮(NO3-)以及气态氮(N2)形式存在的。 • 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮4 种形式存在。
氮在水中的存在形态与分类
有机N（尿素、氨基酸、蛋白质） TKN (凯氏氮) 总N (TN)
NH3及NH4+等 1g氨氮氧化需氧4.57g NO3-N
需氧3.16g
亚硝化菌
硝化菌
需氧1.11g
亚硝酸盐氮
NH 4 1.5O2 NO2 2H H 2O
276 kJ
NO2-N
1 NO2 O2 NO3 72.27 kJ 2
在硝化反应中，还有H+释放
硝化细菌
有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、 转化为氨态氮，以氨基酸为例：
氧化脱氨基
O2 RCOOH CO2 NH3
RCHNH2COOH
水解脱氨基
H 2O RCOOH NH3
还原脱氨基
2H RCOOH NH 3
生物脱氮原理
在未经处理的新鲜废水中
有机氮 蛋白质、尿素、胺类化合物、 硝基化合物以及氨基酸等 氨态氮 NH3及NH4等
氨化菌(水解、氧化)
无论在好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性 环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的 强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全 地完成氨化反应
生物脱氮原理
（2）硝化反应
反应过程
NH 4 2O2 NO3 H 2O 2H
351kJ
氨态氮
硝酸盐氮
硝化菌 椭球或棒状 0.5×1.0 阴性 12~59
兼性 严格好氧 0.02~0.06 0.02~0.07 0.3~1.7
硝化反应过程中氮的转化及价态的变化
-Ⅲ -Ⅱ -Ⅰ 0 +Ⅰ +Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ 铵离子NH4+ 羟胺NH2OH
氮 的 氧 化 还 原 态
硝酰基NOH
亚硝酸盐NO2硝酸盐
NO Nutrisimonas 3
以下重Hale Waihona Puke Baidu介绍
• 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态 氮转化为N2的过程。
• 氨化（Ammonification）：有机氮转化为无机氮
• 硝化（Nitrfication）：NH3-N转化为NOx-N
• 反硝化（Denitrification）：NOx-N转化为N2
生物脱氮原理
（1）氨化反应
N
无机N NH3-N NO3-N NO2-N NOx--N (硝态氮)
• 磷通常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形 式存在。
• 磷主要来自人体排泄物以及合成洗涤剂、 牲畜饲养场及含磷工业废水。 • 磷对水体富营养化的影响比氮更突出，是 藻类生长的限制因素。事实上取决于氮磷 比。
氮和磷的排放会加速水体的富营养化，
反硝化菌
• 属异养兼性厌氧菌，有氧存在时，以O2为电子受 体进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-时，则以 NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和 营养源进行反硝化。
• 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利 用了硝酸盐中的氧。
• 当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作 为反硝化反应的电子供体
• 化能自养菌，G-，不生芽孢的短杆状细菌，广泛 存活在土壤中，在自然界的氮循环中起着重要的 作用。 • 这类细菌的生理活动不需要有机性营养物质，从 CO2获取碳源，从无机物的氧化中获取能量。生 长率低 • 对环境条件变化较为敏感。
亚硝化菌和硝化菌的基本特征
项 目
细胞形状 细胞尺寸（μm）
革兰氏染色 世代期（h） 自养性 需氧性 最大比增长速率μm·h-1 产率系数Y(mg细胞/基 质mg) 饱和常数K（mg/L）
亚硝化菌 椭球或棒状 1×1.5 阴性 8~36
专性 严格好氧 0.04~0.08 0.04~0.13 0.6~3.6
• 活性污泥理想的营养平衡式为 BOD:N:P=100:5:1 • 氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为 5%~20%
1.生物脱氮 1.1生物脱氮原理
一些污水中，氮是过剩的，如城市污水，炼油 污水 自然界中存在氮的自然循环
生 物 脱 氮
有机氮
氨化反应 硝化反应 反硝化反应
氨态氮 硝酸氮 氮气
• 反硝化作用的条件：厌氧条件下，存在有机碳源， 硝酸盐浓度大于或等于2mg/L，且pH值在6.5-7.5 之间。 • 以有机物为基质时，反硝化菌不仅能将其用作电 子给体进行反硝化，还能将其用作碳源合成细胞 物质。
当利用的碳源为甲醇时：
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O +
亚硝化菌
Nitrobacter 硝化菌
• 硝化作用过程中细菌的性质对废水处理有多方面 影响：
• 硝化细菌的生长速率慢、细胞产率低，使得废水 中有机物负荷不能太大，否则细菌就被冲失； • 其次，过程中应存在一定量的氧气； • 硝化过程产生氢离子，需要考虑合适的缓冲溶液 调节系统。
⑶反硝化 • 反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化 菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还 原为氮气的过程。
HCO3NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO3-
•从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过程还 原，4％经同化过程合成微生物。
内源反硝化
• 微生物还可通过消耗自身的原生质进行所谓的内源反 硝化 • C5H7NO2+4NO3-→5CO2+NH3+2H2↑+4OH• 内源反硝化的结果是细胞物质减少，并会有NH3的生 成。 废水处理中不希望此种反应占主导地位，而应提 供必要的碳源。
氨氮的好氧特性会使水体的溶解氧降低，
某些含氮化合物对人和其他生物有毒害作用。 国内外对氮磷的排放标准越来越严格。 生物脱氮除磷技术是近20年发展起来的，一般 来说比化学法和物理化学法去除氮磷经济，是日
前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。
• 对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞 生理需要摄取的部分！
废水生物脱氮除磷技术
• 在自然界，氮化合物是以有机体(动物蛋白、植物 蛋白)、氨态氮(NH4+、NH3)、亚硝酸氮(NO2-)、 硝酸氮(NO3-)以及气态氮(N2)形式存在的。 • 废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮4 种形式存在。
氮在水中的存在形态与分类
有机N（尿素、氨基酸、蛋白质） TKN (凯氏氮) 总N (TN)
NH3及NH4+等 1g氨氮氧化需氧4.57g NO3-N
需氧3.16g
亚硝化菌
硝化菌
需氧1.11g
亚硝酸盐氮
NH 4 1.5O2 NO2 2H H 2O
276 kJ
NO2-N
1 NO2 O2 NO3 72.27 kJ 2
在硝化反应中，还有H+释放
硝化细菌
有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、 转化为氨态氮，以氨基酸为例：
氧化脱氨基
O2 RCOOH CO2 NH3
RCHNH2COOH
水解脱氨基
H 2O RCOOH NH3
还原脱氨基
2H RCOOH NH 3
生物脱氮原理
在未经处理的新鲜废水中
有机氮 蛋白质、尿素、胺类化合物、 硝基化合物以及氨基酸等 氨态氮 NH3及NH4等
氨化菌(水解、氧化)
无论在好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性 环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的 强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全 地完成氨化反应
生物脱氮原理
（2）硝化反应
反应过程
NH 4 2O2 NO3 H 2O 2H
351kJ
氨态氮
硝酸盐氮
硝化菌 椭球或棒状 0.5×1.0 阴性 12~59
兼性 严格好氧 0.02~0.06 0.02~0.07 0.3~1.7
硝化反应过程中氮的转化及价态的变化
-Ⅲ -Ⅱ -Ⅰ 0 +Ⅰ +Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ 铵离子NH4+ 羟胺NH2OH
氮 的 氧 化 还 原 态
硝酰基NOH
亚硝酸盐NO2硝酸盐
NO Nutrisimonas 3
以下重Hale Waihona Puke Baidu介绍
• 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态 氮转化为N2的过程。
• 氨化（Ammonification）：有机氮转化为无机氮
• 硝化（Nitrfication）：NH3-N转化为NOx-N
• 反硝化（Denitrification）：NOx-N转化为N2
生物脱氮原理
（1）氨化反应
N
无机N NH3-N NO3-N NO2-N NOx--N (硝态氮)
• 磷通常以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形 式存在。
• 磷主要来自人体排泄物以及合成洗涤剂、 牲畜饲养场及含磷工业废水。 • 磷对水体富营养化的影响比氮更突出，是 藻类生长的限制因素。事实上取决于氮磷 比。
氮和磷的排放会加速水体的富营养化，
反硝化菌
• 属异养兼性厌氧菌，有氧存在时，以O2为电子受 体进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-时，则以 NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和 营养源进行反硝化。
• 反硝化反应可使有机物得到分解氧化，实际是利 用了硝酸盐中的氧。
• 当缺乏有机物时，则无机物如氢、Na2S等也可作 为反硝化反应的电子供体