微生物脱氮原理ppt

脱氮原理及影响脱氮的因素
• 一、生物脱氮原理
• 污（废）水中的氮一般以氨氮和有机氮的形式存在， 通常是只含有少量或不含亚硝酸盐和硝酸盐形态的 氮，在未经处理的污水中，氮有可溶性的氮，也有 非溶性的氮。可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸的 形式存在；一部分非溶性有机氮在初沉池中可以去 除。在生物处理过程中，大部分的可溶性有机氮转 化成氨氮和其他无机氮，却不能有效地去除氮。废 水生物脱氮的基本原理就在于，在有机氮转化为氨 氮的基础上，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、 硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气从 水中逸出，从而达到除去氮的目的。即完整的生物 脱氮反应共分成三个步骤：有机氮氨化反应——硝 化反应——反硝化反应。
为： • 1. 第一阶段： • 生化氧化： • 生化合成： • 则第一阶段的总反应式（包括氧化和合成）为：
• 2. 第二阶段： • 生化氧化： • 生化合成： • 则第二阶段的总反应式为：
• 第一阶段反应放出能量多，该能量供给亚硝酸菌,将NH4+合成 NO2-，维持反应的持续进行，第二阶段反应放出的能量较小。 从NH4+→NO3-的反应历程如下表所示。
• 3、 氨氮（NH3-N）：又名氨态氮，是指水中以游离氨 （NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。
• 4、 硝态氮：是指硝酸盐及亚硝酸盐中所含有的氮元素 • 以上四者之间的关系图如下：
• 二、脱氮基本概念
• 废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮，而其中以 氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异 养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成氨氮，而后经 硝化过程转化变为NO2-N 和NO3-N ，最后通过反硝化作用 使硝态氮转化成氮气，而逸入大气，从而降低废水中N的含 量。
微生物脱氮
基本概念
一、名词解释
• 1、 总氮(TN)：水中各种形态无机和有机氮的总量。包括 NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等 有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营 养物质污染的程度。通常可以简单的理解为水体中各种形态 氮的总和。
• 2、总凯氏氮（TKN）：包括氨氮和能转化为铵盐而被测定的 有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、 肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化 合物。通常可以简单的理解为水中氨氮和有机氮的总和。
• 硝化过程总氧化式为：
• （4）特点
•
从上式可以看出硝化过程的三个重要特点：
•
⑴NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.57gO2；
•
⑵硝化过程细胞产率非常低，且难以维持较高胜物浓度，特别是在低温的
冬季；
•
⑶硝化过程中产生大量的的质子（H+），为了使反应能顺利进行，需要大
硝
氮的价态变化
化
–3
氮的转化 氨离子NH4+
过
↓
程
中
-1
羟胺NH2OH
氮
↓
的
1
氧
化
硝酰基NOH ↓
还
3
亚硝酸根NO2-
NO3-
• 硝化过程总反应过程如下 ：
• 该式包括了第一阶段、第二阶段的合成及氧化，由总反 应式可知，反应物中的N大部分被硝化为NO3-，只有 2.1%的N合成为生物体，硝化菌的产量很低，且主要在 第一阶段产生（占1/55）。若不考虑分子态以外的氧合 成细胞本身，光从分子态氧来计量，只有1.1%的分子 态氧进入细胞体内,因此细胞的合成几乎不需要分子态 的氧。
• 1、 氨化作用
•
（1）概念
•
氨化作用是指将有机氮化合物转化为氨态氮的过程，也称为矿化作用。
•
（2）细菌
•
参与氨化作用的细菌成为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性
的荧光假单胞菌和灵杆菌，兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。
•
（3）降解方式（分好氧和厌氧）
•
在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸
量的碱中和，其理论上大约为每氧化1g的NH3-N需要碱度7.14g(以CaCO3计)。
3、 反硝化作用
• （1）概念 • 反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件
下，硝态氮、亚硝态氮及其其它氮氧化物被用作电子受体而还 原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应。 • （2）细菌 • 这个过程反硝化菌完成。 • 反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋菌属和无色 杆菌属等。它们多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化 菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。在无分子 态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+ 作为电子受体。O2-作为受氢体生成H2O和OH- 碱度，有机物 则作为碳源及电子供体提供能量，并得到氧化稳定。 • 反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同 化作用和异化作用来完成的。异化作用就是将NO2- 和NO3还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。而同化作用是 反硝化菌将NO2- 和NO3- 还原成为NH3-N供新细胞合成之用， 氮成为细胞质的成分，此过程可称为同化反硝化。
•
• 2、 硝化作用
• （1）概念
• 硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝态氮的 生物化学反应，
• （2）细菌
• 这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。
• 亚硝化菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和 亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝化杆菌属、硝化球菌属。 亚硝酸菌和硝化菌统称为硝化菌。
• （3）反应过程 • 包括亚硝化反应和硝化反应两个阶段。该反应历程
• （3）反硝化过程 • 反硝化反应式如下： •
• [H]可以是任何能提供电子，且能还原NO3―及 NO2―为的物质，包括有机物、硫化物、H+等。
• 反硝化反应历程如下：
二、生物脱氮过程的影响因素
• 1、 硝化反应影响因素
• （1）有机碳源
生成酮酸和氨：
•
•
丙氨酸
亚氨基丙酸
丙酮酸
•
另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细
菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们式好氧菌，其反
应式如下：
•
• 在厌氧条件或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱 氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。