《生物脱氮》-公开课件
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rate Ammonia Removal Over Nitrite) 工艺遵循短
程反硝化原理，是基于NO2-的高效脱氨单反应器工艺的 简称。在高温和极短的泥龄条件下将氨的氧化过程控 制在亚硝化阶段（半硝化），然后利用缺氧条件进行 反硝化。
硝酸盐细菌的数量未增加，即产生亚硝酸盐积累。
n
温度影响：生物硝化反应适宜温度为20～35℃,一般低于15℃硝
化速率降低, 12～14 ℃下活性污泥中硝酸菌活性受到更严重的抑制,
出现HNO2积累。 15～30 ℃范围内,硝化过程形成的亚硝酸可完全被 氧化成硝酸。温度超过30℃后又会出现HNO2积累。
n
剂氯化钠（中性再生）、氢氧化钠和氢氧化钙（碱性再 生），对氨氮的去除达90％－97％。对硝态氮、亚硝态 氮和有机氮没有去除能力。
n 3、折点氯化法：向废水中投加足量的氯气， 使氨氧化成氮气的废水脱氮技术。余氯浓度和 残留氨氮浓度与氯气、氨氮质量之比有关。
n 4、磷酸氨镁沉淀法 n 向废水中投加磷酸盐和氧化镁，使氨形成磷
理系统是一个开放的系统，两种细菌同进同出，工程上将 他们分开并不容易； n 4、在自然界和废水处理系统中，氨氧化往往是整个硝化 过程的限速步骤，很少出现亚硝酸积累； n 5、由于硝化过程所提供的基质是硝酸盐，反硝化工艺只 能进行全程反硝化。
1. 短程硝化－反硝化工艺 （SHARON工艺）
n 1. SHARON工艺 n SHARON（Single reactor system for High
生物脱氮研究新进展
氮素循环
n 生物固氮：N2-----NH3 n 氨的同化:NH3------有机物 n 氨化作用：有机物－－－NH3 n 硝化作用：NH3------NO2- NO3n 反硝化作用:NO3-,NO2-,NO,N20---N2 n 异化性硝酸盐还原作用:NO3-,NO2----NH3
氮素污染物来源
n 美国旧金山海湾盆地的氮素污染源
氮素来源
数量/(t/a)
占总量的百分率/%
城市污水
26000
49.0
工业污水
16000
30.0
干沉降
590
1.1
湿沉降
390
0.8
城市径流
1400
2.7
非城市径流
1900
3.6
农田灌溉水
900
1.7
禽畜养殖场污水
6000
11.1
氮素污染危害
n 1、刺激地表水中植物和藻类的过度生长
酚、氰及重金属离子等有害物质对硝化过程有明
显抑制作用。相对于亚硝酸菌，硝酸菌对环境适
应性慢，因而在接触有害物质的初期会受抑制，
出现亚硝酸积累。
n
泥龄：亚硝酸菌的世代较硝酸菌短，在悬浮
处理系统中若泥龄介于硝酸菌和亚硝酸菌的最小
停留时间之间时，系统中的硝酸菌会逐渐被“淘
洗”掉，使亚硝酸菌成为系统中优势硝化菌，硝
短程硝化和反硝化
短程硝化和反硝化
n 短程硝化和反硝化就是将硝化过程控制在亚 硝化阶段终止 ,随后直接实现反硝化，Ｎ变化过 程为 : NH4+ → NO2- →Ｎ2，又称亚硝酸盐途径。
n 20世纪90年代末，人们机智的利用亚硝酸细菌和硝酸细 菌生理学和生长动力学的差异，通过有效的工程手段和 操作措施，成功的实现和短程硝化。
ｐＨ：随着硝化反应的进行,硝化过程产生的酸使水ｐＨ不断下
降。亚硝酸菌要求的最适ｐＨ在7～8.5，硝酸菌为6～7.5。反应器中
ｐＨ低于7则整个硝化反应会受到抑制。ｐＨ升高到8以上,则出水
HNO2浓度升高,硝化产物中亚硝酸比率增加,出现HNO2积累。
影响亚硝酸积累的因素
n
有害物质：硝化菌对环境较为敏感。废水中
影响亚硝酸积累的因素
n
主要有温度、ｐＨ、氨浓度、氮负荷、ＤＯ、有害物质及泥龄。
n
自由氨（FA）的影响：抑制硝化菌和亚硝化菌，硝化菌更敏
感，当FA对硝酸细菌的抑制浓度为0.1－1mg/L，而ຫໍສະໝຸດ Baidu亚硝酸细菌的抑
制浓度为10~150mg/L时。影响因素
n
DO影响：DO浓度大于0.5mg/L，亚硝酸盐细菌数量增加数倍，而
加入。
生物脱氮技术的创新
n 近年来，在低ＤＯ条件下运行的一 些脱氮装置中，产生了很多令人关注的 现象，比如污泥的颗粒化、短程硝化作 用 以及厌氧氨氧化等等。这些现象的发 生，给脱氮处理开拓了新的思路，因而 具有重要的研究价值。
污泥的颗粒化
n 污泥的颗粒化实质上是微生物的自固定化 过程，是各种微生物形成了良好稳定的共生关 系。颗粒污泥可以创造不同的环境，使硝化细 菌和反硝化细菌具备各自适合的空间，能够同 时发挥作用，有利于同时硝化和反硝化的进 行。DO为40%空气饱和度时，脱氮效果最佳。 一般颗粒的尺寸在0.15mm 或生物膜超过0.1mm 的范围已经足够允许在传统的活性污泥处理系 统中形成实际上的反硝化。
化产物以HNO2为主。
为什么生物脱氮一直沿用全程硝 化和全程反硝化？
n 1、最初运用硝化工艺的目的是为了消除氨对水体的不良 影响，如果硝化不完全，则形成亚硝酸盐，对水体生物及 人类安全造成威胁；
n 2、亚硝酸盐仍然具有耗氧能力，会消耗水体溶解氧； n 3、亚硝酸细菌和硝酸细菌普遍存在且共同生活，废水处
n
水生植物所需的N/P为4－10，而寡营养湖泊的N/P
大于10，因此磷的限制作用更大。而城市污水的N/P为
3。
n 2、通过硝化作用引起水体缺氧
n 3、氨对水生生物产生毒害 n 氨是水生植物和藻类的营养物质，同时也是鱼类和其它
水生动物的毒性物质,引起毒性作用的主要是NH3。pH和
温度影响NH3的分配。 n 4、硝酸盐影响人类健康 诱发高铁血红蛋白血症和胃
酸氨镁沉淀而去除。磷酸氨镁为碱式盐，在酸 性条件下易溶解，沉淀反应最好在较高pH下进 行。
n 二、生物法 硝化和反硝化工艺
传统的生物脱氮途径
n 传统的 生物脱氮途 径:硝化和 反硝化
n
问题的提出
n 常规的生物脱氮过程中： n 硝化作用阶段进行曝气通常需要消耗大
量的能量， n 反硝化作用阶段则需要有机碳源的额外
癌。因此，饮用水标准，硝酸盐含量必须低于10mg/L。
氮素污染控制
n 一、物化法 n 1、 空气吹脱法 n pH为7时，NH3占比例为0.6％，pH为11时，NH3占比例增
大到98.2％，吹脱后用硫酸回收。 n 问题：低温；水垢；污染空气。 n 2、选择性离子交换法 n 斜发沸石是一种天然的氨离子交换材料，可再生，再生
程反硝化原理，是基于NO2-的高效脱氨单反应器工艺的 简称。在高温和极短的泥龄条件下将氨的氧化过程控 制在亚硝化阶段（半硝化），然后利用缺氧条件进行 反硝化。
硝酸盐细菌的数量未增加，即产生亚硝酸盐积累。
n
温度影响：生物硝化反应适宜温度为20～35℃,一般低于15℃硝
化速率降低, 12～14 ℃下活性污泥中硝酸菌活性受到更严重的抑制,
出现HNO2积累。 15～30 ℃范围内,硝化过程形成的亚硝酸可完全被 氧化成硝酸。温度超过30℃后又会出现HNO2积累。
n
剂氯化钠（中性再生）、氢氧化钠和氢氧化钙（碱性再 生），对氨氮的去除达90％－97％。对硝态氮、亚硝态 氮和有机氮没有去除能力。
n 3、折点氯化法：向废水中投加足量的氯气， 使氨氧化成氮气的废水脱氮技术。余氯浓度和 残留氨氮浓度与氯气、氨氮质量之比有关。
n 4、磷酸氨镁沉淀法 n 向废水中投加磷酸盐和氧化镁，使氨形成磷
理系统是一个开放的系统，两种细菌同进同出，工程上将 他们分开并不容易； n 4、在自然界和废水处理系统中，氨氧化往往是整个硝化 过程的限速步骤，很少出现亚硝酸积累； n 5、由于硝化过程所提供的基质是硝酸盐，反硝化工艺只 能进行全程反硝化。
1. 短程硝化－反硝化工艺 （SHARON工艺）
n 1. SHARON工艺 n SHARON（Single reactor system for High
生物脱氮研究新进展
氮素循环
n 生物固氮：N2-----NH3 n 氨的同化:NH3------有机物 n 氨化作用：有机物－－－NH3 n 硝化作用：NH3------NO2- NO3n 反硝化作用:NO3-,NO2-,NO,N20---N2 n 异化性硝酸盐还原作用:NO3-,NO2----NH3
氮素污染物来源
n 美国旧金山海湾盆地的氮素污染源
氮素来源
数量/(t/a)
占总量的百分率/%
城市污水
26000
49.0
工业污水
16000
30.0
干沉降
590
1.1
湿沉降
390
0.8
城市径流
1400
2.7
非城市径流
1900
3.6
农田灌溉水
900
1.7
禽畜养殖场污水
6000
11.1
氮素污染危害
n 1、刺激地表水中植物和藻类的过度生长
酚、氰及重金属离子等有害物质对硝化过程有明
显抑制作用。相对于亚硝酸菌，硝酸菌对环境适
应性慢，因而在接触有害物质的初期会受抑制，
出现亚硝酸积累。
n
泥龄：亚硝酸菌的世代较硝酸菌短，在悬浮
处理系统中若泥龄介于硝酸菌和亚硝酸菌的最小
停留时间之间时，系统中的硝酸菌会逐渐被“淘
洗”掉，使亚硝酸菌成为系统中优势硝化菌，硝
短程硝化和反硝化
短程硝化和反硝化
n 短程硝化和反硝化就是将硝化过程控制在亚 硝化阶段终止 ,随后直接实现反硝化，Ｎ变化过 程为 : NH4+ → NO2- →Ｎ2，又称亚硝酸盐途径。
n 20世纪90年代末，人们机智的利用亚硝酸细菌和硝酸细 菌生理学和生长动力学的差异，通过有效的工程手段和 操作措施，成功的实现和短程硝化。
ｐＨ：随着硝化反应的进行,硝化过程产生的酸使水ｐＨ不断下
降。亚硝酸菌要求的最适ｐＨ在7～8.5，硝酸菌为6～7.5。反应器中
ｐＨ低于7则整个硝化反应会受到抑制。ｐＨ升高到8以上,则出水
HNO2浓度升高,硝化产物中亚硝酸比率增加,出现HNO2积累。
影响亚硝酸积累的因素
n
有害物质：硝化菌对环境较为敏感。废水中
影响亚硝酸积累的因素
n
主要有温度、ｐＨ、氨浓度、氮负荷、ＤＯ、有害物质及泥龄。
n
自由氨（FA）的影响：抑制硝化菌和亚硝化菌，硝化菌更敏
感，当FA对硝酸细菌的抑制浓度为0.1－1mg/L，而ຫໍສະໝຸດ Baidu亚硝酸细菌的抑
制浓度为10~150mg/L时。影响因素
n
DO影响：DO浓度大于0.5mg/L，亚硝酸盐细菌数量增加数倍，而
加入。
生物脱氮技术的创新
n 近年来，在低ＤＯ条件下运行的一 些脱氮装置中，产生了很多令人关注的 现象，比如污泥的颗粒化、短程硝化作 用 以及厌氧氨氧化等等。这些现象的发 生，给脱氮处理开拓了新的思路，因而 具有重要的研究价值。
污泥的颗粒化
n 污泥的颗粒化实质上是微生物的自固定化 过程，是各种微生物形成了良好稳定的共生关 系。颗粒污泥可以创造不同的环境，使硝化细 菌和反硝化细菌具备各自适合的空间，能够同 时发挥作用，有利于同时硝化和反硝化的进 行。DO为40%空气饱和度时，脱氮效果最佳。 一般颗粒的尺寸在0.15mm 或生物膜超过0.1mm 的范围已经足够允许在传统的活性污泥处理系 统中形成实际上的反硝化。
化产物以HNO2为主。
为什么生物脱氮一直沿用全程硝 化和全程反硝化？
n 1、最初运用硝化工艺的目的是为了消除氨对水体的不良 影响，如果硝化不完全，则形成亚硝酸盐，对水体生物及 人类安全造成威胁；
n 2、亚硝酸盐仍然具有耗氧能力，会消耗水体溶解氧； n 3、亚硝酸细菌和硝酸细菌普遍存在且共同生活，废水处
n
水生植物所需的N/P为4－10，而寡营养湖泊的N/P
大于10，因此磷的限制作用更大。而城市污水的N/P为
3。
n 2、通过硝化作用引起水体缺氧
n 3、氨对水生生物产生毒害 n 氨是水生植物和藻类的营养物质，同时也是鱼类和其它
水生动物的毒性物质,引起毒性作用的主要是NH3。pH和
温度影响NH3的分配。 n 4、硝酸盐影响人类健康 诱发高铁血红蛋白血症和胃
酸氨镁沉淀而去除。磷酸氨镁为碱式盐，在酸 性条件下易溶解，沉淀反应最好在较高pH下进 行。
n 二、生物法 硝化和反硝化工艺
传统的生物脱氮途径
n 传统的 生物脱氮途 径:硝化和 反硝化
n
问题的提出
n 常规的生物脱氮过程中： n 硝化作用阶段进行曝气通常需要消耗大
量的能量， n 反硝化作用阶段则需要有机碳源的额外
癌。因此，饮用水标准，硝酸盐含量必须低于10mg/L。
氮素污染控制
n 一、物化法 n 1、 空气吹脱法 n pH为7时，NH3占比例为0.6％，pH为11时，NH3占比例增
大到98.2％，吹脱后用硫酸回收。 n 问题：低温；水垢；污染空气。 n 2、选择性离子交换法 n 斜发沸石是一种天然的氨离子交换材料，可再生，再生