湖北工业大学废水生物脱氮除磷技术

2、硝化反应过程
废水中的氨氮在硝化细菌的作用下，进一 步氧化为硝态氮。此过程包括两个基本反应 步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas）参与的将 氨氮转化成亚硝酸盐（NO2-）的反应；由硝 酸菌（Nitrobacter）参与的将亚硝酸盐转化为 硝酸盐（NO3-）的反应。其中亚硝酸菌有亚 硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球 菌属等；硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸螺菌属 和硝酸球菌属等。
Hale Waihona Puke Baidu
氮在水中的存在形态与分类
有机N （尿素、氨基酸、蛋白质）
N NH3- N
无机N
NO3- N
NO2- N
NOx--N (硝态氮)
TKN (凯氏氮)
总N (TN)
生物脱氮原理
1、有机氮通过氨化作用转变为氨氮； 2、氨氮通过好氧硝化作用转变成硝态氮（包括NO2-、NO3-）。 3、硝态氮通过厌氧反硝化作用转变为氮气。
2、硝化反应过程
硝化反应：
NO2- + NH4+ +H2CO3 + HCO3- + O2 NO3- + H2O + 硝酸菌 （13-3）
总反应：
NH4+ + O2 + HCO3（13-4）
NO3- + H2O + H2CO3 + 微生物细胞
2、硝化反应过程
表13-1列出了亚硝化菌和硝化菌的基本特征。由 表可见，亚硝化菌和硝化菌的特征基本相似，但亚 硝化菌的生长速率较快，世代期较短，较易适应水 质水量的变化和其它不利环境条件，但水质水量的 变化或不利环境条件较易影响硝化菌。因而当硝化 菌的生长受到抑制时，易在硝化过程中发生NO2-的 积累。
2、硝化反应过程
硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。 硝化反应是由一群自养型好氧微生物完成的，它包括两个 基本反应步骤，第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝 酸盐，称为亚硝化反应，亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、 亚硝酸螺旋杆菌属和亚硝化球菌属等。第二阶段则由硝酸 菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应，硝酸 菌有硝酸杆菌属、螺菌属和球菌属等。亚硝酸菌和硝酸菌 统称为硝化菌，均是化能自养菌。这类菌利用无机碳化合 物如CO2、CO32-、HCO3-等作为碳源，通过与NH3、NH4+、 NO2的氧化反应来获得能量。
第一节 生物脱氮原理及影响因素
废水生物脱氮技术是70年代中期美国和南非等国的水处理专 家们对化学、催化和生物处理方法研究的基础上，提出的一 种经济有效地处理技术。废水生物脱氮有同化脱氮与异化脱 氮。同化脱氮是指微生物的合成代谢利用水体中的氮素合成 自身物质，从而将水体中的氮转化为细胞成分而使之从废水 中分离。通常所说的废水生物脱氮是指异化脱氮。
表13-1 亚硝化菌和硝化菌的特征
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（μg/h） 产率系数Y（mg细胞/mg基质） 饱和常数Ks（mg/L）
氮、磷污染的环境效应及现状
水体富营养化是继需氧型污染后我国又一 严重的水环境污染问题，尤其是在太湖、滇 池、巢湖及众多湖泊水库等缓流水体中，由 于藻类生长旺盛，严重影响了水体功能，破 坏了水生生态系统，甚至污染和危害了饮用 水水源地。
氮和磷的排放会加速导致水体的富营养化，其次是氨氮 的好氧特性会使水体的溶解氧降低，此外，某些含氮化合 物对人和其他生物有毒害作用。因此，国内外对氮磷的排 放标准越来越严格。本章阐述生物脱氮除磷技术。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，尤其是能有效地利用常规的二级 生物处理工艺流程进行改造达到生物脱氮除磷的目的，是 日前应用广泛和最有前途的氮磷处理方法。
富含磷酸盐和某些形式氮素的水在光照和 其它环境条件适宜的情况下使水体中浮游生 物如藻类等过量生长，随后藻类死亡并伴随 着异养微生物的代谢，耗尽了水体中的溶解 氧，造成了水体质量恶化和水生生态环境结 构破坏，这就是所谓的水体富营养化。
氮、磷污染的环境效应及现状
一般认为，当水体中含氮量超过0.2~0.3mg/L， 磷含量大于0.01~0.02mg/L，BOD5大于 10mg/L，在pH值7~9的淡水中细菌总数每毫 升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-α含 量大于10μg/l时，水体就发生了富营养化。
2、硝化反应过程
亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、 CO32-和HCO3-等作为碳源，通过NH3、NH4+或NO2的氧 化获得能量。硝化反应过程需在好氧条件下进行，以 氧作为电子受体。其反应过程可用下式表示：
亚硝化反应：
NH4+ + O2 + HCO3（13-2）
NO2- + H2O +H2CO3 + 亚硝酸菌
氮、磷污染的环境效应及现状
我国水体富营养化问题已越来越突出，成 为近几年我国水体污染中非常严峻的问题。 “富营养化”（Eutrophication）是湖泊分类 方面的概念。湖泊学家认为天然富营养化是 水体衰老的一种表现。而过量的植物性营养 元素氮、磷进入水体则是人为加速了水体的 富营养化过程。
氮、磷污染的环境效应及现状
1、氨化作用
在未经处理的原废水中，含氮化合物主要以有机 氮如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以 及氨基酸等形式存在，此外还含有部分氨态氮如 NH3和NH+4-N。在细菌的作用下，有机氮化合物 分解、转化为氨态氮。以氨基酸为例，反应式为：
RCHNH2COOH + O2 RCOOH + CO2 + NH3 在活性污泥和生物膜系统内，氨化作用能较完全 地发生。
A C
概述
国外从60年代末开始研究开发废水生物脱 氮除磷工艺技术，到80年代中期开始成功地 应用于城市生活污水和部分工业废水处理工 程中，取得了相当大的成功。但由于国内对 水体富营养化的问题还没有引起必要的重视， 使得国内在污水中营养物去除方面起步较晚。
概述
最近几年来，由于水体富营养化问题的日 益严峻，使得国内对污水中氮磷的危害性认 识日渐深入，使废水脱氮除磷工艺的研究得 到发展。但是大部分污水脱氮除磷工艺仍然 是借鉴于国外的工艺，而这些工艺还或多或 少地存在一些问题。如何解决现有废水脱氮 除磷工艺中存在的问题，提高污水脱氮除磷 效率和运行的稳定性，是目前环境工程界亟 待解决的问题。