生物脱氮除磷原理及影响因素

硝化、反硝化反应中氮的转化
表1 硝化过程中氮的转化 表2 反硝化反应中氮的转化
–Ⅲ
–Ⅱ
氮 –Ⅰ 的 氧0
化 +Ⅰ
还 原
+Ⅱ
态 +Ⅲ
+Ⅳ
+Ⅴ
氨离子NH4+ 羟胺NH2OH 硝酰基NOH 亚硝酸根NO2— 硝酸根NO3—
–Ⅲ
–Ⅱ
氮 –Ⅰ 的 氧0
化 +Ⅰ
还 原
+Ⅱ
态 +Ⅲ
+Ⅳ
+Ⅴ
氨离子NH4+
羟胺NH2OH N2
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（2）厌氧氨氧化 厌氧氨氧化是荷兰Delft大学1990年提出的一 种新型脱氮工艺。基本原理是在厌氧条件下以硝酸盐或亚硝酸 盐作为电子受体，将氨氮氧化氮气，或者说利用氨作为电子供 体．将亚硝酸盐或硝酸盐还原成氮气。参与厌氧氨氧化的细菌 是自养菌。厌氧氨氧化过程无需有机碳源在。
（2）反硝化过程中，硝酸态氮有二种转化途径—同化反 硝化（合成细胞）和异化反硝化（还原为N2↑），但以异化 反硝化为主。
（3）反硝化反应的条件
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反硝化反应的条件
DO<0.5mg/L，一般为0.2～0.3mg/L（处于缺氧状态），如果DO较 高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3--O成为 电子受体而使N难还原成N2↑。但是反硝化菌体内的某些酶系统组分 只有在有氧条件下，才能合成。反硝硝化菌以在缺氧-好氧交替的环 境中生活为宜。
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氮在水中的存在形态与分类
有机N （尿素、氨基酸、蛋白质）
N 无机N
NH3-N
NO3-N NO2—-N
NOx--N (硝态氮)
TKN (凯氏氮)
总N (TN)
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氨化与硝化反应过程
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硝化反应的条件
（1）好氧状态：DO≥2mg/L；1gNH3-N完全硝化需氧 4.57g，即硝化需氧量。
硝酰基NOH
亚硝酸根NO2—
硝酸根NO3—
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脱氮新理念
（1）短程硝化-反硝化 由传统硝化-反硝化原理可知，硝化过程是 由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可以分开；而 对于反硝化菌，亚硝酸根或硝酸根均可以作为最终受氢体。该方 法就是将硝化过程控制在亚硝化阶段而终止，随后进行反硝化， 在反硝化过程将亚硝酸根作为最终受氢体，故称为短程(或简捷) 硝化-硝化。 控制硝化反应停止在亚硝化阶段是实现短程硝化-反硝化生物脱 氮技术的关键，其主要影响因素有温度、污泥龄、溶解氧、pH值 和游离氨等。控制较高温度、较低溶解氧和较高pH值和极短的污 泥龄条件等，可以抑制硝酸菌生成，使亚硝酸菌占绝对优势，从 而使硝化过程控制在亚硝化阶段。
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二、硝化—反硝化过程影响因素
电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。当利用
的碳源为甲醇时：
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7CO2+0.47N2↑+1.68H2O + HCO3NO2+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7CO2+0.48N2↑+1.23H2O+HCO
3
（3）亚硝酸型完全自养脱氮 基本原理是先将氨氮部分氧化成 亚硝酸氮，控制氨根离子与亚硝酸根离子比例为1：1，然后通 过厌氧氨氧化作为反硝化实现脱氮的目的。全过程为自养的好 氧亚硝化反应结合自养的厌氧氨氧化反应．无需有机碳源，对 氧的消耗比传统硝化/反硝化减少62.5%，同时减少碱消耗量和 污泥生成量。
（2）消耗废水中的碱度：1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g（ 以CaCO3计），废水中应有足够碱度，以维持pH值不 变。wenku.baidu.com
（3）污泥龄θC≥（10-15）d。 （4）BOD5≤20mg/L。
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反硝化-1
反硝化包括异化反消化和同化反消化，以异化反消化为主
,反硝化菌在DO浓度很低的环境中，利用硝酸盐中的氧作为
BOD5/TN≥3～5，否则需另投加碳源，现多采用CH3OH，其分解产 物为CO2+H2O，不留任何难降解的中间产物，且反硝化速率高。
目前反硝化投加有机碳源一般利用原污水中的有机物。 还原1g硝态氮能产生3.57g碱度，而在硝化反应中，1gNH3-N氧化为
NO3--N要消耗7.14g碱度，在缺氧-好氧中，反硝化产生的碱度可补 偿硝化消耗碱度的一半左右。
生物脱氮除磷原理及影 响因素
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2020年4月10日星期五
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。
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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。
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第一节 生物脱氮原理及影响因素 一、生物脱氮原理
污水中氨主要以有机氮和氨氮形式存在。在生物处理过 程中，有机氮很容易通过微生物的分解和水解转化成氨氮 ，即氨化作用。传统的硝化—反硝化生物脱氮的基本原理 就在于通过硝化反应先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、亚硝态氮还原成气态氮从水 中逸出，从而达到脱氮的目的。
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，每还原1gNO3--N所利用的氧量约2.6g。
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反硝化-2
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
（1）反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件下， 进行厌氧呼吸，以NO3-—O为电子受体，以有机物的氢为电 子供体。