废水好氧生物处理原理(经典版)

3.反硝化
生物硝化工艺可去除废水中的有机氮和氨氮，出水中的氮
以硝酸盐的形式存在，脱氮工程中不仅要去除有机氮和氨 氮还要去除硝酸盐氮，因此必须在生物硝化工艺的基础上 采用生物反硝化工艺，即A/O工艺。 生物反硝化系指污水中的硝酸盐，在缺氧条件下，被微生 物还原为氮气的生化反应过程，参与这一生化反应的微生 物是反硝化细菌，这是一类大量存在于活性污泥中的兼性 异养菌，如产碱杆菌、假单胞菌等菌属均能均能进行生物 反硝化。在有氧存在的好氧状态下，反硝化菌能进行好氧 生物代谢，氧化分解有机污染物，去除BOD5；在无分子 氧但存在硝酸盐的条件下，反硝化细菌能利用NO3-中的氧 （又称为化合态或硝态氧），继续分解代谢有机污染物， 去除BOD5，并同时将NO3-中的氮转化为氮气。
③ 内源呼吸（也称细胞物质的自身氧化） C5H7NO2 + O2 → CO2 + H2O + NH3 + SO42++能量 在正常情况下，各类微生物细胞物质的成分是相对 稳定的，一般可用下列实验式来表示：细菌：
C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2； 原生动物：C7H14NO3 分解与合成的相互关系： 1）二者不可分，而是相互依赖的；a、分解过程为 合成提供能量和前物，而合成则给分解提供物质基 础；b、分解过程是一个产能过程，合成过程则是一 个耗能过程。 2)对有机物的去除，二者都有重要贡献；3）合成量 的大小，对后续污泥的处理有直接影响（污泥的处 理费用一般可以占整个城市污水处理厂的4050%）。
二、影响好氧生物处理的主要因素
① 溶解氧（DO）： 约1~2mg/l； ② 水温：是重要因素之一，在一定范围内，随着温度的升高，
生化反应的速率加快，增殖速率也加快；细胞的组成物如蛋 白质、核酸等对温度很敏感，温度突升或降并超过一定限度 时，会有不可逆的破坏；最适宜温度 1530C； 40C 或 10C后，会有不利影响。 ③ 营养物质：细胞组成中，C、H、O、N约占9097%；其 余310%为无机元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加 营养物质；而某些工业废水则需要，一般对于好氧生物处理 工艺，应按BOD N P = 100 5 1 投加N和P；其它无机营养 元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、 Mo、Si、硼等； ④ pH值：一般好氧微生物的最适宜pH在6.58.5之间；pH 4.5时，真菌将占优势，引起污泥膨胀；另一方面，微生物的 活动也会影响混合液的pH值。
第二步，亚硝酸盐为硝酸盐： NO2-+1/2O2→NO3-+2H+ -ΔE
ΔE=72.58kJ
这两个过程都是释放能量过程，亚硝酸盐和硝酸 菌就是利用这两个过程释放的能量来合成新细菌 体和维持正常的生命活动。总反应式为： NH4++2O2→NO3-+2H++H2O -ΔE
ΔE=351kJ 综合氨氧化和细胞体合成反应式如下： NH4++1.83O2+1.98HCO3→0.02C5H7O2N+0.98NO3-+1.88H2+1.04H2O

第一步： 6NO2-+2CO2+4H2O 第二步：6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH总反应式为： 6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH典型的同化作用反应如下： 3NO2-+14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7O2N+19H2O 同化作用和异化作用综合反应式为： NO2+1.08CH3OH+CO2+H+→0.065C5H7O2N+0.47N2+2.44H2 O+0.76CO2
⑤ 有毒物质（抑制物质）：重金属；氰化
物；H2S；卤族元素及其化合物；酚、醇、 醛等； ⑥ 有机负荷率：污水中的有机物本来是微 生物的食物，但太多时，也会不利于微生物； ⑦ 氧化还原电位：好氧细菌：+300 400 mV， 至少要求大于+100 mV；厌氧细菌： 要求小于+100 mV，对于严格厌氧细菌，则 -100 mV，甚至-300 mV。
2.硝化
生物硝化作用是利用化能自养微生物将氨氮
氧化成硝酸盐的一种生化反应过程。硝化作 用由两类化能自养细菌参与，亚硝化单胞菌 首先将氨氮NH3-N氧化成亚硝酸盐NO2--N， 硝化杆菌再将NO2--N氧化成稳定状态的硝 酸盐NO3--N。后一反应较快，一般不会造 成NO2—N的积累。反应过程如下： 第一步，氨转化为亚硝酸盐： NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-ΔE ΔE=278.42kJ
1.氨化
氨化作用又叫脱氨作用，指在氨化菌的作用
下，有机氮化合物分解，转化为NH3-N。并 在脱氨的同时产生有机酸、醇、或碳氢化合 物以及二氧化碳等。 以尿素为例，其厌氧反应式为： CO(NH2)2 + H2O = CO2 + 2NH3，（厌氧 氨化菌） 好氧反应式为 CO(NH2)2 + O2 ---------------------2CO2 + 2NH3，（好氧氨化菌） 以氨基酸为例，其好氧反应式为： RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3
池池容较小，降低了投资；NO2直接反硝化速率 又比NO3速度高63%，可缩短反硝化时间，使A池 池容也可降低，所以可减少基建投资20~25%。 ◆外排污泥减少40~50%，可降低污泥处理费用 50%。 ◆减少硝化反应加碱量，因反硝化效率提高（＞ 95%），相应会多产生剩余碱度供硝化反应，
第八节 生物处理控制指标
反硝化过程分两步进行：第一步由硝酸盐转化为亚硝酸
盐，第二步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、氧化二氮和氮 气： NO3-→NO2-→NO→N2O→N2 事实上这只是硝酸盐还原的其中一个过程——异化过程。 在异化过程的同时，还有一个同化过程，硝酸盐转化成 氨氮用于细胞合成。在反硝化过程中要有含碳有机物作 为该过程中的电子供体，碳源既可以是污水或细胞体内 碳源，也可以外部投加。以采用甲醇作为碳源，反应过 程如下：
废水好氧生物处理原理
武汉大学资环学院
一、好氧生物处理的基本生物过程
所谓“好氧”：是指这类生物必须在有分子态氧气（O2）的

存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微 生物、动物以及我们人类； 所谓“厌氧”：是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正 常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。 好氧生物处理过程的生化反应方程式： ① 分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢） 异氧微生物 CHONS + O2 → CO2 + H2O + NH3 + SO42- ++能量 （有机物的组成元素） ② 合成反应（也称合成代谢、同化作用） C、H、O、N、S + 能量 → C5H7NO2（微生物菌体）
不同形式的有机物被生物降解的历程也不同： 一方面：结构简单、小分子、可溶性物质，
ห้องสมุดไป่ตู้
直接进入细胞壁；结构复杂、大分子、胶体 状或颗粒状的物质，则首先被微生物吸附， 随后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子 有机物，再进入细胞内。 另一方面：有机物的化学结构不同，其降解 过程也会不同，如：糖类；脂类；蛋白质

COD（Chemical Oxygen demand）：又 称化学需氧量，指在一定条件下，用强氧 化剂处理水样时所消耗的氧的量，它反映 了水中受还原性物质污染的程度，水中还 原性物质主要包括有机物、亚硝酸盐，亚 铁盐、硫化物等可以被氧化的物质。化学 需氧量越高表明水中有机污染物越多。一 般在化验时所用的强氧化剂为重铬酸钾或 高锰酸钾，用重铬酸钾作氧化剂所测得的 化学需氧量用CODcr表示，用高锰酸钾作 氧化剂所测得的化学需氧量用CODMn表 示,一般CODcr＞CODMn ＞BOD5。我们 国家规定在检测化工废水时用重铬酸钾法。
第七节 生物脱氮工艺原理
废水中的氮主要以氨氮和有机氮形式存在，
通常不含或仅含有少量的亚硝酸盐氮和硝酸 盐氮。在未经处理的废水中，氮有可溶性的 或颗粒状的。可溶性有机氮主要以尿素和氨 基酸的形式存在。一部份颗粒性有机氮在初 沉池中可以去除。在生物处理过程中，大部 分颗粒性有机氮转化成氨氮和其它无机氮。 活性污泥法（A/O工艺）是生物脱氮的主要形 式。生物脱氮主要是靠一些专性细菌实现氮 的形态转化，最终生成无害的氮气，从水体 中脱出。
4、短程硝化反硝化工艺
短程硝化原理及优点： ① 工艺简介： 短程硝化是和传统硝化工艺过程长短相比而
言，因缩短反应故叫“短程”。 短程硝化反应： NH4－——NO2－——N短程硝化反应反硝 化

常规反应： NH4+——NO2－——NO3－——NO2－— —N硝化反硝化
② 短程硝化工艺比传统工艺优点： ◆节省压缩空气25%，相应电耗大幅降低。 ◆节省反硝化需有机碳源40%，这对C/N比值低的 合成氨排水来说，可节省不少处理药剂成本。 ◆因省了二步反应，使硝化反应时间缩短，好氧