13新型生物脱氮工艺
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Time (h)
短程硝化功能菌的驯化筛选过程
短程硝化功能菌
Specific ammonium oxidation rate （mgNH4+-N g-1VSS d-1）
Specific ammonium oxidation rate ( mgNH4+-N g-1VSS d-1)
140 CNH4+-N =400 mg/L 140
新型生物脱氮技术
1.短程硝化反硝化 2.好氧反硝化 3.同步硝化反硝化（SND） 4.厌氧氨氧化
研究背景
短程硝化反硝化工艺及理论研究进展
硝化阶段
反硝化阶段
短程硝化反硝化
NH4+-N 氨氧化菌 NO2--N
亚硝酸型反硝化菌
N2
NO3--N反硝化菌 NO2--N
全程硝化反硝化
1975年
Votes等首次提 出了短程硝化反 硝化生物脱氮的 概念
Concentration (mg/L)
500
400
300
10 20 30 40 50 60 70
200
Time (d)
100
无NO2--N 全部NO3--N
大量NO2--N 少量NO3--N
全部NO2--N 无NO3--N
0 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
120 120
100
100
80
80
60
60
pH=8.5
40
40
20
20
0
0
200
180 160 140 120 100 80 60 40 20
15 20
40N0H4+-N6(m00g/L) 800
1000
T=35℃
0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0
从微生物角度出发
分别驯化和富集培养两类功能菌
NH4+ 短程硝化功能菌 NO2-亚硝酸型反硝化功能菌 N2
膜生物反应器(MBR) 填料床生物膜反应器(PBBR)
MBR-PBBR短程生物脱氮工艺
改变工艺参数
工艺的短程脱氮性能 及稳定性
生物强化实现短程硝 化反硝化的可行性
微生物群落结 构及动态变化
工艺的宏观运行性能与微生 物微观结构之间的内在联系
亚硝酸型反 短程硝化功能菌 硝化功能菌
真空表
泵 空气
P
泵
出口
泵
外加碳源池
碱池 泵
进水槽
F
流量计
空气泵
陶瓷 粒载体
MBR-PBBR短程生物脱氮工艺装置图
出水 沉淀池
Concentration (mg/L)
500 400 300 200 100
0 0
NH4+-N
NO --N 2
NO --N 3
Phase I
AOB
NOB
NH4+
NO2-
NO3-
选择抑制 理论
控制因素
控制条件
控制机理
游离氨
温度 溶解氧
pH 抑制剂
污泥龄
大于6 mg/L
FA对AOB和NOB的抑制浓度不同，NOB对 FA更敏感
25～35℃
不同温度下AOB和NOB的动力学常数不同
0.5～1.5 mg/L
AOB和NOB对DO亲和力不同，低DO抑制 NOB的生长
去除有机物 有机氮氨化
NH4+ NO2- NO3-
NO3- N2
优点：有机物降解菌、硝化菌、反硝化菌在各自的反应器内生长繁殖， 反应速度快且彻底
传统生物脱氮工艺
（2）前置百度文库硝化工艺（A/O）
内循环（硝化液回流）
氮气
碱
原 废 水
反硝化反应器 （反硝化反应）
缺氧（A）
硝化反应器（去 除有机物、 硝化反应） 好氧（O）
7.5-8.0
8-36 h
0.02-0.09 h-1
产酸
Nitrobacter Nitrococcus Nitrospira
好氧 O
自养 （需CO2）
7.0-8.0
Paracoccus (P.denitrificans)
Alcaligenes Pseudomonas (P.aureofaciens)
沉淀池 处理水
污水 污 泥 回 流
COD BOD5
NH4+-N
内循环
污泥回流
剩余污泥
COD BOD5
优点：流程简单、装置少、建设费用低
NO3--N
无需外加碳源，利用原水有机物进行异养反硝化
减少碱消耗，利用反硝化产碱中和硝化产的酸
NO3--N
A段 反硝化
NH4+-N
O段 有机物降解、硝化
时间
A/O脱氮工艺特性曲线
Listeria
缺氧/兼氧 A
异养 （需有机碳）
大多数异养菌 （对比）
好氧 O
异养 （需有机碳）
7.0-8.5
6.5-8.5
8-59 h
--------
2.3-8.7 h
0.01-0.06 h-1 不变
--------产碱
0.08-0.3 h-1 不变
传统生物脱氮工艺
（1）三级活性污泥脱氮工艺
研究背景
氧类型
好氧/厌氧 O/A
营养
异养
类型 （需有机碳）
最适 生长pH
世代 时间
最大增 长速率
5.0-9.0 -------
pH变化
产碱
Nitrosomonas (N.europha, N.
europaea) Nitrosococcus
(N.mobilis) Nitrosospira
好氧 O
自养 （需CO2）
II III
Concentration (mg/L)
800
NH4+-N
700
NO2--N
600
NO3--N
500
400
300
200
100
0 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Time (h)
普通活性污泥
800
NH4+-N
700
NO2--N
600
NO3--N
7.8～8.5
pH不但是生物生长限制条件，而且影响FA
重金属、氯化物等 NOB比AOB对环境更敏感，可添加抑制剂， 促进亚氮积累
介于AOB和NOB 控制污泥龄，使系统中的NOB被逐渐淘洗掉
最小停留时间之间
（Sharon）
短程硝化反硝化的关键问题
很难实现持久稳定的高浓度亚硝氮积累！
生物强化的MBR-PBBR短程脱氮工艺可行性分析
1986节年省25%供氧量1997年 Suth4e0rs%o~n6等0证%有机碳荷需兰D求e量lft工业大 实进了行反经 生3物N硝0O%脱化2~-氮途速40的径率%提反高应学S1器h.成5a容r~功o2积n开倍工发艺
可行性
近十年
生物膜和活性污 泥体系中亚氮积 累的原因及机理 研究
短程硝化反硝化工艺及理论研究进展
传统生物脱氮过程的生化反应及微生物
反硝化
氨化
氨氧化
亚硝酸氧化
R-NH2
NH4+
NO2-
NO3-
NO2-
N2
氨化菌
氨氧化菌 亚硝酸氧化菌
反硝化菌
主要细 菌种类
Pseudomonas (P. fluorescens)
Bacillus (B. subtilis)
Bacillus (B. septicus)
短程硝化功能菌的驯化筛选过程
短程硝化功能菌
Specific ammonium oxidation rate （mgNH4+-N g-1VSS d-1）
Specific ammonium oxidation rate ( mgNH4+-N g-1VSS d-1)
140 CNH4+-N =400 mg/L 140
新型生物脱氮技术
1.短程硝化反硝化 2.好氧反硝化 3.同步硝化反硝化（SND） 4.厌氧氨氧化
研究背景
短程硝化反硝化工艺及理论研究进展
硝化阶段
反硝化阶段
短程硝化反硝化
NH4+-N 氨氧化菌 NO2--N
亚硝酸型反硝化菌
N2
NO3--N反硝化菌 NO2--N
全程硝化反硝化
1975年
Votes等首次提 出了短程硝化反 硝化生物脱氮的 概念
Concentration (mg/L)
500
400
300
10 20 30 40 50 60 70
200
Time (d)
100
无NO2--N 全部NO3--N
大量NO2--N 少量NO3--N
全部NO2--N 无NO3--N
0 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
120 120
100
100
80
80
60
60
pH=8.5
40
40
20
20
0
0
200
180 160 140 120 100 80 60 40 20
15 20
40N0H4+-N6(m00g/L) 800
1000
T=35℃
0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0
从微生物角度出发
分别驯化和富集培养两类功能菌
NH4+ 短程硝化功能菌 NO2-亚硝酸型反硝化功能菌 N2
膜生物反应器(MBR) 填料床生物膜反应器(PBBR)
MBR-PBBR短程生物脱氮工艺
改变工艺参数
工艺的短程脱氮性能 及稳定性
生物强化实现短程硝 化反硝化的可行性
微生物群落结 构及动态变化
工艺的宏观运行性能与微生 物微观结构之间的内在联系
亚硝酸型反 短程硝化功能菌 硝化功能菌
真空表
泵 空气
P
泵
出口
泵
外加碳源池
碱池 泵
进水槽
F
流量计
空气泵
陶瓷 粒载体
MBR-PBBR短程生物脱氮工艺装置图
出水 沉淀池
Concentration (mg/L)
500 400 300 200 100
0 0
NH4+-N
NO --N 2
NO --N 3
Phase I
AOB
NOB
NH4+
NO2-
NO3-
选择抑制 理论
控制因素
控制条件
控制机理
游离氨
温度 溶解氧
pH 抑制剂
污泥龄
大于6 mg/L
FA对AOB和NOB的抑制浓度不同，NOB对 FA更敏感
25～35℃
不同温度下AOB和NOB的动力学常数不同
0.5～1.5 mg/L
AOB和NOB对DO亲和力不同，低DO抑制 NOB的生长
去除有机物 有机氮氨化
NH4+ NO2- NO3-
NO3- N2
优点：有机物降解菌、硝化菌、反硝化菌在各自的反应器内生长繁殖， 反应速度快且彻底
传统生物脱氮工艺
（2）前置百度文库硝化工艺（A/O）
内循环（硝化液回流）
氮气
碱
原 废 水
反硝化反应器 （反硝化反应）
缺氧（A）
硝化反应器（去 除有机物、 硝化反应） 好氧（O）
7.5-8.0
8-36 h
0.02-0.09 h-1
产酸
Nitrobacter Nitrococcus Nitrospira
好氧 O
自养 （需CO2）
7.0-8.0
Paracoccus (P.denitrificans)
Alcaligenes Pseudomonas (P.aureofaciens)
沉淀池 处理水
污水 污 泥 回 流
COD BOD5
NH4+-N
内循环
污泥回流
剩余污泥
COD BOD5
优点：流程简单、装置少、建设费用低
NO3--N
无需外加碳源，利用原水有机物进行异养反硝化
减少碱消耗，利用反硝化产碱中和硝化产的酸
NO3--N
A段 反硝化
NH4+-N
O段 有机物降解、硝化
时间
A/O脱氮工艺特性曲线
Listeria
缺氧/兼氧 A
异养 （需有机碳）
大多数异养菌 （对比）
好氧 O
异养 （需有机碳）
7.0-8.5
6.5-8.5
8-59 h
--------
2.3-8.7 h
0.01-0.06 h-1 不变
--------产碱
0.08-0.3 h-1 不变
传统生物脱氮工艺
（1）三级活性污泥脱氮工艺
研究背景
氧类型
好氧/厌氧 O/A
营养
异养
类型 （需有机碳）
最适 生长pH
世代 时间
最大增 长速率
5.0-9.0 -------
pH变化
产碱
Nitrosomonas (N.europha, N.
europaea) Nitrosococcus
(N.mobilis) Nitrosospira
好氧 O
自养 （需CO2）
II III
Concentration (mg/L)
800
NH4+-N
700
NO2--N
600
NO3--N
500
400
300
200
100
0 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Time (h)
普通活性污泥
800
NH4+-N
700
NO2--N
600
NO3--N
7.8～8.5
pH不但是生物生长限制条件，而且影响FA
重金属、氯化物等 NOB比AOB对环境更敏感，可添加抑制剂， 促进亚氮积累
介于AOB和NOB 控制污泥龄，使系统中的NOB被逐渐淘洗掉
最小停留时间之间
（Sharon）
短程硝化反硝化的关键问题
很难实现持久稳定的高浓度亚硝氮积累！
生物强化的MBR-PBBR短程脱氮工艺可行性分析
1986节年省25%供氧量1997年 Suth4e0rs%o~n6等0证%有机碳荷需兰D求e量lft工业大 实进了行反经 生3物N硝0O%脱化2~-氮途速40的径率%提反高应学S1器h.成5a容r~功o2积n开倍工发艺
可行性
近十年
生物膜和活性污 泥体系中亚氮积 累的原因及机理 研究
短程硝化反硝化工艺及理论研究进展
传统生物脱氮过程的生化反应及微生物
反硝化
氨化
氨氧化
亚硝酸氧化
R-NH2
NH4+
NO2-
NO3-
NO2-
N2
氨化菌
氨氧化菌 亚硝酸氧化菌
反硝化菌
主要细 菌种类
Pseudomonas (P. fluorescens)
Bacillus (B. subtilis)
Bacillus (B. septicus)