《环境微生物》生物脱氮

污泥的颗粒化
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。
为NH4++ NO2- →Ｎ2 。
影响亚硝酸积累的因素
主要有温度、ｐＨ、氨浓度、氮负荷、ＤＯ、有害物质及泥龄。
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在0.06mg/L时也会受到抑制，当FA在1~5mg/L时，可抑制硝化菌
活性，而不影响亚硝化菌。
DO影响：DO浓度大于0.5mg/L，亚硝酸盐细菌数量增加数倍，而
硝酸盐细菌的数量未增加，即产生亚硝酸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。
ｐＨ：随着硝化反应的进行,硝化过程产生的酸使水ｐＨ不断下
SHARON工艺的实施策略
3 利用反硝化产生的碱度 每氧化1mol氨产生2mol酸，需消耗相应数量地
碱加以中和。
每还原1mol硝酸盐产生1mol碱，需消耗相应数 量的酸来中和。
传统：回流
该工艺：间歇供氧。
硝化与反硝化交替进行，使pH保持。
1. SHARON工艺
SHARON工艺运行的关键是通过对停留 时间和温度的控制来抑制硝化菌的生长。
器内实施，工艺流程较短。 2 反应器内不持留活性污泥，装置结构
简单。 3 操作温度较高，处理效果好。 4 借助于反硝化作用调控酸碱度，无需
加碱中和。
SHARON工艺的原理
1 经济学原理
短程硝化反硝化工艺与传统工艺相比可节
约供氧 25%,节约碳源(以CH3OH计 )40 %。还免 去中和硝化产酸带来的药物消耗。
通过完全混合反应器并控制短暂的停留时 间 (如 1ｄ)及高温条件可有效控制硝化 菌的生长。该工艺可节省 2 5%的供氧和 40 %的碳源，适用于具有脱氮要求的场合。
1. SHARON工艺 SHARON（Single reactor system for High
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。
短程硝化和反硝化
短程硝化和反硝化
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。
气提式反应器和新型生物纤维膜反应器
列管式固定化细胞生物反应器及其脱氮流程
流化床反应器
短程硝化－厌氧氨氧化工艺
短程硝化-厌氧氨氧化作用，在硝化作用
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
有害物质：硝化菌对环境较为敏感。废水
中酚、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
该工艺是高浓度含氨 (>5000ｍｇ/Ｌ)废水的理想处理工艺。在 温度 > 25℃ (一般为30~40℃)的条件下可通过种群筛选产生大 量的亚硝化菌，并使硝化过程稳定地控制在亚硝化阶段(以NO2-为 硝化终产物 )，可节省能耗及外加碳源 (电子供体 )。
SHARON工艺
SHARON工艺的典型特征： 1 短程硝化－反硝化被安置在一个反应
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。
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，硝化产物以HNO2为主。
1. 短程硝化－反硝化工艺 （SHARON工艺）
SHARON工艺的原理
2 微生物学原理 倍增时间的差异性：细菌种类不同，比
生长速率也不同，表现出来的倍增时间 差异很大。
SHARON工艺的实施策略
1 稀释率对细菌的筛选作用 采用恒化器混合培养多种细菌时，稀释率对不
同细菌具有淘汰作用。如果最大比生长速率小 于设定的稀释率，则该种群被洗出恒化器。 基质和生长速率的关系： 亚硝酸细菌分两类：一类对基质（氨）的亲和 力较强，生长速率相对较高；一类相反。 温度和生长速率的关系
阶段NH4+部分被氧化成NO2- ，使出水中的氨和 亚硝酸盐之比满足厌氧氨氧化的需要。在厌氧
氨氧化作用阶段，剩余的NH4+作为电子供体， 与硝化作用阶段生成的NO2-作用，进一步生成 氮气。
其反应途径分为两个阶段。第一阶段为限
氧亚硝化过程，反应途径可表示为NH4+→NO2- ； 第二阶段为厌氧氨氧化过程 ,反应途径可表示
硝化菌和亚硝化菌的生长速率和温度停留时间的关系
SHARON工艺的实施策略
2 反应器内不持留菌体
该工艺将硝化作用终止于亚硝酸阶段，必须抑 制硝酸细菌的活性，最有效的方法是将硝酸细 菌清除出反应系统。
现有的高效生物反应器，很难实现对硝酸细菌 的清除。
Sharon工艺创新性地选用了不持留生物体地连 续流全混合反应器（恒化器），利用两个菌群 在生长速率地差异，通过调控稀释率达到清除 硝酸细菌地目的。
生物脱氮研究新进展
传统的生物脱氮途径
传统的 生物脱氮途 径:硝化和 反硝化
问题的提出
常规的生物脱氮过程中： 硝化作用阶段进行曝气通常需要消耗大
量的能量， 反硝化作用阶段则需要有机碳源的额外
加入。
生物脱氮技术的创新
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。