《水污染控制技术》课件-6.2生物脱氮的基本原理及影响因素

污水脱氮除磷任务2生物脱氮的基本原理及影响因素1概述2氨化反应3硝化反应4反硝化反应概述生物脱氮是在微生物的联合作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2的过程。其中包括：NH4+NO2-NO3-N2水解亚硝酸菌硝酸菌O2碱度O2碱度BOD碱度有机氮反硝化菌有机氮（产生细胞物质）同化作用厌氧氨氧化氨化反应；硝化反应；反硝化反应。氨化反应在未经处理的原废水中，含氮化合物主要以有机氮（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。在细菌的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。在未经处理的新鲜废水中有机氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等NH3及NH+4-N等氨化菌(水解、氧化)氨化反应此过程无论在好氧还是厌氧条件下，中性、碱性还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。参与氨化作用的微生物种类较多，其中以细菌为主（蕈状芽孢杆菌、枯草杆菌、腐败芽孢杆菌、变形杆菌等）。在未经处理的新鲜废水中有机氮氨态氮蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基化合物以及氨基酸等NH3及NH+4-N等氨化菌(水解、氧化)硝化反应废水中的氨氮在硝化细菌的作用下，进一步氧化为硝态氮。亚硝化细菌和硝化细菌在自然界广泛分布，在土壤、淡水、海水和污水处理系统中均有发现。亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属等；亚硝酸菌：硝酸杆菌属、硝酸螺菌属和硝酸球菌属等。硝酸菌：硝化反应(1)硝化反应过程氨态氮NH3及NH4+等硝酸盐氮NO3-N1g氨氮硝化需氧4.57g需碱度(CaCO3)7.1gNO2-N亚硝酸盐氮亚硝化菌硝化菌需氧3.43g需氧1.14g在硝化反应中，还有H+释放1）亚硝酸菌将氨氮转化成亚硝酸盐（NO2-）；2）硝酸菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐（NO3-）。硝化反应(1)硝化反应过程硝化菌为化能自养菌，广泛存活在土壤中，从CO2、CO32-和HCO3-获取碳源，从NH3、NH4+或NO2-的氧化获得能量。1g氨氮氧化成硝酸盐氮需氧4.57g，其中亚硝化反应需3.43g，硝化反应需1.14g；同时约需消耗7.1g重碳酸盐碱度（以CaCO3计）。亚硝酸菌和硝酸菌分别增殖0.146g和0.019g。硝化反应(2)硝化反应影响因素硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降，硝化菌对pH值的变化十分敏感，为了保持适宜的pH值，应当在废水中保持足够的碱度。pH值氧是硝化反应的电子受体，实验结果证实，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg／L，通常控制在2—3mg/L。氨氮氧化成亚硝酸盐氮的过程，是生物脱氮的关键。好氧条件硝化反应(2)硝化反应影响因素硝化反应的适宜温度是20—30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。温度混合液中有机物含量不应过高，BOD5应在15—20mg／L以下。硝化菌是自养型菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属。有机物含量硝化反应(2)硝化反应影响因素除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度的NH4-N、高浓度的NO-X-N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。有毒物质必须大于其最小的世代时间(θc)min

N

，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。一般对(θc)N的取值应为硝化菌最小世代时间的2倍以上，即安全系数应大于2。温度较低时(θc)N取值应相应明显提高。一般来说，一个完全的生物脱氮系统中，泥龄往往控制在6d以上，通常采用10—15d。污泥龄(θc)N硝化反应氮的氧化还原态-Ⅲ铵离子NH4+-Ⅱ-Ⅰ羟胺NH2OH0+Ⅰ硝酰基NOH+Ⅱ+Ⅲ亚硝酸盐NO2-+Ⅳ+Ⅴ硝酸盐NO3-亚硝化菌硝化菌硝化反应过程中氮的转化及价态的变化硝化反应项目亚硝化菌硝化菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸（μm）1×1.50.5×1.0革兰氏染色阴性阴性世代期（h）8~3612~59自养性专性兼性需氧性严格好氧严格好氧最大比增长速率μm·h-10.04~0.080.02~0.06产率系数Y(mg细胞/基质mg)0.04~0.130.02~0.07饱和常数K（mg/L）0.6~3.60.3~1.7亚硝化菌和硝化菌的基本特征反硝化反应

反硝化反应是指在无氧的条件下,反硝化菌将硝酸盐或亚硝酸盐还原为气态氮（N2）的过程。(1)反硝化反应过程反硝化菌为异氧兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子受体进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳（如甲醇）为电子供体和营养源进行反硝化反应。硝化反应(1)反硝化反应过程硝酸氮NO3-NNO2-N亚硝酸氮氮气(主要过程)有机氮化合物（细菌）（次要过程）反硝化菌异化反硝化同化反硝化异养型兼性菌硝化反应(2)反硝化反应影响因素碳源能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑，有下列二类：

①原废水中所含碳源，当原废水

时即可认为碳源充足。

②外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，因为甲醇被分解后的产物为C02、H2O，不留任何难降解的中间产物。反硝化过程中每还原1gNO3-—N可提供2.86g氧，消耗2.47g甲醇（约为3.7gCOD），同时产生3.57g左右的重碳酸盐碱度（以CaCO3计）和0.45g新细胞。硝化反应(2)反硝化反应影响因素对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5，pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。pH值溶解氧溶解氧应控制在0.5mg／L以下。反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧，但存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。另一方面，反硝化菌体内