廢水生物脫氮技術東華大學環(huán)境學院主講：楊波一、廢水中氮存在的形式（四種）

有機氮例：己內(nèi)酰胺C＝ONHNH(CH2)5CO(C2H5)xNHyNH2N谷氨酸

氨氮

亞硝酸鹽氮二、水體中存在氮的危害

消耗DO

硝化菌是自養(yǎng)菌，硝化菌氧化過程中釋放的能量少，生長緩慢。

促進藻類繁殖，使水富營養(yǎng)化促進藻類和其他水生物生長繁殖，使水體富營養(yǎng)化。

NH3對魚有毒害作用

NH3-N在水中引起異味；當水中濃度高，嬰兒會患變性血紅蛋白癥。三、硝化菌在硝化NH4+時的二個過程合成氧化

合成反應

總反應：亞硝化細菌【Nitrosomonas】的合成作用：硝化細菌【Nitrobacter】的合成作用：硝化菌利用NH4＋中的N和廢水中CO2合成自己的新細胞，同時也把部分NH4＋氧化成NO3－，此過程不利用水中的DO。

氧化是指NH4＋和O2作用生成NO3－，是單純氧化過程，同時放出能量。

氧化反應

氧化1mgNH3-N，需消耗4.6mg的氧，7.1mg的堿度。亞硝化菌包括亞硝化單胞菌屬、亞硝化球菌屬、亞硝化螺菌屬和亞硝化葉菌屬中的細菌。硝化菌包括硝化桿菌屬、硝化球菌屬和硝化囊菌屬中的細菌。

討論：

1）怎樣使亞硝酸菌NO2－產(chǎn)率系數(shù)比硝酸菌大，生長快，世代時間短？2）硝化菌從廢水中NH3、NH4＋或NO2－氧化過程中獲得△E，獲得生命體所需N。利用水中無機碳CO32－HCO3－CO2作為碳源完成生命增殖過程。硝酸鹽在缺氧（anoxic）條件下，被反硝化細菌還原為亞硝酸鹽，再轉(zhuǎn)化為氮氣等，此過程稱為反硝化。反硝化微生物多數(shù)為異養(yǎng)、兼性微生物，在缺氧條件下，利用NO2-和NO3-中的N作為電子受體，氧化有機物，并獲得能量。四、反硝化菌的同化與異化作用反硝化細菌的異化作用：以CH3OH為碳源：硝態(tài)氮的反硝化作用產(chǎn)生OH-。反硝化同化作用：反硝化作用的異化和同化作用都需要碳源，前者為提供電子供體，后者提供有機碳源。一般假定合成作用消耗的碳源約為能耗碳源的30％。

以甲醇為例，為滿足能耗的甲醇量如下（異化作用）：

Cm＝0.7D＋1.1Ni＋2Na

式中：Cm－甲醇濃度（mg/L）

D－溶解氧濃度（mg/L）

Ni－亞硝態(tài)氮濃度（mg/L）

Na－硝態(tài)氮濃度（mg/L）

以CH3OH為碳源時：因此，總的甲醇消耗量為：

Cm＝0.9D＋1.5Ni＋2.5Na

生物總量（同化作用）：⊿X=0.19D＋0.32Ni＋0.53Na[McCarty]

請思考：當碳源用BOD5表示時，總的BOD5消耗量為多少？

答案：[BOD5＝1.35D＋2.3Ni＋3.75Na]傳統(tǒng)生物脫氮機理示意圖：五、硝化作用的動力學與影響因素硝化作用以氨氮或亞硝態(tài)氮為單一利用基質(zhì)，因此動力學模式更加接近Monod方程。硝化過程的特點：一般情況下，亞硝化速度大大小于硝化速度[(Umax)NS=0.4~0.5d-1；(Umax)NR=1d-1]，即亞硝化過程為整個硝化過程的限制步驟。由Monod方程：由于KN很小：影響硝化作用的因素1.溫度（t）：對最大比增長速和飽和常數(shù)的影響2.pH值：硝化最佳pH值在7.2～8.8之間。3.堿度：硝化1g氨氮需要消耗7.1g堿度（以CaCO3計）。4.溶解氧：要求系統(tǒng)DO>2mg/L。5.抑制性物質(zhì)：如重金屬、游離氨等。當考慮到基質(zhì)濃度、溶解氧和pH影響時，對Monod方程進行修正（雙Monod方程＋pH值修正）對最小細胞平均停留時間的討論：設計時，硝化作用的計算步驟：1.確定2.計算3.計算N（出水氨氮濃度）：4.計算t（HRT）六、反硝化動力學與影響因素一般情況下，廢水系統(tǒng)中亞硝態(tài)氮不會存在累計，因此在反應動力學上可以將反硝化作用簡化為一步反應。此時的Monod方程如下：影響因素1.溫度：最適宜溫度20～35℃，低于15℃反硝化速度明顯降低，5℃以下時速度極低。2.pH值：適宜的pH值范圍為7.0～8.5（小于7.3產(chǎn)物為N2，大于7.3產(chǎn)物為N2O）。3.有機物濃度和C/N比：有過量的有機物存在；BOD/TKN>（3~5）:1，可以滿足不添加外源性碳源實現(xiàn)脫氮。4.DO與ORP：DO<0.2mg/L；ORP＝-50～-110mV。5.抑制性物質(zhì)或有毒物質(zhì)：較硝化作用的影響要小。七、新型生物脫氮機理與工藝（1）同時硝化－反硝化工藝（SND）機理：a.反應器在宏觀上存在好氧區(qū)和缺氧區(qū)；b.反應器中活性污泥菌膠團或生物膜存在好氧、缺氧的微環(huán)境。如：固定化微生物單級脫氮工藝。（2）好氧反硝化機理：存在好氧反硝化細菌（同時屬于異養(yǎng)硝化菌），在好氧條件下實現(xiàn)反硝化；好氧反硝化和硝化同時進行。（3）短程硝化－反硝化：機理：將硝化過程控制在亞硝化階段，然后直接進行反硝化的過程。關鍵：如何控制硝化作用在亞硝化階段？A.溫度：硝化細菌在4～45℃均有活性，適宜溫度：20～30℃。但是在12～14℃或超過30℃時，會出現(xiàn)NO2-累積。B.DO：濃度低時，硝化作用受抑制，會產(chǎn)生NO2-累積。C.pH：pH＝7.4～8.3時，容易出現(xiàn)NO2-累積。硝化細菌最適宜pH值在7附近，亞硝化細菌在8附近。D.NH3-N濃度：NH3-N濃度為0.6mg.L時即對硝化細菌產(chǎn)生抑制，而對亞硝化細菌的抑制濃度為5mg/L。E.泥齡：亞硝化細菌的時代時間較硝化細菌的時代時間短，可以通過泥齡的控制，淘汰硝化細菌，使亞硝化細菌為優(yōu)勢菌。（4）厭氧氨氧化NH4+作為電子供體、NO2-作為電子受體直接進行反硝化反應，并稱之為厭氧氨氧化（AnaerobicAmmoniaOxidation簡寫為Anammox）。{NO2-+

[H]

NH2OH(羥氨

)

；NH2OH＋NH4+[N2H4]；[N2H4]

[N2H2]+[H]；[N2H2]N2+[H]}八、實例

F/O-A/B/C工藝實質(zhì)

A2/O3工藝A1－水解酸化A2－反硝化O1－去碳O2－硝化O3－污泥消化BiofilmActivatedStadge

何為A/B/CA－高負荷區(qū)，異養(yǎng)菌占優(yōu)勢

B－一般負荷區(qū)，

C－低負荷區(qū)。(1)Fs-SVI關系控制污泥膨脹，保證：SV％下降。（2）曲線a-a’，b-b’，c-c’1)a-a’段2）b-b’段F/O-A/B/C染整廢水廣東河源紡織城－－廣東省優(yōu)質(zhì)示范工程；世界銀行貸款－－前綜合污水廠；江陰飛宇集團染整廢水處理工程－－河道；中國金輪集團反硝化菌－－兼性厭氧菌缺氧條件好氧條件生長速率小廢水BiofilmAnaerobicBiofilmAnoxicActivatedSludgeABC二沉池厭缺硝化亞硝酸菌硝酸菌強烈好氧菌中性堿性自養(yǎng)型細菌不需有機養(yǎng)料

A、去碳硝化混和工藝－－BOD5、NH3氧化－－在一反應器內(nèi)生長速率很高的異氧菌迅速繁殖

生長速率慢的硝化菌優(yōu)勢下降出水中NH3－N未能轉(zhuǎn)化以降低Q提高T控制NH3－N

去碳、硝化分級異養(yǎng)好氧菌自養(yǎng)型硝化菌分別在兩個獨立反應器中進行可得到各自適宜生長環(huán)境，使反以速率有所提高。

生物反硝化－－反硝化菌－－兼性厭氧菌

（出水）好氧菌－－以氧作為電子受體－－能源ATP碳源反硝化菌－－以硝酸氮作為電子受體－－有機碳電子供體進行異化反硝化反應由上可見，在生物反硝化過程中氮化合物被還原有機碳得到氧化分解降低能量消耗

CH3OH資源－－剩余污泥例：水產(chǎn)品廢水－－72小時生物降解

ATP－－高能磷酸化合物－－三磷酸腺苷（嘌呤）－O－P－O～P－O～P－OH＋H2O－O－P－O～P－OH＋HO－P－OH＋30514JOOOOOOHOHOHOHOH(ATP)OOH磷酸能量水解(ADP)能量滲透酶梯度逆濃度轉(zhuǎn)移主動運輸基因轉(zhuǎn)移ATPPiADP實際廢水處理案例：

含微量PA－6單體廢水廢水量污物量（BOD5、CODCr、NH3-N）

治理工藝（1）碳化工藝A、同化1Kg細胞物質(zhì)需氮量0.122Kg，需P量0.023Kg。B、酸性條件下，NH3－N大氣中去。（2）氨氮氧化硝化菌在硝化氧化合成二個過程。A、氧化過程a.亞硝化菌b.硝化菌B、