生物脫氮除磷課件第一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第1章概述1.1我國氮磷的污染狀況1.2氮磷對水體的危害第二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日NH4+NO2-NO3-N2、NxO水解亞硝酸菌硝酸菌O2堿度O2堿度BOD堿度有機氮反硝化菌有機氮（產生細胞物質）同化作用厭氧氨氧化第三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第2章生物脫氮機理及生物學基礎2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.2生物脫氮反應動力學2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.1.1生物脫氮反應過程2.1.2硝化反應與微生物2.1.3反硝化反應第五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.1生物脫氮反應過程

1）氨化反應：將有機氮轉化為氨。

2）硝化反應：將氨氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。

3）反硝化反應：將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為N2。第六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.1.1生物脫氮反應過程2.1.2硝化反應與微生物2.1.3反硝化反應第七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.2硝化反應與微生物一、硝化反應微生物

二、硝化反應式

第八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.2硝化反應與微生物一、硝化反應與微生物（一）硝化過程（二）對硝化細菌的新認識第九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.2硝化反應與微生物一、硝化反應與微生物（一）硝化過程與微生物

硝化菌由亞硝酸細菌（氨氧化細菌）和硝酸細菌（亞硝酸鹽氧化細菌）兩個亞群組成。自養型硝化菌都是一些革蘭氏陰性菌，硝化時它們以氧作為最終的電子受體，屬于嚴格的好氧菌。（1）第一步由亞硝酸菌將氨氮（NH4＋和NH3）轉化成亞硝酸鹽(NO2-)；（2）第二步再由硝酸菌將NO2-氧化成硝酸鹽（NO3-）。第十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（二）對硝化細菌的新認識硝化細菌屬自養型細菌，碳源是CO2。有些自養型硝化細菌能混養（混合營養）生長（以CO2、有機物為碳源）,少數可異養生長。亞硝酸細菌（五個屬）

Nitrosomonas自養、混養；Nitrosococcus自養、混養；Nitrosospira嚴格自養；Nitrosovibrio自養、混養；Nitrosolobus自養、混養；以氨為唯一能源，自養生長時，以CO2為唯一碳源；混養時，可同化有機物。2.1.2硝化反應與微生物第十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（二）對硝化細菌的新認識

硝酸細菌：自養型，有些可混養生長，某些菌株能異養生長。Nitrobacter自養、可異養，自養快于異養Nitrococcus嚴格自養Nitrospina嚴格自養Nitrospira自養、混養以NO2-為唯一能源，自養生長時，以CO2為唯一碳源；混養時，可同化有機物。2.1.2硝化反應與微生物第十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.2硝化反應與微生物一、硝化反應微生物

二、硝化反應式

第十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.2硝化反應與微生物二、硝化反應式（一）硝化反應的理論反應式（二）硝化反應的生化反應式（三）硝化反應的化學計量關系（四）硝化反應代謝途徑與電子轉移數第十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、硝化反應式NH3＋3/2O2→NO2-＋H2O＋H＋NO2-＋1/2O2→NO3-

NH3＋2O2→NO3-＋H2O＋H＋(一）硝化反應的化學反應式硝化反應耗氧量：NH4＋→NO3-4.57gO2/gNH4＋-NNH4＋→NO2-3.43gO2/gNH4＋-NNO2-→NO3-1.14gO2/gNO2--N第十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、硝化反應式NH3+O2

→NH2OH

(二）硝化反應的生化反應（1）氨氧化為羥氨：NH3→NH2OH→NO→NO2-→NO3-氨單加氧酶羥胺氧還酶羥胺氧還酶亞硝酸鹽氧還酶第十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日NH2OH＋H2O

→HNO2＋4H＋＋

4e-

ΔG0=+23kJ/mol0.5O2+2H＋＋

2e-→H2O

ΔG0=-137kJ/mol(二）硝化反應的生化反應式（2）羥胺氧化為亞硝酸鹽：分兩步，中間產物為NONH2OH＋0.5O2→HNO2＋2H＋＋

2e-

ΔG0=-114kJ/mol羥胺氧化所需的氧是由水提供的第十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日NO2-＋H2O→NO3-+2H++2e-

ΔG0=+83kJ/mol0.5O2+2H++2e-→H2O

ΔG0=-137kJ/mol(二）硝化反應的生化反應式（3）亞硝酸氧化為硝化鹽：NO2-＋0.5O2→NO3-

ΔG0=-54kJ/mol第十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（三）硝化反應的化學計量關系第一步

1.00NH4＋＋1.44O2＋0.0496HCO3－→

0.99NO2-＋0.01C5H7NO2＋0.97H2O＋1.99H+第二步1.00NO2-＋0.50O2＋0.031CO2＋0.00619NH4＋＋0.124H2O→1.00NO3-+0.00619C5H7NO2＋0.00619H+細胞物質：C5H7NO2（1）硝化反應生物合成反應式：若考慮硝化細菌新細胞的合成，則反應式為：第十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日硝化生物合成總反應式：

NH4＋＋1.89O2＋0.0805CO2→

0.984NO3-＋0.0161C5H7NO2＋0.952H2O＋1.98H+第二十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日將1gNH3-N氧化為硝酸鹽：消耗約4.3gO2中和7.14g堿度利用0.08g無機碳產生0.15g新細胞（2）硝化反應的化學計量關系消耗氧的計量關系：完全氧化1gNH4+-N，需消耗4.25gO2完全氧化生成1gNO3--N，需消耗4.34gO2第二十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日代謝過程由多種酶催化氨單加氧酶（AMO）、羥胺氧還酶（HAO）、亞硝酸鹽氧還酶（NOR）。硝化反應代謝途徑：

NH4＋→NH2OH→NO

→NO2-

→NO3-電子轉移數：NH4＋氧化為NO2-，經歷了多個步驟、6個電子變化，說明亞硝酸菌的酶系統十分復雜。亞硝酸氧化反應只經歷了1步、2個電子變化。（四）硝化反應代謝途徑與電子轉移數第二十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.1.1生物脫氮反應過程2.1.2硝化反應與微生物2.1.3反硝化反應第二十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.3反硝化反應一、反硝化原理（1）原理與反應（2）反硝化代謝途徑（3）參與反硝化代謝的酶（4）反硝化反應化學計量關系二、對反硝化菌的新認識第二十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.1.3反硝化反應（1）原理與反應

生物反硝化是指污水中的硝態氮NO3-和亞硝態氮NO2-，在無氧或低氧條件下被反硝化細菌還原成氮氣的過程。反應式如下：NO3-＋2H→NO2-＋H2O

NO2-＋3H→1/2N2＋H2O＋OH－

總：NO3-＋5H→1/2N2＋2H2O＋OH－一、反硝化原理有機物為供氫體第二十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日反硝化過程中NO2-和NO3-的轉化是通過反硝化細菌的異化作用完成的，被還原成N2。同化作用是NO2-和NO3-被還原成NH3－N，用于新細胞的合成。NO3-NO2-NH2OHNH3NO2-NO→N2ON2同化反硝化，合成細胞異化反硝化（2）反硝化代謝途徑氣態第二十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日1）硝酸鹽還原酶NO3-→NO2-2）亞硝酸鹽還原酶NO2-→NO3）NO還原酶NO→N2O4）N2O還原酶N2O→N2（3）參與反硝化代謝的酶第二十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（4）反硝化反應化學計量關系完全還原1gNO3-→N2相當于提供了2.86gO2，產生0.45gVSS，產生3.57g堿度當NO3--N濃度為1mg/L以上時，可認為反應速率為零級反應NO3-+5/6CH3OH→5/6CO2+1/2N2+7/6H2O+HO-以甲醇為電子供體的反硝化反應式：第二十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（4）反硝化反應化學計量關系完全還原1gNO3-→N2約消耗2.47g甲醇，產生0.45gVSS，產生3.57g堿度NO3-+5/6CH3OH→1/2N2+5/6CO2+7/6H2O+HO-以甲醇為電子供體的反硝化反應式：考慮細胞合成，以甲醇為電子供體的反硝化反應式：NO3-+1.08CH3OH→0.47N2+0.056C5H7NO2+0.76CO2+1.44H2O+HO-第二十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、對反硝化菌的認識反硝化菌是異養兼性厭氧菌反硝化菌的能源（1）化能型：大多數為化能異養型

以有機物作為能源和碳源少數化能自養，以氫、氨、硫、硫化氫等無機物為能源；

S+NO3-+H2O→SO42-+N2+H+（2）光能型（光合細菌）：有光時，光能異養生長。

黑暗條件，化能異養生長。第三十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第2章生物脫氮機理及生物學基礎2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.2生物脫氮反應動力學2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第三十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2生物脫氮反應動力學2.2.1硝化反應動力學2.2.2反硝化反應動力學第三十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日硝化反應更接近于莫諾特（Monod）關系式的基本條件。因此，常用莫諾特動力學方程來反映硝化細菌的反應和生長過程。硝化反應中，亞硝酸菌的增值速度控制硝化的總反應速度。一、亞硝酸菌增值速率二、NH4+-N氧化反應速率Monod動力學關系三、亞硝酸菌的凈增值速度四、硝化的最小污泥齡2.2.1硝化反應動力學第三十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（1）亞硝酸菌比增值速度———莫諾特關系式式中μN——亞硝酸菌的比增殖速度，1/d；μNmax——亞硝酸菌的最大比增殖速度；N-——NH4+-N濃度，mg/L；X——亞硝酸菌濃度，mg/L；KSN——飽和常數，mg/L；一、亞硝酸菌增值速度（2）亞硝酸菌的增殖速度為：式中μ——亞硝酸菌增殖速度，mg/(L?d)第三十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（3）NH4+-N氧化速度NH4+-N比氧化速度，1/d

可用下式表示：NH4+-N氧化速度mg/(L﹒d)式中N-——NH4+-N濃度，mg/L；X——亞硝酸菌濃度，mg/L；第三十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（4）亞硝酸菌產率系數YN

第三十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、NH4+-N氧化反應Monod動力學關系

第三十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日由以上公式，令則NH4+-N氧化Monod動力學關系式如下：最大氨氮氧化速度NH4+-N氧化速度NH4+-N比氧化速度第三十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

式中：——亞硝酸菌凈增殖速度；——亞硝酸菌合成速度；——亞硝酸菌自身分解速度。（1）亞硝酸菌的凈增值速度式中Kd——亞硝酸菌自身分解系數，1/d。三、硝化的最小污泥齡第三十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日上式各項除X得：

式中：——亞硝酸菌凈比增殖速度。或將上式代入公式得：μgμN第四十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日污泥齡與凈比增值速率的關系：得：代入為了維持硝化菌的數量，設計最小污泥齡θcmin必須滿足：設計的固體停留時間θcd應為計算值的1.5~2.5倍。（2）硝化的最小污泥齡第四十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日硝化反應的動力學常數（20℃）常數符號單位數值亞硝酸菌硝酸菌總最大比增長速度μNmaxd-10.6~0.80.6~1.00.6~0.8飽和常數KSNgNH4+-N/m30.3~0.70.8~1.20.3~0.7產率系數YNgVSS/gN0.10~0.120.05~0.070.15~0.20自身分解系數Kdd-10.03~0.060.03~0.060.03~0.06對于污水處理來說，出水氨氮一般較高，可認為是零級反應。>25℃，亞硝酸菌生長速率>硝酸菌第四十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2生物脫氮反應動力學2.2.1硝化反應動力學2.2.2反硝化反應動力學第四十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.2.2反硝化反應動力學當NO3--N濃度為1mg/L以上時，可認為反應速率為零級反應一、反硝化菌比增值速度——莫諾特關系式二、NO3--N的還原反應——莫諾特動力學公式三、反硝化菌的凈增殖速度四、反硝化菌的污泥齡在反硝化反應時，硝酸鹽為單一的物質，所以反硝化反應符合莫諾特關系。因此，用莫諾特（Monod）動力學方程來反映反硝化細菌的反應和生長過程。第四十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日μD——反硝化菌的比增殖速度，1/d；μDmax——反硝化菌的最大比增殖速度，1/d；D——NO3--N濃度，mg/L；X——反硝化菌濃度，mg/L；KSD——飽和常數，mg/L；一、反硝化菌比增值速度——莫諾特關系式（1）反硝化菌比增值速度——莫諾特關系式式中μ——反硝化菌的增殖速度，mg/(L.d)。（2）反硝化菌的增殖速度第四十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日NO3--N的還原速率mg/(L.d)；NO3--N的比還原速率1/d；（3）NO3--N的還原速度NO3--N的還原速度可用下式表示：D——NO3--N濃度，mg/L；X——反硝化菌濃度，mg/L；第四十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（4）反硝化菌的產率系數：第四十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日NO3--N的還原速度如下：二、NO3--N的還原反應莫諾特動力學公式NO3--N還原速率NO3--N比還原速率第四十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日令則，NO3--N還原反應莫諾特動力學公式如下：NO3--N還原速率NO3--N比還原速率第四十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日——反硝化菌凈增殖速度；——反硝化菌總增殖速度；三、反硝化菌的凈增殖速度——反硝化菌自身分解速度；——反硝化菌自身分解系數，1/d。第五十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日——反硝化菌凈比增殖速度。令：將上式帶入凈增殖速率公式，同時各項除以X，得反硝化菌凈比增殖速度：第五十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日得出根據美國環保局提出，反硝化過程中反硝化菌自身分解系數Kd=0.04d-1。四、反硝化菌的污泥齡代入最小污泥齡：第五十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第2章生物脫氮機理及生物學基礎2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.2生物脫氮反應動力學2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第五十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3生物脫氮影響因素2.3.1硝化反應的影響因素2.3.2反硝化反應的影響因素第五十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（1）溫度

（2）溶解氧

（3）pH

（4）堿度

（5）抑制性物質

（6）污泥負荷

（7）生物固體停留時間2.3.1硝化反應的影響因素第五十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（1）溫度：

一般認為，可在4~45℃范圍內進行。但目前的試驗結果表明，即使在0.5~4℃下，仍發生硝化反應。①硝化菌比增長速度與溫度（T℃）的經驗關系：②硝化菌自身分解系數與溫度（T℃）的經驗關系：則污泥齡：第五十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

③亞硝酸菌的凈比增殖速度（μgT）與水溫的關系：在水溫T為20℃、15℃、10℃時，固體停留時間應分別大于3.1d、5.6d、9.9d。第五十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日硝化菌各屬生存溫度范圍細菌屬名合適溫度（℃）亞硝酸細菌亞硝化單胞菌屬5~30亞硝化螺菌屬15~30亞硝化桿菌屬2~40亞硝化球菌屬2~40亞硝化葉狀菌屬15~30亞硝化弧菌屬-5~30硝酸細菌硝化桿菌屬5~40硝化螺菌屬20~30硝化刺菌屬25~30硝化球菌屬15~30第五十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（2）溶解氧DO>2mg/L（3）pH值最佳pH范圍為7~8（也有資料顯示為8~9），當pH降到5~5.5以下時，硝化反應幾乎停止。（4）堿度對pH變化起緩沖作用，每氧化1g氨氮需消耗7.14g堿度（以CaCO3計）第五十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（5）抑制性物質重金屬、酚、游離氨等

游離氨的抑制容許濃度：亞硝酸菌10~150mg/L

硝酸菌0.1~1mg/L第六十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

NaClO3在0.02mol的濃度下僅抑制硝酸細菌對NO2-的氧化反應，在較短的時間內（30min），對其它生物反應基本不抑制；烯丙基硫脲可以抑制亞硝酸菌的活性，在5mg/L的濃度下能完全抑制亞硝酸菌對氨氮的氧化反應。抑制劑硝化反應的抑制劑為氯酸鈉（NaClO3）：抑制NO2-的氧化。烯丙基硫脲（allylthiourea，簡稱ATU）：抑制氨氮的氧化。烯丙基硫脲：抑制NH4＋→NO2-

NaClO3

：抑制

NO2-→NO3-第六十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（6）污泥負荷：污泥有機負荷kgBOD/(kgMLSS.d)污泥氨氮負荷kgNH3-N/(kgMLSS.d)

當處理高NH3-N水時，應采用氨氮負荷進行設計或校核。要達到較低的出水氨氮：0.07kgNH3-N/(kgMLSS.d)。第六十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日固體停留時間θcd的經驗公式:

①美國環境保護局（EPA）建議的θcd公式：

②日本下水道協會建議的θcd公式：（7）生物固體停留時間T—水溫第六十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日

③亞硝酸菌的凈比增殖速度（μgT）與水溫的關系：水溫T（℃）固體停留時間θc（d）20>3.115>5.610>9.9第六十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3生物脫氮影響因素2.3.1硝化反應的影響因素2.3.2反硝化反應的影響因素第六十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.3.2反硝化反應的影響因素碳源：一是原廢水中的有機物，當廢水的BOD5/TKN大于3~5時，可認為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；pH：適宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率將大大下降；溶解氧：反硝化菌適于在缺氧條件下發生反硝化反應，但另一方面，其某些酶系統只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化反應宜于在缺氧、好氧交替的條件下進行，溶解氧應控制在0.5mg/L以下；溫度：最適宜溫度為20~40C，低于15C其反應速率將大為降低。第六十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日式中——溫度為T℃時反硝化速度，gNO3-N/(gVSS.d)；——溫度為20℃時反硝化速度，gNO3-N/(gVSS.d)；T——混合液溫度，℃；——溫度修正系數，一般θ=1.03～1.15。溫度對反硝化速度K的影響:第六十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第2章生物脫氮機理及生物學基礎2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.2生物脫氮反應動力學2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論

2.5生物脫氮新工藝第六十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4生物脫氮新理論亞硝酸菌電子受體與電子供體多樣性正常時，以氧為電子受體，氨為電子供體；低氧時，同時以氧和亞硝酸鹽為電子受體；無氧時，以亞硝酸鹽為電子受體；以亞硝酸鹽為電子受體時，能利用氫、氨、有機物為電子供體；硝酸菌隨環境條件變化而進行不同的呼吸正常時，以氧為電子受體、亞硝酸鹽為電子供體進行好氧呼吸；無氧時，以硝酸鹽為電子受體、有機物為電子供體進行厭氧呼吸。厭氧氨氧化菌的發現第六十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4生物脫氮新理論2.4.1短程硝化-反硝化2.4.2厭氧氨氧化（自養脫氮）第七十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日什么是短程？相對全程而言。

為什么要短程？2.4.1短程硝化-反硝化該原理仍符合傳統的硝化—反硝化脫氮理論，只不過是少走了“一段路”。第七十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4.1短程硝化-反硝化關鍵是控制硝化反應，使NO2-積累。如何控制？改變pH，抑制亞硝酸鹽的氧化。通過控制溫度（>30℃)和污泥齡，來淘汰硝酸菌。在絮體內創建缺氧條件，限制硝酸菌的生長。提高游離氨濃度，抑制硝酸菌。第七十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日短程硝化—反硝化優點：可節省氧供應量約25%，降低能耗。節省反硝化所需碳源的40%，減少污泥生成量可達50%減少投堿量。縮短反應時間和減小反應器容積。第七十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4生物脫氮新理論2.4.1短程硝化-反硝化2.4.2厭氧氨氧化（自養脫氮）第七十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4.2厭氧氨氧化一、什么是厭氧氨氧化？以亞硝酸鹽為氧化劑將氨氧化為N2的生物反應。以氨為電子供體將亞硝酸鹽還原成N2的生物反應。厭氧氨氧化菌：自養型細菌。無O2條件，氨與亞硝酸鹽同時存在。ANAMMOX：

anaerobicammoniaoxidation由荷蘭Delft大學的GistBrocades在試驗中發現。NH4++NO2-→N2+…..第七十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日NH3NH2OHNO2-N2H4[N2H2]N2NO3-2[H]2[H]ANAMMOX工藝中N的轉化途徑二、厭氧氨氧化反應機理模式圖第七十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.4.2厭氧氨氧化厭氧條件下，每減少1molNH3，消耗約1.3molNO3-，產生約0.2molNO3-，產生約1.0molN2。三、厭氧氨氧化生物反應表達式及計量關系厭氧氨氧化反應化學計量關系：NH4++1.31NO2-+0.0425CO2→1.045N2+0.22NO3+…..第七十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第2章生物脫氮機理及生物學基礎2.1生物脫氮機理及生物學基礎2.2生物脫氮反應動力學2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第七十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝基于短程硝化好氧自養脫氮第七十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Sharon（singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite)短程硝化-反硝化工藝2.5.1Sharon工藝一、工藝特點：在一個反應器中完成：短程硝化和反硝化；連續流，反應器內不持留活性污泥；采用較高的工作溫度：30~40℃；反硝化過程按傳統反硝化反應進行。第八十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日核心是實現短程硝化：硝化過程終止于亞硝酸鹽階段，同時促使氨氧化過程順利進行。系統淘汰硝酸細菌或抑制其生長，保留亞硝酸菌并提高其生長速率。二、Sharon工藝的技術要點（1）控制溫度（2）控制pH（3）控制DO（4）控制污泥齡（5）控制基質濃度和負荷第八十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日三、SHARON用于污水廠的改造消化液脫氮第八十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日SHARON甲醇貯罐第八十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日WWTPCapacity(MGD)SHARON(kgN/day)OperationalUtrecht519001997Rotterdam608501999Zwolle264102003Beverwijk411.2002003Groningen382.4002005DenHaag551.3002005NYCWardsIsland2505.7702007第八十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日SHARON020040060080010001200140016001163146617691106121136151TIME(days)CONCENTRATION(mgN/l)NH4-NinNH4-NoutNO2-Nout圖片來源于TUDelft第八十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第八十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日碳源嚴重不足的高濃度氨氮廢水首先將部分氨氮氧化成NO2-與短程硝化反應器組合：短程硝化→Anammox脫氮工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）脫氮組合工藝第八十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日厭氧氨氧化脫氮組合工藝（一）高濃度氨氮廢水先利用Sharon工藝將部分氨氮轉化為NO2-。SHARONANAMMOX氨氮約50%NO2-N2約50%NH4+HRT=1dT=30-40℃第八十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日厭氧氨氧化脫氮組合工藝（二）先進行短程硝化，將氨氮轉化為NO2-。短程硝化ANAMMOX氨氮NO2-氨氮N2第八十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第九十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Aerobicdeammonification1997年首先由德國Hannover大學提出，2.5.3好氧脫氨工藝理論依據：一些硝化細菌既能進行硝化作用，還能進行反硝化作用。一些反硝化細菌既能在無氧條件下進行正常反硝化，還能在有氧條件下進行反硝化（氧受限制時，同時以氧與硝酸鹽為電子受體）一些細菌彼此合作，進行序列反應，把氨轉化為N2。特點：在一個好氧反應器中完成脫氮（氨）；生物膜表層發生好氧硝化反應；生物膜內層發生多種途徑的NO2-還原反應。第九十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第九十二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Cannon（completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite)2002年首先由荷蘭Delft工業大學提出。2.5.4Canon工藝依據：亞硝酸細菌在有氧條件下把氨氧化成亞硝酸鹽，厭氧氨氧化菌在無氧條件下把氨和亞硝酸鹽轉化成N2。利用亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌的協同作用（Cannon反應）。亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌均為自養型。無需外源有機物（可完全無機），低氧環境下運行。第九十三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Canon特點自養型脫氮：由亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌協同完成。一個曝氣反應器中完成；控制DO，低氧狀態；多采用生物膜法；生物膜表面發生短程硝化反應；生物膜內層發生厭氧氨氧化反應；第九十四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日2.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第九十五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日Oland（Oxygen-limitedautotrophicnitrification–denitrification）氧限制自養型硝化-反硝化工藝1998年首先由比利時Ghent大學提出。2.5.5Oland工藝依據：在限制供氧的條件下，自養型的亞硝酸細菌將以氧為電子受體，把部分氨氧化成亞硝酸鹽，然后，再以氨作為電子供體，把亞硝酸鹽還原為N2。即氧限制自養型硝化-反硝化。特點：由亞硝酸菌單獨作用完成脫氮。自養脫氮；一個曝氣反應器中完成。第九十六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日生物膜好氧短程脫氨（氮）反應模式N2NH4+NH4+N2NH4+→→NO2-

N2NO2-+NH4+N2反硝化水相好氧層缺氧層載體厭氧氨氧化第九十七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第3章

生物除磷機理及生物學基礎3.1概述

3.2生物除磷機理及生物學基礎

3.3生物除磷反應動力學

3.4影響生物除磷的主要影響因素

3.5生物除磷新理論第九十八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日GB18918－2002城鎮污水處理廠污染物排放標準（P）（mg/L）常規活性污泥法的微生物同化和吸附；污泥含磷量1~2%項目進水排放標準/（mg·L-1）一級A一級B2005年12月31日前建設的5~611.52006年1月1日起建設的5~60.51如何去除以達到排放標準？生物強化除磷；投加化學藥劑除磷。3.1概述一、磷的排放標準及去除方法第九十九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日同化：微生物從水中攝取一定量的磷來滿足其生理需要，從而去除部分磷。3.1概述如果還不能滿足排放標準，就必須借助化學法除磷。BOD:N:P=?生物強化除磷一類特殊的細菌——聚磷細菌，可以過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并以聚合磷酸鹽的形式貯存在細胞體內，如果從系統中排出這種高磷污泥，則能達到除磷的效果。生物除磷工藝仍以活性污泥法為主。系統排除的剩余污泥中磷含量占干重5%~6%。一、磷的排放標準及去除方法第一百頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日二、生物除磷的發展歷程1955年，Greenburg發現活性污泥系統中磷消耗量超過細胞正常生長所需量，推斷存在磷的過量吸收。1959年，Srinarh和Alarcon最先報道了污水廠污泥生物除磷的現象。未能解釋該現象。1965年，Levin和Shapiro指出磷的過量吸收與微生物代謝密切相關，發現一些細胞中形成異染顆粒，添加抑制劑后，磷的吸收停止。1967年，Levin和Shapiro發現了活性污泥在好氧下吸磷，厭氧條件下放磷。70年代，Arizona大學的一個研究組分離出了除磷菌，為揭示生物除磷機理奠定了基礎。以后，生物除磷技術得到迅速發展。相繼產生了一系列工藝。3.1概述第一百零一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第3章

生物除磷機理及生物學基礎3.1概述

3.2生物除磷機理及生物學基礎

3.3生物除磷反應動力學

3.4影響生物除磷的主要影響因素

3.5生物除磷新理論第一百零二頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3.2

生物除磷機理及生物學基礎一、

生物除磷機理二、生物除磷的主要影響因素第一百零三頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日一、生物除磷機理生物除磷的主體：一類聚磷菌（除磷菌、積磷菌）。什么是生物除磷:(定義）首先讓聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，然后在有（好）氧條件下過量吸收磷，使污水中的磷最終轉移到污泥中排出。注意：兩個過程需要的環境條件3.2生物除磷原理（1）聚磷菌除磷的生化過程和環境條件環境條件決定生化過程

①必須經歷

兩個過程：聚磷菌釋放磷：厭氧環境聚磷菌過量攝取磷：好氧環境超出生理需要，攝取量大于釋放量第一百零四頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日聚磷菌厭氧釋放磷：

在厭氧條件下，聚磷菌能分解體內的聚磷酸鹽而產生能量，將廢水中的易降解有機物攝入細胞內，以聚-羥基丁酸（PHB）等有機顆粒的形式貯存于細胞內，同時還將分解聚磷酸鹽所產生的磷酸鹽排出體外（釋放）。（1）聚磷菌除磷的生化過程和環境條件好氧條件下攝磷量>

厭氧條件下釋磷量。將富磷剩余污泥排出系統而達到除磷的目的。聚磷菌好氧過量攝取磷：

好氧條件下，聚磷菌氧化分解體內貯存的聚-羥基丁酸（PHB）并釋放大量能量，用于細胞增殖和攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內。3.2生物除磷原理②對兩個過程的描述第一百零五頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日（2）生物除磷物質轉化示意圖第一百零六頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日第3章

生物除磷機理及生物學基礎3.1概述

3.2生物除磷機理及生物學基礎

3.3生物除磷反應動力學

3.4影響生物除磷的主要影響因素

3.5生物除磷新理論第一百零七頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日3.3生物除磷反應動力學3.3.1生物除磷反應式3.3.2厭氧階段吸收乙酸動力學關系3.3.3好氧階段磷酸鹽的吸收動力學第一百零八頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日在好氧條件下，聚磷的積累可按下式表示：在厭氧條件下，聚磷的積累可按下式表示：3.3.1生物除磷反應式第一百零九頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日式中

qHAC——乙酸的吸收速度，mg/(L.d)

KHAC——乙酸的最大吸收速度，1/d；

SHAC——乙酸濃度，mg/L；

XP——聚磷菌濃度，mg/L；

KSHAC——飽和常數，mg/L。厭氧階段，吸收乙酸動力學關系用Monod方程描述：3.3.2厭氧階段吸收乙酸動力學關系第一百一十頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日式中qP——磷酸鹽吸收速度，mg/(L.d)

SP——磷酸鹽濃度，mg/L。

μPmax聚磷菌的最大比增殖速度，1/d；

XP——聚磷菌濃度；

YP——聚磷菌最大產率系數；

KSP——飽和常數，mg/L。——磷酸鹽的最大比吸收速度，1/d；好氧階段，磷酸鹽的吸收動力學用Monod方程描述：3.3.3好氧階段磷酸鹽的吸收動力學第一百一十一頁，共一百二十三頁，2022年，8月28日20℃時生物除磷反應動力學常數符號單位數值聚磷菌最大比增殖速度μPmax