废水生物脱氮原理

废水生物脱氮原理一、废水生物脱氮的基本过程①氨化（Ammonificaton）：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；②硝化（Nitrification）：废水中的氨氮在好氧自养型微生物（统称为硝化菌）的作用下被转化为NO2和NO3的过程；③反硝化（Denitrification）：废水中的NO2和/或NO3在缺氧条件下在反硝化菌（异养型细菌）的作用下被还原为N2的过程。二、硝化反应（Nitrification）1、硝化反应的基本原理硝化反应分为两步进行：①24NONH；②32NONO。是由两组自养型硝化菌分两步完成的：①亚硝酸盐细菌（或称为氨氧化细菌）（Nitrosomonas）；②硝酸盐细菌（或称为亚硝酸盐氧化细菌）（Nitrobacter）；到目前为止，还未发现有任何一种细菌可以直接将氨氮通过一步氧化到硝酸盐。这两种硝化细菌的特点：①都是革兰氏染色阴性、不生芽孢的短杆菌和球菌；②强烈好氧，不能在酸性条件下生长；③无需有机物，以氧化无机含氮化合物获得能量，以无机C（CO2或HCO3）为碳源；④化能自养型；⑤生长缓慢，世代时间长。2、硝化反应过程及反应方程式①亚硝化反应：HOHNOONH25.12224如果加上细胞合成，则：322227532410457541097655COHOHNONOHCHCOONH亚硝酸盐细菌的产率是：0.146g/gNH4+-N（113/55/14）；氧化1mgNH4+-N为NO2-N，需氧3.16mg（7632/55/14）；氧化1mgNH4+-N为NO2-N，需消耗7.08mg碱度（以CaCO3计）（10950/55/14）②硝化反应：3225.0NOONO如果加上细胞合成，则：3227523324240031954400NOOHNOHCOHCOCOHNHNO硝酸盐细菌的产率是：0.02g/gNO2--N(113/400/14)氧化1mgNO2-N为NO3—N，需氧1.11mg(195*32/400/14)几乎不消耗碱度③总的硝化反应：HOHNOONH222324如加上细胞合成，则：323227532488.198.004.1)0025.00181.0(98.186.1COHNOOHNOHCHCOONH总的细菌产率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)；氧化1mgNNH4为NNO3，需氧4.27mg(1.86*32/14)；氧化1mgNNH4为NNO3，需消耗碱度7.07mg(以CaCO3计)；污水中必须有足够的碱度，否则硝化反应会导致pH值下降，使反应速率减缓或停滞；如果不考虑合成，则：氧化1mgNH4+-N为NO3-N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)3、硝化反应所需要的环境条件两种硝化菌对环境的变化都很敏感，要求较苛刻，主要如下：①好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.0~8.4)；②进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求BOD5在15~20mg/l以下；③硝化反应的适宜温度是20~30C，15C以下时，硝化反应的速率下降，小于5C时，完全停止；④硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间(一般为3~10天)；⑤高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反应有抑制作用。三、反硝化反应（Denitrification）1、反硝化反应及反硝化细菌反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；反硝化菌能在缺氧条件下，以NNO2或NNO3为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；在反硝化菌的代谢活动下，NNO2或NNO3中的N可以有两种转化途径：①同化反硝化，即最终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；②异化反硝化，即最终产物是氮气（N2）或笑气（N2O）。2、反硝化反应过程及反应方程式①反应过程示意图：②反应方程式：以[H]为电子供体：第一步：OHNOHNO223][2第二步：OHNHNOH2224][622总反应：OHNHNOH2236][1022以甲醇为电子供体：第一步：22233233COOHNOOHCHNO第二步：22232322COOHNOHCHNOH总反应：222325133566COOHNOHCHNOH3、反硝化反应的影响因素①碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5/TKN大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；②pH值：适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；③溶解氧：反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下；④温度：最适宜温度为20~40C，低于15C其反应速率将大为降低。4、生物脱氮反应过程中各项生化反应特征生化反应类型去除有机物硝化反硝化亚硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌Nitrosomonas自养型菌Nitrobacter自养型菌兼性菌异养型菌能源有机物化能化能有机物氧源(电子受体)O2O2O2NO2-、NO3-溶解氧1~2mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上0~0.5mg/l碱度无变化氧化1mgNH4+--N需要7.14mg/l碱度无变化还原1mgNO3---N或NO2---N生成3.57mg碱度耗氧分解1mg有机物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg氧化1mgNO2---N需氧1.14mg分解1mg有机物(COD)需NO2---N0.58mg，NO3---N0.35mg所提供的化合态氧最适pH值6~87~8.56~7.56~8最适水温15~25C30C30C34~37C增殖速度(d-1)1.2~3.50.21~1.080.28~1.44好氧分解的1/2~1/2.5分解速度70~870mgBOD/gMLSS.h7mgNH4+--N/gMLSS.h2~8mgNO3---N/gMLSS.h四、新型生物脱氮途径与工艺1、短程生物脱氮工艺2、SHARON工艺3、ANAMMOX工艺4、SHARON－ANAMMOX组合工艺5、OLAND工艺6、CANON工艺7、同时硝化反硝化（SND）工艺