生物脱氮基本原理及影响因素.doc

1 生物脱氮基本原理及影响因素摘要: 介绍了生物脱氮基本原理及影响因素, 为环境工作者掌握生物脱氮。废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮, 而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中, 有机氮被异养微生物氧化分解, 即通过氨化作用转化为成氨氮,而后经硝化过程转化变为 NO3-N 和 NO2-N , 最后通过反硝化作用使硝态氮转化成氮气,而逸入大气。由此可见,进行生物脱氮可分为氨化-硝化-反硝化三个步骤。由于氨化反应速度很快。在一般废水处理设施中均能完成,故生物脱氮的关键在于硝化和反硝化。关键词:生物脱氮基本原理影响因素废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮,而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中, 有机氮被异养微生物氧化分解,即通过氨化作用转化为成氨氮, 而后经硝化过程转化变为 NO3-N 和 NO2-N ,最后通过反硝 2 化作用使硝态氮转化成氮气,而逸入大气。由此可见,进行生物脱氮可分为氨化-硝化-反硝化三个步骤。由于氨化反应速度很快。在一般废水处理设施中均能完成,故生物脱氮的关键在于硝化和反硝化。 1 氨化作用 概念氨化作用是指将有机氮化合物转化为氨态氮的过程, 也称为矿化作用。 细菌参与氨化作用的细菌成为氨化细菌。在自然界中, 它们的种类很多,主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌, 兼性的变形杆菌和厌氧的***梭菌等。 降解方式(分好氧和厌氧) 在好氧条件下,主要有两种降解方式,一是氧化酶催 3 化下的氧化脱氨。例如氨基酸生成***酸和氨: [2-1] 丙氨酸亚氨基丙酸法***酸另一是某些好氧菌,在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨, 分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等, 它们式好氧菌, 其反应式如下: [2-2] 在厌氧条件或缺氧的条件下,厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。[2-3] [2-4] [2-5] 4 2 硝化作用 概念硝化作用是指将氨氮氧化为亚***氮和硝态氮的生物化学反应, 细菌这个过程由亚***菌和***菌共同完成。亚硝化菌有亚***单胞菌属、亚***螺杆菌属和亚***球菌属。***菌有硝化杆菌属、硝化球菌属。亚***菌和硝化菌统称为硝化菌。 反应过程包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。该反应历程为: 亚硝化反应[2-6] 5 硝化反应[2-7] 总反应式[2-8] 发生硝化反应时细菌分别从氧化 NH3 和 NO2- 的过程中获得能量, 碳源来自无机碳化合物,如 CO32 -、 HCO -、 CO2 等。假定细胞的组成为 C5H7NO2 ,则硝化菌合成的化学计量关系可表示为: 亚硝化反应[2-9] 硝化反应[2-10] 在综合考虑了氧化合成后,实际应用中的硝化反应总方程式为: [2-11] 特点从上式可以看出硝化过程的三个重要特点: 6 ⑴ NH3 的生物氧化需要大量的氧,大约每去除 1g的 NH3-N 需要 ; ⑵硝化过程细胞产率非常低,且难以维持较高胜物浓度,特别是在低温的冬季; ⑶硝化过程中产生大量的的质子( H—) ,为了使反应能顺利进行, 需要大量的碱中和,其理论上大约为每氧化 1g的 NH3-N 需要碱度 ( 以 NaCO3 计)。 硝化反应影响因素①温度在生物硝化系统中, 硝化细菌对温度的变化非常敏感, 在5~ 35℃的范围内,硝化菌能进行正常的生理代谢活动。当废水温度低于 15℃时, 硝化速率会明显下降, 当温度低于 10℃时已启动的硝化系统可以勉强维持,硝化速率只有 30 ℃时的硝化硝化速率的 25%[1] 。尽管温度的升高, 生物活性增大,硝化速率也升高,但温度过高将使硝化菌大量死亡, 实际运行中要求硝化反应温度低于38 ℃[2] 。 7 ② pH 值硝化菌对 pH 值变化非常敏感, 最佳 pH 值是 ~ , 在这一最佳 pH 值条件下,硝化速度,硝化菌最大的比值速度可达最大值。 Anthonison 认为 pH 对硝化反应的影响只是表观现象,实际起作用是两个平衡 H++NH3 = NH4+ 和 H++NO2-= HNO2 中的 NH3 ( FA )和 HNO2 ( FNA ), pH 通过这两个平衡影响 FA 和 FNA 的浓度起作用的。 FA 与 FN A 浓度可由下式计算: 其中 A—总氮( NH3+NH4+ )浓度; Kb —氨的离解常数; Kw —水的电离常数; Ka —亚***的离解③溶解氧 8 氧是硝化反应过程中的电子受体,反应器内溶解氧高低,必将影响硝化反应得进程。在活性污泥法系统中,大多数学者认为溶解氧应该控制在 ~ 内,低于 则硝