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1、第六章第六章 废水生物脱氮除磷废水生物脱氮除磷2012-2013学年1学期吉林农业大学资源与环境学院吉林农业大学资源与环境学院生活污水农业废弃物（秸秆、畜禽粪便）工业废水（制革、毛皮、印染）食品加工废水地表径流和某些地表径流和某些工业废水（炼焦、工业废水（炼焦、化肥厂等）化肥厂等）施用氮肥的农田施用氮肥的农田排水排水有机氮的降解有机氮的降解废水中氮的来源废水中氮的来源有有 机机 氮氮无无 机机 氮氮NH4-N 50-60%NOX-N 0-5%污（废）水脱氮、除磷的目的和意义污（废）水脱氮、除磷的目的和意义n一级处理：去除一级处理：去除CODCOD约约3030左右左右n二级生物处理：去除二级生物
2、处理：去除CODCr70CODCr709090，BOD5BOD5去除去除9090以上。以上。l产生产生NHNH3 3-N-N、NONO3 3- -N-N和和POPO4 43-3-、SOSO4 42-2-。l2525氮和氮和1919的磷被吸收合成微生物细胞，通过排泥得的磷被吸收合成微生物细胞，通过排泥得到去除。到去除。如味精废水和赖氨酸废水：含氨氮（如味精废水和赖氨酸废水：含氨氮（NHNH3 3-N-N）6000mg/L6000mg/L左右。左右。CODCODCrCr更高，更高，60 00060 00080 000mg/L,BOD80 000mg/L,BOD5 5约为约为CODCODCrCr的一
3、半。的一半。氮污染的危害氮污染的危害1.2.3.4.氨氮消耗水体中的溶解氧氨氮消耗水体中的溶解氧氮化合物对人和生物有毒害作用氮化合物对人和生物有毒害作用加速水体的加速水体的“富营养化富营养化”过程过程与氯作用生成氯胺与氯作用生成氯胺并被氧化为氮并被氧化为氮水体富营养化水体富营养化1.2.废水生物脱氮的微废水生物脱氮的微生物学原理生物学原理 废水生物除磷的微废水生物除磷的微生物学原理生物学原理 第一节第一节废水生物脱氮的微生物学原理废水生物脱氮的微生物学原理N素循环素循环一、生物脱氮的基本原理一、生物脱氮的基本原理n生物脱氮过程主要由生物脱氮过程主要由两段工艺共同完成：两段工艺共同完成：好氧硝化
4、好氧硝化厌氧反硝化厌氧反硝化（一）硝化反应（一）硝化反应n1 1、硝化作用、硝化作用l是指由硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐氮的过程。n2 2、硝化反应由两组自养好氧微生物完成：、硝化反应由两组自养好氧微生物完成：l亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）l硝酸盐细菌（Nitrobacter）（1）亚硝酸盐细菌（）亚硝酸盐细菌（Nitrosomonas）n化能无机营养化能无机营养l有些自养型硝化细菌能混合营养生长有些自养型硝化细菌能混合营养生长, , 少数可异养少数可异养生长。生长。n专性好氧；专性好氧；n最适温度最适温度25-3025-30（5-305-30）；）；n最适（）；最适（）；亚硝酸细菌（
5、亚硝酸细菌（5个属）个属）l亚硝化单胞菌亚硝化单胞菌 Nitrosomonas自养、混养；自养、混养；l亚硝化球菌亚硝化球菌 Nitrosococcus 自养、混养自养、混养；l亚硝化螺菌亚硝化螺菌 Nitrosospira 严格自养；严格自养；l亚硝化弧菌属亚硝化弧菌属 Nitrosovibrio 自养、混养；自养、混养；l亚硝化叶菌属亚硝化叶菌属 Nitrosolobus 自养、混养；自养、混养；（2）硝酸盐细菌）硝酸盐细菌（Nitrobacter）n化能无机营养：化能无机营养：l有些自养型硝化细菌能有些自养型硝化细菌能混合营养生长混合营养生长, , 少数可少数可异养生长。异养生长。lNO
6、NO2-2-浓度在浓度在2-30mmol/L2-30mmol/L时化能无机营养最好。时化能无机营养最好。n最适温度最适温度25-3025-30n最适。最适。硝酸细菌（硝酸细菌（4个属）个属）l硝化杆菌属硝化杆菌属NitrobacterNitrobacter 自养、可异养，自养快自养、可异养，自养快于异养于异养l硝化球菌属硝化球菌属 NitrococcusNitrococcus 严格自养严格自养l硝化刺菌属硝化刺菌属 NitrospinaNitrospina 严格自养严格自养l硝化螺菌属硝化螺菌属 NitrospiraNitrospira 自养、混养自养、混养3、硝化过程分为两个阶段：、硝化过程
7、分为两个阶段：nNH3 NH2OH NO NO2-nNO2- NO3-n氨单加氧酶氨单加氧酶n羟胺氧还酶羟胺氧还酶n羟胺氧还酶羟胺氧还酶n亚硝酸盐氧还酶亚硝酸盐氧还酶总反应式：总反应式：nNH4+1.86O2+1.982HCO3-3-+1.044H22CO3+.021C5H7O2N（1）n由（1）可知：l硝化反应消耗碱度和氧气每氧化1mgNH4+-N为NO3-N需消耗7.14mgCaCO3,需氧4.57mg4、硝化反应的环境条件：、硝化反应的环境条件：n好氧好氧条件，并保持一定的条件，并保持一定的碱度碱度。n有机物含量不应过高有机物含量不应过高，151520mg/L20mg/L以下。以下。n温
8、度温度20203030，1515时速度下降，时速度下降，55时完全停止。时完全停止。n污泥龄必须大于污泥龄必须大于其最小的世代时间。其最小的世代时间。n重金属、高浓度的重金属、高浓度的NHNH4 4+ +-N-N和和NONOx x- -N-N对硝化反应有抑对硝化反应有抑制作用。制作用。5、硝化段的操作、硝化段的操作n泥龄：悬浮固体停留时间泥龄：悬浮固体停留时间SRTSRT。l可通过排泥控制泥龄一般在可通过排泥控制泥龄一般在5d5d以上，要大于以上，要大于硝化细菌的硝化细菌的比生长速率比生长速率。n溶解氧溶解氧：一般维持在。：一般维持在。l溶解氧小于溶解氧小于 ，硝化作用停止。，硝化作用停止。l
9、需氧量的计算：需氧量的计算：O O2 2（N N被氧化）被氧化）mg/Lmg/L。每氧。每氧化化1g NH1g NH3 3需消耗需消耗4.33g 4.33g 氧。氧。5、硝化段的操作、硝化段的操作n水力停留时间水力停留时间：l普通活性污泥法曝气时间普通活性污泥法曝气时间 446h6hnpHpH：硝化反应导致：硝化反应导致pHpH下降，亚硝酸、硝酸细菌下降，亚硝酸、硝酸细菌分别在、活性最强。分别在、活性最强。l需要量：碱度（需要量：碱度（N N被氧化）被氧化）mg/Lmg/Ln温度温度：两类硝化细菌的最宜温度为：两类硝化细菌的最宜温度为3030左右，左右，l在不同工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的
10、影响大在不同工艺和不同硝酸盐负荷率下，温度的影响大小不同，硝酸盐负荷越低，影响越小。小不同，硝酸盐负荷越低，影响越小。（二）反硝化作用（二）反硝化作用n1 1、反硝化作用的原理：、反硝化作用的原理：l生物反硝化生物反硝化是指污水中的硝态氮是指污水中的硝态氮NONO3 3- -和亚硝态氮和亚硝态氮NONO2 2- -，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。氮气的过程。有机物为供氢体有机物为供氢体2、反硝化代谢途径、反硝化代谢途径n异化反硝化：异化反硝化：将将NONO2 2- -和和NONO3 3- -还原成还原成N N2 2。n同化反硝化：同化反硝
11、化：是是NONO2 2- -和和NONO3 3- -被还原成被还原成NHNH3 3N N，用于，用于 新细胞的合成。新细胞的合成。( (也叫也叫亚硝酸氨化作用亚硝酸氨化作用) )3、参与反硝化代谢的酶、参与反硝化代谢的酶n硝酸盐还原酶：硝酸盐还原酶：NONO3 3- - NO NO2 2- -n亚硝酸盐还原酶：亚硝酸盐还原酶：NONO2 2- - NONOnNONO还原酶：还原酶：NO NNO N2 2O OnN N2 2O O还原酶：还原酶：N N2 2O NO N2 24、反硝化菌（、反硝化菌（denitrifyingbacteria）n反硝化菌是异养兼性厌氧菌反硝化菌是异养兼性厌氧菌u反
12、硝化菌的能源反硝化菌的能源（1 1）化能型：）化能型：（2 2）光能型（光合细菌）：）光能型（光合细菌）：反硝化菌的能源反硝化菌的能源化能型：化能型：l多为化能异养：多为化能异养：以有机物作为能源和碳源以有机物作为能源和碳源l少数化能自养：少数化能自养：以氢、氨、硫、硫化氢等无机以氢、氨、硫、硫化氢等无机物为能源物为能源；S +NOS +NO3 3- -+H+H2 2O SOO SO4 42-2-+N+N2 2+H+H+ +光能型（光合细菌）：光能型（光合细菌）： l有光时，光能异养生长。有光时，光能异养生长。l黑暗条件，化能异养生长。黑暗条件，化能异养生长。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行
13、操作n反硝化生物过程如图：反硝化生物过程如图：n 最适；最适；n 最适温度最适温度10-3510-35；n 溶解氧；溶解氧；n 反应的能量来源于有反应的能量来源于有 机物的氧化机物的氧化 5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作n（1）碳源）碳源la、废水中有机基质、废水中有机基质一般认为一般认为BOD5:N3:1时，无须外加碳源时，无须外加碳源lb、外加碳源、外加碳源BOD5:N8pH8，NONO2 2- -积累。积累。pHpH越高，越高，NONO2 2- -积累越多。积累越多。高高pHpH抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作（4 4）
14、溶解氧）溶解氧n只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高；只有在溶解氧为零的时候，反硝化速率才达到最高；n当溶解氧达到当溶解氧达到1mg/L1mg/L时，反硝化速率接近零。时，反硝化速率接近零。n主要机制主要机制l氧抑制了硝酸盐还原酶的形成；氧抑制了硝酸盐还原酶的形成；l氧可作为电子受体，竞争性阻碍硝酸盐的还原。氧可作为电子受体，竞争性阻碍硝酸盐的还原。5、反硝化段运行操作、反硝化段运行操作（5 5）毒物）毒物nNHNH3 3、NONO2 2、O O2 2、pHpH。lNHNH3 3分子（非离子）浓度过高抑制反硝化反应。分子（非离子）浓度过高抑制反硝化反应。二、生物脱氮工艺、原理及微生物二
15、、生物脱氮工艺、原理及微生物n（一）活性污泥法典型工艺（一）活性污泥法典型工艺l A/O A/O工艺（缺氧工艺（缺氧/ /好氧工艺）好氧工艺）A/OA/OA/OA/O脱氮工艺脱氮工艺脱氮工艺脱氮工艺废废水水好好氧氧脱脱碳碳缺缺氧氧反反硝硝化化沉淀池沉淀池好好氧氧硝硝化化沉淀池沉淀池1 1好氧活性污泥回流缺氧活性污泥回流出水出水回流回流（1）基本原理nA/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。nA/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于，O段DO
16、=24mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；n在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。A/OA/O工艺工艺缺氧反硝化缺氧反硝化n n细菌细菌细菌细菌：反硝化细菌（兼性厌氧菌）反硝化细菌（兼性厌氧菌）n n反应反应反应反应：NONO3 3- -NN反硝化反硝化还原为还原为N N2 2，溢出水面释放到，溢出水面释放到大气大气n n碳源碳源碳源碳源：原水中原水中BODBODn n硝酸盐硝酸盐硝酸盐硝酸盐来源来源来源来源：回流出水中的硝化产物回流出水中的硝化产物A/OA/O工艺工艺好氧脱碳硝化好氧脱碳硝化n n脱碳脱
