1、1 生物脱氮机理,废水中存在着（）氮、（）氮、（）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（）氮，而后经（）过程转化变为NO3-N和NO2-N，最后通过（）作用使（）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。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。硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝态氮的生物化学反应，由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。反硝化作用是指在厌氧或缺氧条件下（DO0.30.
2、5mg/L），硝态氮、亚硝酸氮及其其它氮氧化物被用作电子受体而还原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应。,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。,若考虑硝化细菌新细胞的合成，则反应式为：55NH476O2109HCO3 C5H7NO254 NO2-57H2O104H2CO3 400NO2-NH44H2CO3HCO3195O2 C5H7NO23H2O400NO3-将两式合并，得：NH41.83O21.98HCO3 0.02C5H7NO21.04H2O0.98NO3-1.88H2CO3硝化
3、反应过程中氮元素的转化过程如下：NH4 NH2OH NOH(NO2.NHOH)NO2-NO3-,从上式可以看出硝化过程的三个重要特点：NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；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；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5.57g(以NaCO3计)。,硝化反应影响因素,温度 硝化细菌对温度的变化非常敏感，在535的范围内，硝化菌能进行正常的生理代谢活动。pH值 硝化菌对pH值变化非常敏感，最佳pH值是8.08.4，此时硝
4、化速度，硝化菌最大的比值速度可达最大值。溶解氧 大多数学者认为溶解氧应该控制在1.52.0mg/L内，低于0.5mg/L则硝化作用趋于停止。溶解氧过高可能导致有机物分解过快，微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。而且过量能耗，在经济上也是不适宜的。生物固体平均停留时间（污泥龄）为了使硝化菌群能够在连续流反应器系统存活，微生物在反应器内的停留时间必须大于自养型硝化菌最小的世代时间，否则硝化菌的流失率将大于净增率，将使硝化菌从系统中流失殆尽。重金属及有毒物质,3）硝化反应的条件与工艺参数：微生物：硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。碳氮比：C/N3或=2.86（不是书中所提的BOD20mg/L.DO
5、：根据反应方程式摩尔氮变成NO3，需2mol分子氧，即需要O24.57g(硝化需氧量)，在曝气池中DO须维持在1.52.0mg/L。pH：高硝化速度出现在pH=7.8-8.4，当pH6或9时，硝化反应将停止；生活污水pH值稳定，要维持pH稳定，必须要有足够的碱度，每硝化1gN，需碱度7.1g。水温（t）：适应温度30-35，当t10以下（准确应是8以下时），硝化作用迅速降低。泥龄（Qc）：Qc15d，最好20-36d（若温度达40左右，减少泥龄，10-15d左右可实现短程反硝化）。回流比(R)：R100200%,否则能耗大，效果提高也不明显。水力停留时间（HRT）：3.56h。,反硝化作用(脱
6、氮反应)原理：生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3-N和亚硝态氮NO2-N，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。具体反应如下：NO2-3H 1/2N2H2OOHNO3-5H 1/2N2H2OOH反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用完成的。同化作用是NO2-和NO3-被还原成NH3N，用于新细胞的合成。异化作用是NO2-和NO3-被还原成N2。,反硝化反应影响因素,1 温度 适宜20-38，当t15明显下降、3停止。2 pH值 最适宜的pH值是6.57.5，此时反硝化速率最高。3 外加碳源 反硝化菌是属于异养型兼性厌氧菌，在厌氧的条件下以NOx-N为
7、电子受体，以有机物（有机碳）为电子供体。由此可见，碳源是反硝化过程中不可少的一种物质，一般BOD/TKN34，有机物越充分，反应速度越快，当废水中BOD/TKN小于3时，需要外加碳源才能理想脱氮。4.溶解氧 反硝化菌只有在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，才能利用这些离子中的氧进行呼吸。但另一方面，在反硝化菌体内某些酶系组分只有在有氧条件下，才能合成，这样，反硝化菌以在厌氧、好氧交替环境中生活为宜，溶解氧应控制在0.5mg/L。5.HRT：由于反硝化速度快，510min基本完成，30min能达到85-90%左右。故缺氧段或反硝化段HRT11.5h。,二 生物脱氮工艺a、传统三级脱氮工
8、艺（反硝化后置）各段有自己沉淀池,污泥回流系统，反硝化投外加碳源。,b、二级后置脱氮工艺（反硝化后置）,2）前置反硝化，又叫A/O工艺（缺氧好氧工艺）该工艺不需设中沉池和投加C源，在反硝化段反硝化后回收部分碱度，同时降解部分有机物，对好氧段有利，减少供氧量，并有利于难降解有机物降解。,反硝化反应器设置在流程的前端，而去除BOD、进行硝化反应的综合好氧反应器则设置在流程的后端；因此，可以在进行反硝化反应时，利用原废水中的有机物直接作为有机碳源，将从好氧反应器回流回来的含有硝酸盐的混合液中的硝酸盐反硝化成为氮气；而且，在反硝化反应器中由于反硝化反应而产生的碱度可以随出水进入好氧硝化反应器，补偿硝化
9、反应过程中所需消耗碱度的一半左右；好氧的硝化反应器设置在流程的后端，也可以使反硝化过程中常常残留的有机物得以进一步去除，无需增建后曝气池。,两段硝化反硝化,进行氧化硝化的处理厂流程图,厌氧好氧生物除磷工艺（AO 工艺）：水力停留时间为36h；曝气池内的污泥浓度一般在27003000mg/l；磷的去除效果好（76%），出水中磷的含量低于1mg/l；污泥中的磷含量约为4%，肥效好；污泥的SVI 小于100，易沉淀，不易膨胀。,A/A/O工艺流程图,A/A/O工作原理：在厌氧区中，污泥中的细菌将储藏在细胞内的聚磷酸盐进行水解，释放出正磷酸盐和能量,这时厌氧区内污水的BOD5值降低,而磷含量升高。而在
10、好氧区内除磷菌又利用有机物氧化的能量，大量吸收混合液中的磷，以聚磷酸盐的形式储藏于体内，水中的磷又转移到污泥中，通过排除剩余污泥达到除磷的目的。同时在好氧区中有足够的停留时间，使有机物进一步被氧化降解，氨氮在硝化细菌的作用下大部分转化为硝酸盐氮，一部分硝酸盐氮随处理后的出水流入水体，另一部分硝酸盐氮通过污水回流带到缺氧区内，达到部分脱氮的目的。,A2/O工艺（厌氧缺氧好氧工艺）该工艺具有脱氮除磷功能。厌氧段形成厌氧环境，使聚磷菌释放磷，利用其在好氧段加倍吸收磷；在缺氧段进水与回流硝酸氮和亚硝酸氮混合，在反硝化菌的作用下进行反硝化，并降解部分有机物，回收部分碱度；在好氧段进行有机物的降解、氨氮的
11、硝化和磷的吸收。,复习1）污水中的含氮化合物有有机氮（蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物等）和氨态氮等。在初沉池前，其形态以前者为主（为什么？）；经初沉池水解后以NH4为主（为什么？）。具体反应如下：氨化反应：以氨基酸为例，RCHNH2COOHO2RCOOHCO2NH32）当初沉池出水进入曝气池后，由于C/N比高，微生物以异氧菌为主，对有机物进行降解，此时对氨氮的降解以同化代谢为主；当BOD5/N3时开始进行硝化反应（为什么？），第一步由亚硝酸菌将氨氮(NH4和NH3)转化成亚硝酸盐(NO2-N)；第二步再由硝酸菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO3N）。具体反应如下：NH43/2O2 NO2-H2O2H NO2-1/2 O2 NO3-,
