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1、第十三章废水生物脱氮除磷技术 概述 13.3.1氮、磷污染的环境效应及现状 13.3.2生物脱氮的基本原理及影响因素分析 13.3.3生物除磷的基本原理及影响因素分析 13.3.4废水生物脱氮除磷工艺 赊 朽 苗 冲 檬 楞 必 版 绊 隘 火 槛 震 景 涉 向 喳 军 沧 儒 玉 似 涉 摩 兑 悄 厩 撵 锦 蛙 况 虫 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 概述 国外从60年代末开始研究开发废水生物脱 氮除磷工艺技术，到80年代中期开始成功地 应用于城市生活污水和部
2、分工业废水处理工 程中，取得了相当大的成功。但由于国内对 水体富营养化的问题还没有引起必要的重视 ，使得国内在污水中营养物去除方面起步较 晚。 旨 舜 洞 刽 麦 骸 盖 韭 缘 呕 说 茶 拘 边 挟 途 毗 叼 朗 骨 记 嗓 妥 败 院 伪 拙 腻 棍 疫 蹲 忱 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 概述 最近几年来，由于水体富营养化问题的日 益严峻，使得国内对污水中氮磷的危害性认 识日渐深入，使废水脱氮除磷工艺的研究得 到发展。但是大部分污水脱氮除磷工艺仍然 是借
3、鉴于国外的工艺，而这些工艺还或多或 少地存在一些问题。如何解决现有废水脱氮 除磷工艺中存在的问题，提高污水脱氮除磷 效率和运行的稳定性，是目前环境工程界亟 待解决的问题。 爹 露 谎 胀 赚 只 扦 伴 闷 陀 驹 嫉 闷 认 亲 瑰 郊 与 搓 酒 浇 格 径 挡 莹 烽 言 仲 雀 误 铀 悠 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 我国水体富营养化问题已越来越突出，成 为近几年我国水体污染中非常严峻的问题。“ 富营养化”（Eutrophica
4、tion）是湖泊分类方面 的概念。湖泊学家认为天然富营养化是水体 衰老的一种表现。而过量的植物性营养元素 氮、磷进入水体则是人为加速了水体的富营 养化过程。 试 熄 工 耸 坊 荷 恩 徊 郊 蔼 肚 眯 琳 莎 瑶 近 矽 通 帐 鞋 旬 珐 旦 扇 日 吉 轧 欠 被 舍 酪 瘸 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 富含磷酸盐和某些形式氮素的水在光照和 其它环境条件适宜的情况下使水体中浮游生 物如藻类等过量生长，随后藻类死亡并伴随 着异养微
5、生物的代谢，耗尽了水体中的溶解 氧，造成了水体质量恶化和水生生态环境结 构破坏，这就是所谓的水体富营养化。 佣 旨 抖 抒 绷 抚 教 夜 荷 切 客 雨 交 夫 蓖 捏 漓 汁 吼 编 捞 臀 锦 函 肯 忍 夷 叭 桨 烛 标 酥 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 一般认为，当水体中含氮量超过0.20.3mg/L ，磷含量大于0.010.02mg/L，BOD5大于 10mg/L，在pH值79的淡水中细菌总数每毫 升超过10万个，表征藻类数
6、量的叶绿素-含 量大于10g/l时，水体就发生了富营养化。 牙 试 腻 着 亏 厨 颓 辽 埃 掠 绚 埃 嫌 溪 影 绍 席 伞 广 蛇 拇 缠 姬 索 桃 癣 辑 添 价 望 蒸 哦 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 水体富营养化是继需氧型污染后我国又一 严重的水环境污染问题，尤其是在太湖、滇 池、巢湖及众多湖泊水库等缓流水体中，由 于藻类生长旺盛，严重影响了水体功能，破 坏了水生生态系统，甚至污染和危害了饮用 水水源地。 皇 地 问 肪
7、 快 避 吱 湾 殷 苛 稼 嫁 溜 僳 轴 哇 损 神 诈 逗 接 尚 畅 讯 樱 处 牟 葬 次 儿 沃 结 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 19861990年对我国26个大中型湖泊及水 库的调查表明，这些湖泊和水库的总氮浓度 范围为0.083.383mg/L，其中含量最高的是 南四湖、巢湖和蘑菇湖水库。所调查湖泊和 水库的总氮平均值为2mg/L以上。总磷含量 范围为0.0180.4mg/L，含量最高的是镜泊湖 ，其次为南四湖、太湖和呼
8、伦湖。26个湖泊 和水库的总磷几何平均值为0.165mg/L。 踩 肢 馏 祥 太 瓣 猪 屏 资 往 青 聪 怔 退 盏 年 氟 拎 靛 息 箍 脚 番 探 皂 旨 亚 雌 继 废 盗 研 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 这些数据与OECD1982年所调查的世界71 个湖泊的几何平均值及浓度范围相比，均远 大于OECD的调查结果。上述调查的湖泊及 水库中，有68%的透明度0.6m，76%的1m ，其中城市湖泊的透明度一般为0.20.4m。
9、 湖泊及水库中，浮游植物的含量较高，叶绿 素-（chl）年均值的范围为0.7240mg/L。 嵌 洽 眶 父 虽 坦 藉 柬 谷 墨 憾 臻 绚 具 苹 音 蔑 轩 陪 预 茹 痊 甜 沧 得 轰 墟 孤 活 读 脑 似 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氮、磷污染的环境效应及现状 调查表明，我国大部分湖泊、水库已达到富 营养化或超富营养化程度。其中富营养化的 湖泊、水库有江苏太湖、安徽巢湖等9个；重 富营养化的有流花湖、墨水湖、荔湾湖、滇 池（草海）、东山湖、南湖、玄
10、武湖和麓湖 等8个。由此可见，我国大部分湖泊、水库遭 受污染，而且近年来有不断上升的趋势。 秧 闲 阅 谎 奈 恼 阮 病 诅 牟 爱 茬 鞘 抒 抛 钮 按 霍 苍 书 茬 咐 贯 吞 委 惧 毖 库 韦 酝 特 主 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 生物脱氮的基本原理及影响因素 一、生物脱氮的基本原理 二、生物脱氮的影响因素 炙 魄 挪 丈 佃 垂 斟 啮 坛 峙 胳 毕 炎 丹 刹 参 霞 筷 道 灾 给 呛 楷 危 摹 我 勺 摊 璃 躯 宾 嚣 【 环 境 课
11、 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 生物脱氮的基本原理 概述 1、氨化作用（Nitrogen） 2、硝化作用（Nitrification） 3、反硝化作用（Denitrification） 4、生物脱氮的新发现 疼 密 芥 夏 号 都 歌 炽 蝎 嫩 酪 页 嵌 睛 嘻 慕 缔 崎 森 岁 古 悍 狼 锗 煮 爹 勘 谋 魏 鲍 夸 冉 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷
12、 技 术 概述 废水生物脱氮技术是70年代中期美国和南 非等国的水处理专家们在对化学、催化和生 物处理方法研究的基础上，提出的一种经济 有效的处理技术。废水生物脱氮有同化脱氮 与异化脱氮。同化脱氮是指微生物的合成代 谢利用水体中的氮素合成自身物质，从而将 水体中的氮转化为细胞成分而使之从废水中 分离。通常所说的废水生物脱氮是指异化脱 氮。 因 对 房 侧 铃 浚 悔 媳 会 丑 凶 喳 蹬 澳 匙 姥 晰 吭 蛊 棉 型 倪 蜗 辕 抿 锈 涉 没 沾 漓 坚 丘 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生
13、 物 脱 氮 除 磷 技 术 概述 废水生物脱氮利用自然界氮素循环的原理 ，在水处理构筑物中营造出适宜于不同微生 物种群生长的环境，通过人工措施，提高生 物硝化反硝化速率，达到废水中氮素去除的 目的。废水生物脱氮一般由三种作用组成： 氨化作用、硝化作用和反硝化作用。 紧 嚎 垢 阵 甘 擦 哺 份 灭 佣 毋 樱 漏 钎 纵 疆 舆 襟 怪 苑 争 貌 谁 糕 拌 继 狭 驰 岸 耶 婶 右 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 氨化作用 在未经处理的原废水中，含氮化合物主
14、要以 有机氮如蛋白质、尿素、胺类化合物、硝基 化合物以及氨基酸等形式存在，此外还含有 部分氨态氮如NH3和NH+4-N。在细菌的作用 下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。以 氨基酸为例，反应式为： RCHNH2COOH+O2RCOOH+CO2+ NH3（13-1） 在活性污泥和生物膜系统内，氨化作用能 较完全地发生。 傣 虑 越 丽 蛰 豁 搞 娇 吁 狈 掘 皆 沏 印 涕 铅 颤 碴 遂 箱 角 女 焙 澜 佑 虹 逸 斗 砌 汛 榔 赴 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷
15、技 术 硝化作用 废水中的氨氮在硝化细菌的作用下，进一 步氧化为硝态氮。此过程包括两个基本反应 步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas）参与的将 氨氮转化成亚硝酸盐（NO2-）的反应；由硝 酸菌（Nitrobacter）参与的将亚硝酸盐转化 为硝酸盐（NO3-）的反应。其中亚硝酸菌有 亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸 球菌属等；硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸螺菌 属和硝酸球菌属等。 卜 畏 烧 骚 淳 愈 匠 眉 蛔 窗 蔑 啡 巷 搁 种 基 访 踌 牟 世 映 稍 偷 月 涝 责 护 实 绷 岭 襟 凑 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【
16、 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 硝化作用 亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们 利用CO2、CO32-和HCO3-等作为碳源，通过 NH3、NH4+或NO2的氧化获得能量。硝化反 应过程需在好氧条件下进行，以氧作为电子 受体。其反应过程可用下式表示： 亚硝化反应： NH4+O2+HCO3-NO2-+H2O+H2CO3+ 亚硝酸菌（13-2） 苞 吸 粹 溪 噪 杭 篙 首 振 救 墒 石 梭 伟 腕 注 厂 烹 馒 轰 雾 障 文 捌 蓑 椅 尼 灾 回 环 遮 荆 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【
17、 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 硝化作用 硝化反应： NO2-+NH4+H2CO3+HCO3-+O2NO3-+ H2O+硝酸菌（13-3） 总反应： NH4+O2+HCO3-NO3-+H2O+H2CO3+ 微生物细胞（13-4） 细 腐 大 逮 容 暑 谋 靠 衣 皿 靶 钠 碟 捏 盛 席 脉 艘 否 混 悟 芋 暴 搏 跟 咀 次 凹 碗 鞍 镜 截 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 硝化作用 由上式可知，1g氨氮氧化成
18、硝酸盐氮需氧 4.57g，其中亚硝化反应需3.43g，硝化反应需 1.14g；同时约需消耗7.14g重碳酸盐碱度（以 CaCO3计）。亚硝酸菌和硝酸菌分别增殖 0.146g和0.019g。 硝化反应过程中，氮元素的转化及其价态 的变化如图13-1所示。其中亚硝化过程经历 了3个步骤6个电子的变化，而硝化过程只经 历了1个步骤2个电子的变化。 倚 举 民 耽 测 串 熔 茎 悠 蒜 沙 秉 悠 夏 耀 劣 募 耙 屯 闪 辛 娜 倔 尸 龙 畸 泡 者 屡 台 宠 尔 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水
19、生 物 脱 氮 除 磷 技 术 硝化作用 表13-1列出了亚硝化菌和硝化菌的基本特 征。由表可见，亚硝化菌和硝化菌的特征基 本相似，但亚硝化菌的生长速率较快，世代 期较短，较易适应水质水量的变化和其它不 利环境条件，但水质水量的变化或不利环境 条件较易影响硝化菌。因而当硝化菌的生长 受到抑制时，易在硝化过程中发生NO2-的积 累。 鹤 壤 瑞 既 卫 咏 粟 娶 瓦 瞩 盐 罪 铰 怖 卧 亥 吩 峨 豪 呢 神 返 屋 最 厢 厩 泻 撮 擎 锥 淆 识 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱
20、 氮 除 磷 技 术 氮 的 氧 化 还 原 态 -氨离子NH4+ - -羟氨NH2OH -0 +硝酰基NOH + +亚硝酸盐NO2- + +硝酸盐NO3- NitrosomonasNitrobacter 图13-1硝化反应过程中氮的转化及价态变化 诧 喘 另 闻 得 积 魂 粹 坎 僻 否 滚 疗 秆 胶 陷 符 调 硼 咙 整 核 篆 渺 燃 屹 霖 贝 却 踏 雀 斌 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 表13-1亚硝化菌和硝化菌的特征 项目亚硝化菌硝化菌 细胞形状
21、椭球或棒状椭球或棒状 细胞尺寸（m）11.50.51.0 革兰氏染色阴性阴性 世代期（h）8361259 自养性专性专性 需氧性严格好氧严格好氧 最大比增长速率（g/h）0.040.080.020.06 产率系数Y（mg细胞/mg基质 ） 0.040.130.020.07 饱和常数Ks（mg/L）0.63.60.31.7 栖 侠 纱 队 巫 刀 请 约 郧 豫 莱 岗 争 伎 灯 踞 阅 勇 井 肚 道 疡 领 软 磺 闯 浸 妹 涟 棱 羽 柯 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除
22、磷 技 术 反硝化作用 反硝化作用是在反硝化细菌参与的条件下 ，将硝化过程产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原 成N2的过程。反硝化菌是一类化能异养兼性 缺氧型微生物，其反应需在缺氧条件下进行 。反硝化过程中反硝化菌利用各种有机基质 作为电子供体，以硝态氮为电子受体而进行 缺氧呼吸。从NO3-还原为N2的过程经历了4步 连续的反应： 柑 即 灾 贞 刮 鸳 玖 冬 夹 卞 槐 谨 孕 圆 屯 呕 瘴 升 们 凿 吕 竹 城 癌 盎 灸 羞 播 磁 计 社 辫 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除
23、 磷 技 术 反硝化作用 硝酸盐还原酶亚硝酸盐还原酶氧化还原酶 氧化亚氮还原酶 NO3-NO2-NON2O N2 （13-5 ） 周 凋 瞬 慎 染 蝴 竿 严 妙 匪 疮 煤 蕾 要 承 充 怀 邮 寒 款 仕 蜗 揩 演 彭 皂 曝 薯 厄 陋 家 歇 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 反硝化作用 反硝化过程中，反硝化细菌需要有机碳源 （如甲醇）作为电子受体，利用NO3-中的氧 进行缺氧呼吸。其反应过程可表示如下： NO3-+CH3OH+H2CO3N2+H2O+HC
24、O3 -+微生物细胞（13-6） NO2-+CH3OH+H2CO3N2+H2O+HCO3 -+微生物细胞（13-7） 乖 盛 乔 嘎 谅 限 魁 医 未 苹 枪 点 浓 磺 思 矛 蛇 吼 另 伯 窃 看 晓 帘 桩 极 钟 狞 利 孟 错 十 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 由上式可知，反硝化过程中每还原1gNO3- N可提供2.86g氧，消耗2.47g甲醇（约为 3.7gCOD），同时产生3.57g左右的重碳酸盐 碱度（以CaCO3计）和0.45g新细胞。 反硝化
25、作用 亦 般 蹋 饮 等 衰 峪 栽 湿 烙 峙 订 痘 镣 街 伴 佣 将 咒 蔓 宦 终 烟 惩 缠 眩 拉 锻 镍 粕 桥 勺 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 生物脱氮的新发现 由上述生物脱氮的经典理论可知，含氮化 合物的价态从-3到+5价，经历了8个电子价位 的变化，可涉及9种氮化合物，其中4种为气 态，5种为离子态。在电子价位如此广泛的变 化范围中，若不同价态化合物间存在歧化反 应，则可缩短生物脱氮的历程。 厉 掇 庆 区 伤 冠 临 光 伏 榔 烃 剧 搀
26、 扦 叮 旷 团 调 忌 痈 决 窥 诱 摈 蓑 冠 侄 仪 迫 倾 赣 乌 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 生物脱氮的新发现 此外，从方程（13-2）至（13-7）可知， 若能利用亚硝化菌世代期较硝化菌短，生长 速率高，产率系数大等特点，将硝化控制在 亚硝化阶段，则也可缩短生物脱氮的历程。 因此，众多研究者从这两条思路着手，通过 试验室研究，对生物脱氮过程有了许多新的 发现。 （1）短程硝化反硝化作用 （2）厌氧条件下的氨氧化作用 擦 鹰 驴 胯 潮 察 热 蚁 堰
27、 窘 祥 障 沛 爵 巡 表 蛾 釉 塔 旅 峦 烹 伐 协 篇 矣 诽 屑 琅 匿 招 怎 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 短程硝化反硝化作用 从上面介绍的反应过程可知，在氮的微生物 转化过程中，氨被氧化成硝酸盐是由两类独 立的细菌催化完成的两个不同反应，应该可 以分开；对于反硝化菌而言，无论是NO2-还 是NO3-均可作为最终电子受体，因此整个生 物脱氮过程也可以： NH4+HNO2N2这样的途径完成。 捣 暑 啪 酗 俘 芽 巩 嘉 辗 界 夹 舍 仲 祷 描
28、利 栖 束 魁 雀 海 匠 上 惫 菠 香 繁 芹 赛 银 酚 臼 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 短程硝化反硝化作用 早在1975年Vote就发现在硝化过程中 HNO2积累的现象并首次提出了短程硝化 反硝化机理。这种方法就是将硝化过程控制 在HNO2阶段而终止，随后便进行反硝化。 根据对短程硝化进行的试验研究和工程实践 ，证明短程硝化有下列特点：a、对活性污 泥法，可节省氧气供应量约25%，降低能耗 ；b、节省反硝化所需碳源的40%，在C/N比 一定的情况下提高TN
29、的去除率；c、减少污 泥生成量可达50%；d、减少投碱量；e、缩 短反应时间，相应反应器容积可减小。 乞 污 门 躇 扫 禄 渡 餐 企 甘 帚 夏 堡 既 脆 叉 术 设 倘 厢 震 勃 碳 虏 耘 窘 槛 埋 撑 剖 侧 邀 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 厌氧条件下的氨氧化作用 有些研究者在试验室中观察到在厌氧反应 器中NH3-N减少的现象，引起了人们对这一 现象发生机理的探索。最近的研究表明，厌 氧条件下氨的氧化实际上是含氮化合物之间 发生歧化反应所致。其中N
30、O2-是一个关键的 电子受体。亚硝化细菌在无氧条件下可通过 NO2-与NH3+N之间的歧化反应获得代谢所 需的能量。因亚硝化菌是一种自养菌，故这 一反应无须外加碳源，这就为TN/COD值较 高的原水采用生物脱氮提供了作用机理。 板 裙 屑 铜 骋 默 舍 绥 骗 腻 昏 犁 灵 死 依 群 蔼 滁 舜 口 煞 鸽 懒 概 填 御 丢 矢 简 肖 惹 昏 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 厌氧条件下的氨氧化作用 该反应如下： NH4+NO2-N2+2H2O（13-8） 实
31、际上，在有游离态氧或化合态氧存在的 条件下，NH4+氧化为N2的途径较多。若能培 养出能催化这些反应的微生物酶，则废水生 物脱氮将开创一片新的天地。 远 丛 茹 猜 王 肠 欺 建 萍 桑 锣 傣 溜 薯 柯 胺 炙 颖 惯 晓 窝 泛 壁 蒜 沛 镁 细 挤 党 撮 补 峙 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 生物脱氮的影响因素 1、溶解氧（DO） 2、泥龄（c） 3、酸碱度（pH） 4、温度（T） 5、有机物及C/N比 6、回流比 7、有毒有害物质 8、同化作用 羽
32、唱 童 阳 能 葫 蔑 禹 蝶 惠 俞 裸 遁 播 泞 障 彭 静 馁 漳 宰 携 琢 渭 冀 瑟 拙 牡 颗 斋 措 较 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 溶解氧 如前所述，硝化反应的微生物均是严格好 氧菌，因此硝化反应过程要求有足够的溶解 氧。大量试验表明，当DO含量低于0.5mg/L 时，将严重抑制硝化作用。在进行硝化反应 的曝气池中，DO浓度应不低于1mg/L，通常 控制在23mg/L。 碎 苦 裸 挥 蚌 图 医 屉 予 头 匡 牡 集 檄 曙 韩 咕 麓 专
33、 奄 癌 厂 堑 僵 石 噶 豹 答 喊 揪 园 颖 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 溶解氧 溶解氧的存在对反硝化过程有很大影响。 当缺氧区中的溶解氧含量过高时，氧将会与 硝酸盐竞争电子供体，并能抑制硝酸盐还原 酶的合成及其活性。一般而言，对活性污泥 系统，反硝化过程中混合液的溶解氧浓度应 控制在0.5mg/L以下，才能保持正常的反硝化 速度；而对于生物膜来说，由于生物膜中氧 的传递阻力较大，因而可允许较高的DO浓度 。 绍 舱 蜒 徐 债 菇 嗡 嫂 秀 孪 洒 箔
34、 港 猪 萄 损 扶 龙 峨 函 角 栗 翼 踌 呕 么 唐 其 器 降 啤 城 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 溶解氧 就常规的生物脱氮工艺来说，往往是将大 量硝化液内回流至缺氧反应器中，回流液的 溶解氧含量直接影响缺氧反应器中的溶解氧 浓度。因此，如何协调好曝气池末端和缺氧 反应器中的溶解氧浓度，是生物脱氮工艺控 制过程极为重要的因素之一。 屡 达 搬 闸 两 洞 谋 浩 漠 簧 拔 奠 俱 糠 隶 抢 肌 廖 坦 橡 就 纹 孤 概 戍 巳 剔 奎 菇 媒 烩
35、破 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 泥龄 生物处理系统中，泥龄是一个非常重要的 设计和运行控制参数，它直接与污泥活性相 联系。从硝化过程可知，参与硝化作用的亚 硝化菌及硝化菌均是自养型好氧细菌，它们 都具有较长的世代期（见表13-1），而亚硝 化菌的世代期较硝化菌为短，控制系统的泥 龄在两种细菌的世代期之间，则可使系统中 硝化菌的数量越来越少，从而实现短程硝化 与反硝化。 添 有 烷 斯 旧 吃 替 啤 谩 菩 颈 冗 韧 骨 挝 妻 悦 松 落 属 荷 布 起 剐
36、臀 谢 揣 庇 返 痈 呕 抿 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 泥龄 理论上讲，为保证反应器中数量足够且性 能稳定的硝化和反硝化细菌，必须使微生物 在反应器中的停留时间（c）大于硝化和反 硝化细菌的最小世代期。实际运行中，一般 应使系统的泥龄为硝化菌和反硝化菌世代期 的两倍以上。根据理论分析可知，脱氮工艺 的泥龄主要由硝化菌的世代期控制，因此系 统的泥龄应根据硝化菌确定。 疑 陕 杯 抨 结 棍 纯 抽 瑰 始 撕 蓬 集 垢 亚 军 粘 喇 肤 纶 闸 帐 熏 莉
37、传 膘 瘸 焚 禹 滨 踊 著 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 泥龄 较长的泥龄可增加硝化能力，但对反硝化 不利。HolmKristensen等人在试验中发现， 随着泥龄的增加，系统的AUR（比氨氮消耗 速率）增加，但NUR（比硝酸盐利用速率） 和OUR（比耗氧速率）均下降。因此，若系 统为保证硝化而采用较长的泥龄，则可能会 降低有机物降解速率和反硝化速率，实际运 行中往往通过增加废水停留时间来保证系统 中COD及TN的去除率。 交 昨 扎 屏 害 竭 姜 俺 兔 典
38、 吭 炬 绊 耗 阎 踢 并 丛 敌 直 裴 耪 已 弘 叙 兑 蹈 砰 苑 萤 顺 免 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 泥龄 一般来说，一个完全的生物脱氮系统中， 泥龄往往控制在6d以上，通常采用1015d。 而采用短程硝化反硝化，泥龄可以适当缩短 。 洁 蔷 咨 捕 历 躲 办 酉 盘 掐 啦 捻 吕 甚 闰 昧 凤 覆 扎 厦 哮 挡 拆 维 酒 哦 尚 化 蛾 艳 携 仍 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环
39、境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 酸碱度 pH是影响废水生物脱氮工艺运行的一个重 要因子。生物脱氮过程中，硝化要消耗废水 中的碱度而使pH值下降；而在反硝化阶段， 由于产生一定量的碱度，可使pH值上升。但 即使在前置反硝化脱氮工艺中，反硝化阶段 所产生的碱度也不能完全弥补硝化所消耗的 碱度，从而使系统的pH值下降。 妙 谋 氢 秦 食 竿 怖 蛙 蒲 诺 脊 锑 脓 杯 串 跑 甲 谭 假 胚 喧 粕 活 愁 贝 尘 绕 沟 达 尚 适 靡 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三
40、章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 酸碱度 一般亚硝化菌生长的最适pH为78.5，而硝 化菌为67.5；反硝化菌为6.58.5。因此，应 根据原废水中的碱度情况适当调整废水的pH ，并应保持废水中一定的剩余碱度（一般为 100mg/LCaCO3）。 手 低 刃 键 烛 棵 嘶 夸 状 歹 捕 傍 鞠 滴 郑 澳 陇 五 授 赣 垣 界 醉 娘 迈 攀 阶 律 诺 船 绢 谤 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 温度 生物硝化反应在445内均可进行，最适 温度为30
41、35。一般低于15时硝化速率降 低，而当温度低于5时，硝化反应几乎停止 。1214活性污泥中硝化菌活性受到抑制， 出现HNO2积累。温度对亚硝化菌和硝化菌反 应速率（RN）的影响可用式（13-9）（13-10 ）表示。 尧 舆 妮 泵 罢 柞 雍 障 谆 哀 淖 濒 评 匪 茅 定 雌 育 竹 巾 野 灵 茄 藕 卉 胆 续 粱 症 嘲 仑 吟 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 温度 亚硝化菌： （13-9 ） 硝化菌 ： （13-10 ） 式中：RNY（T）、RNY（
42、15）分别为温度为 T和15时的亚硝化菌最大比增长速率 RNX（T）温度为T时的硝化菌最大比增 长速率 常数 T温度 亏 严 岿 默 执 噶 岛 互 霄 厄 诈 罕 众 苞 委 竟 恍 窟 甩 勇 储 簇 酮 点 胎 吭 痢 准 赊 砰 罩 眷 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 温度 反硝化作用可在1535之间进行，且当温度 在此范围内变化时，反硝化速率（RDN）的变 化符合Arrhenius公式（式13-11）。研究表明 ，当温度低于10时，反硝化速率明显下降 ，而当
43、温度低于3时，反硝化作用将停止。 但当温度超过30时，反硝化速率亦下降。 （13-11） 式中：Kt温度常数 淫 厕 盂 炬 办 硒 粥 硫 镁 广 响 鸦 魔 保 怒 劣 山 完 蔽 些 溯 跑 攻 禁 高 慧 睫 宝 撮 淀 壤 隔 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 有机物及C/N比 硝化过程中，由于亚硝酸盐和硝化菌均为 自养菌，增殖速度慢，因此当废水中存在有 机物时，将使增殖速度高的异养细菌迅速增 殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。从碳 化和硝化需氧曲线可以看出，
44、在碳化阶段前 期，硝化作用被抑制。只有在碳化即将完成 时，才能观察到明显的硝化作用。因此，硝 化阶段系统中有机物含量不宜过高，BOD5值 应控制在1520mg/L。 慷 贿 者 小 茂 碑 撼 蓖 挺 旭 鸯 羹 秽 屎 峻 昧 凛 孩 梧 霸 鸦 当 婶 哮 娃 秤 牧 敝 凹 亢 坝 上 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 有机物及C/N比 由于反硝化菌是异养细菌，因此反硝化过 程需有一定的碳源作为电子供体。根据反硝 化阶段碳源的来源可将反硝化分为两类：外 源脱氮和内
45、源脱氮。由于内源脱氮的速率低 （如Wuhrmann工艺），因此目前常采用外源 脱氮。外加碳源的供给有两种方式：一种是 另外投加碳源，一种是利用原废水中的有机 碳（前置反硝化工艺等）。 枢 疼 闸 苔 焙 罢 摔 酒 渝 赔 扎 穴 柔 巴 荤 沤 绍 您 繁 奏 眨 酶 轿 育 正 亢 柞 倾 役 案 岸 谓 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 有机物及C/N比 废水处理中，一般采用C/N比来衡量反硝化 的碳源需求，太高或太低都会影响反硝化速 率。通常，当废水的BOD5与
46、TKN之比为58 时，可认为废水的碳源是足够的。赵旭涛的 研究表明，通过对脱氮系统中反硝化段的位 置进行合理设置，就可充分利用原水中的外 加碳源和污泥吸附的碳源及内源碳进行反硝 化，从而有利于提高脱氮效率。 豌 榨 钠 搞 惋 昔 伦 同 希 沤 竞 坚 察 凑 舵 啼 撼 能 起 掠 梧 虐 封 购 郁 慢 送 仗 糠 奏 贿 拧 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 回流比 对A/O、A2/O和UCT等前置反硝化工艺， 污泥回流和混合液回流是使该工艺获得脱氮 效果的先决
47、条件，回流比的大小直接影响脱 氮效果的好坏。对A/O系统而言，设废水中 NH3-N在硝化阶段全部转化为硝态氮，而全 部硝态氮在反硝化阶段均转化为氮气，并忽 略细胞的合成脱氮量。则该系统对氨氮的去 除率可表示为： 丹 珊 搏 迄 啤 裴 彤 寐 祁 撕 讳 半 害 咕 益 公 匆 卑 昌 歌 佳 棱 崭 谈 蛙 短 坠 糖 梆 剥 庸 愁 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 回流比 （13-12） 式中：系统的脱氮率（%） R混合液回流比 RW污泥回流比 稳 频 纯 蛔 撒
48、 珠 豢 癣 烬 贫 顷 雕 雄 兜 侄 鹰 蕾 找 诵 等 阶 咬 贱 瘁 座 甚 蓑 过 讳 牢 定 饶 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 回流比 若RW=50%，R=400%，则=83%。考虑到 合成脱氮及二沉池中可能发生的反硝化，则 系统的脱氮效率可略高一些。但是，实际中 由于环境条件的影响，系统内完全硝化与完 全反硝化的可能性很小。因此，单一A/O系 统的脱氮效率很难高于80%。 宾 结 靠 金 旬 印 驭 篷 奶 裹 驱 菊 菌 果 尺 垢 治 迸 巧 贿
49、熟 苍 侄 卜 对 走 衍 膝 齐 忌 趁 伪 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 回流比 对Bardenpho工艺，在假设条件相同时，系 统对氨氮的去除率可表示为： （13-13 ） 式中：ER二级缺氧池的反硝化效率（% ） 其余符号同前。 虞 笔 隘 骇 墩 缄 皂 黔 誉 嫌 擞 览 塔 鸯 瘩 墙 濒 煽 港 涪 击 偶 健 存 覆 农 拼 寐 光 廷 妓 志 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 【 环 境 课 件 】 第 十 三 章 废 水 生 物 脱 氮 除 磷 技 术 回流比 从该式可知，理论上Bardenpho工艺可达到 完全脱氮，但实际中，由于二级缺