生物脱氮除磷课件(1)

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1、第1章概述第2章生物脱氮机理及生物学基础第3章生物除磷机理及生物学基础第4章生物脱氮除磷工艺污水的生物脱氮除磷技术1第1章概述1.1我国氮磷的污染状况1.2氮磷对水体的危害2NH4+NO2-NO3-N2、NxO水解亚硝酸菌硝酸菌O2碱度O2碱度BOD碱度有机氮反硝化菌有机氮(产生细胞物质)同化作用厌氧氨氧化3第2章生物脱氮机理及生物学基础2.1生物脱氮机理及生物学基础2.2生物脱氮反应动力学2.3生物脱氮影响因素2.4生物脱氮新理论2.5生物脱氮新工艺42.1生物脱氮机理及生物学基础2.1.1生

2、物脱氮反应过程2.1.2硝化反应与微生物2.1.3反硝化反应52.1.1生物脱氮反应过程1)氨化反应:将有机氮转化为氨。2)硝化反应:将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。3)反硝化反应:将亚硝酸盐和硝酸盐还原为N2。62.1生物脱氮机理及生物学基础2.1.1生物脱氮反应过程2.1.2硝化反应与微生物2.1.3反硝化反应72.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应微生物二、硝化反应式82.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应与微生物(一)硝化过程(二)对硝化细菌的新认识92.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应与

3、微生物(一)硝化过程与微生物硝化菌由亚硝酸细菌(氨氧化细菌)和硝酸细菌(亚硝酸盐氧化细菌)两个亚群组成。自养型硝化菌都是一些革兰氏阴性菌,硝化时它们以氧作为最终的电子受体,属于严格的好氧菌。(1)第一步由亚硝酸菌将氨氮(NH4+和NH3)转化成亚硝酸盐(NO2-);(2)第二步再由硝酸菌将NO2-氧化成硝酸盐(NO3-)。10(二)对硝化细菌的新认识硝化细菌属自养型细菌,碳源是CO2。有些自养型硝化细菌能混养(混合营养)生长(以CO2、有机物为碳源),少数可异养生长。亚硝酸细菌(五个属)Nitr

4、osomonas自养、混养;Nitrosococcus自养、混养;Nitrosospira严格自养;Nitrosovibrio自养、混养;Nitrosolobus自养、混养;以氨为唯一能源,自养生长时,以CO2为唯一碳源;混养时,可同化有机物。2.1.2硝化反应与微生物11(二)对硝化细菌的新认识硝酸细菌:自养型,有些可混养生长,某些菌株能异养生长。Nitrobacter自养、可异养,自养快于异养Nitrococcus严格自养Nitrospina严格自养Nitrospira自养、混养以NO2-为

5、唯一能源,自养生长时,以CO2为唯一碳源;混养时,可同化有机物。2.1.2硝化反应与微生物122.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应微生物二、硝化反应式132.1.2硝化反应与微生物二、硝化反应式(一)硝化反应的理论反应式(二)硝化反应的生化反应式(三)硝化反应的化学计量关系(四)硝化反应代谢途径与电子转移数14二、硝化反应式NH3+3/2O2→NO2-+H2O+H+NO2-+1/2O2→NO3-NH3+2O2→NO3-+H2O+H+(一)硝化反应的化学反应式硝化反应耗氧量:NH4+→NO3-4

6、.57gO2/gNH4+-NNH4+→NO2-3.43gO2/gNH4+-NNO2-→NO3-1.14gO2/gNO2--N15二、硝化反应式NH3+O2→NH2OH(二)硝化反应的生化反应(1)氨氧化为羟氨:NH3→NH2OH→NO→NO2-→NO3-氨单加氧酶羟胺氧还酶羟胺氧还酶亚硝酸盐氧还酶16NH2OH+H2O→HNO2+4H++4e-ΔG0=+23kJ/mol0.5O2+2H++2e-→H2OΔG0=-137kJ/mol(二)硝化反应的生化反应式(2)羟胺氧化为亚硝酸盐:分两步,中间产

7、物为NONH2OH+0.5O2→HNO2+2H++2e-ΔG0=-114kJ/mol羟胺氧化所需的氧是由水提供的17NO2-+H2O→NO3-+2H++2e-ΔG0=+83kJ/mol0.5O2+2H++2e-→H2OΔG0=-137kJ/mol(二)硝化反应的生化反应式(3)亚硝酸氧化为硝化盐:NO2-+0.5O2→NO3-ΔG0=-54kJ/mol18(三)硝化反应的化学计量关系第一步1.00NH4++1.44O2+0.0496HCO3-→ 0.99NO2-+0.01C5H7NO2+0.97

8、H2O+1.99H+第二步1.00NO2-+0.50O2+0.031CO2+0.00619NH4++0.124H2O→1.00NO3-+0.00619C5H7NO2+0.00619H+细胞物质:C5H7NO2(1)硝化反应生物合成反应式:若考虑硝化细菌新细胞的合成,则反应式为:19硝化生物合成总反应式:NH4++1.89O2+0.0805CO2→ 0.984NO3-+0.0161C5H7NO2+0.952H2O+1.98H+20将1gNH3-N氧化为硝酸盐:消耗约4.3gO2中和7.14g碱度利

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