生物脱氮基本原理及影响因素

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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

2、，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。　　1氨化作用　　1.1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。　　1.2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，

3、兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。　　1.3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，一是氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸生成酮酸和氨：　　[2-1]　　丙氨酸亚氨基丙酸法丙酮酸　　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]　　2硝化作用　　

4、2.1概念　　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，　　2.2细菌　　这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。　　亚硝化菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝化杆菌属、硝化球菌属。亚硝酸菌和硝化菌统称为硝化菌。　　2.3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]　　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

5、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]　　2.4特点　　从上式可以看出硝化过程的三个重要特点：　　⑴NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；　　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5.57g(以NaCO3计)。　　2.5硝化反应影响因素　　①温度　　在生物硝化系

6、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]。　　②pH值　　硝化菌对pH值变化非常敏感，最佳pH值是8.0～8.4，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

7、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FNA浓度可由下式计算：　　　　　　其中　　A—总氮（NH3+NH4+）浓度；Kb—氨的离解常数；　　Kg/L内，低于0.5mg/L则硝化作用趋于停止。当前，有许多学者认为在低DO（1.5mg/L）下可出现SND现象。　在DO＞2.0mg/L，溶解氧浓度对硝化过程影响可不予考虑。但DO浓度不宜太高，因为溶解氧过高能够导致有机物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。此外溶解氧过高，

8、过量能耗，在经济上也是不适宜的。　　④生物固体平均停留时间（污泥龄）　　为了使硝化菌群能够在连