生物脱氮技术研究

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1、北京航空航天大学毕业设计(论文)第35页1绪论1.1污水脱氮处理的研究背景随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，水环境日益恶化，水中的氮含量不断增加造成水质严重恶化。近几十年的发展使得农村、城市的地面水、地下水都存在三氮（氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮）的污染。氨态氮是水相环境中氮的主要存在形态。当含氨废水排入江河湖泊，尤其是水资源不十分充足的小河、鱼塘中时，可引起受纳水体亏氧，滋生有害水生物，导致鱼类中毒。城市生活废水、各种饲养场的排放水、化粪池浸滤液，其氨氮含量在100～500mg/L之间。随着有色金属湿法冶金的发展，这些生产厂常排放出高浓度的含氨或铵废水，其

2、氨氮含量在10g/L以上，有的甚至高达100g/L左右。2000年度监测数据表明，黄河在宁夏入境断面(中卫下河沿)氨氮浓度不超过国家《地面水环境质量标准》(GZHG1-1999)规定中的要求，但到达控制断面(银古公路桥)和出境断面(宁钢浮桥)均超标严重，其中银古桥公路桥断面超标率为66.7%，超标2.16倍，宁钢浮桥断面超标率达100.0%，超标3.20倍。氨氮污染沿程加重趋势十分明显。近几年，黄河水质控制断面(银古公路桥)氨氮污染呈逐年明显上升趋势。氨氮已成为影响黄河水质的首要污染。目前,黄河水质类别以Ⅴ类或超Ⅴ类水质为主[1]。硝酸盐氮污染最近40年来已成为一个

3、世界性的环境问题。例如美国Texas州Runnels县地下水中NO3-含量达233mg/L；英国在1970年NO3--N间歇超过113mg/L，1980年约为90mg/L，1987年达142mg/L；中国北京地下水中硝酸盐最高值为314mg/L，石家庄市地下水中NO3-含量达20～40mg/L，最高值为96mg/L。此外还有丹麦、法国、加拿大、德国、荷兰、印度、埃及等国家的饮用地下水也受到不同程度的污染。英国和美国的一些研究结果显示，饮用地下水的硝酸盐含量与胃癌、食道癌的发病率及死亡率成正比。在河南省林州、安阳县做的饮用水的NO3-含量调查，取水样43个，居民饮用的

4、地下水中NO3-北京航空航天大学毕业设计(论文)第35页含量大大超过世界卫生组织(WHO)颁布的饮用水质标准45mg/L(或NO3-中的N为10mg/L)。例如安阳县一个村庄的饮用地下水中NO-3含量高达94mg/L[3，4]。亚硝酸盐在水体中的含量虽不如氨氮和硝酸盐氮高，但其危害性也不小。亚硝酸盐能在各种含氮有机化合物作用下，形成稳定的、致癌和致突变性的N-亚硝基胺和亚硝基酰胺的各种N-亚硝基族化合物。亚硝酸根离子进入人体后可以引起高铁血红蛋白症或婴儿蓝血症。亚硝酸盐是合成强致癌物质亚硝胺的前体,日本、英国、智利、哥伦比亚,均报道过亚硝酸盐、硝酸盐与胃癌发病率有极

5、大的相关性。水环境中氮污染对鱼类等水生动物有毒害作用。水体中低浓度的氨能妨碍与鱼鳃的氧传递,当其浓度达到0.5mg/L时,就能对水生动物尤其是鱼类造成毒害作用;水体中由于硝化作用,氨氮会继续氧化成硝酸盐氮,而消耗水体大量溶解氧,严重时会使鱼类等水生动物窒息死亡。氮是植物不可缺少的营养元素,但如果水体中总N过量,会使藻类大量繁殖、富集,出现富营养化现象,大量消耗水中的溶解氧,使水体生态环境恶化。这一切表明，水体中的氮污染已十分严重，研究氮污染，并提出切实可行的治理与改造措施，已成为科学工作者和政府部门的当务之急。1.2水体中氮的来源水体中氮的主要来源有[1-3]：（1

6、）雨水。（2）农业排水。首先是由于农业氮肥的使用，使在土壤中积累了相当数量的营养物质，它们可随农田排水流入临近的水体。此外，饲养家畜过程中所产生的废物中也含有相当数量的营养物质，有可能通过排水进入临近水体。（3）城市污水。主要是粪便，食品污物。（4）其他来源。例如固体废弃物填埋场的渗滤液。1.3废水脱氮处理技术现状及进展现阶段含氮废水的处理方法有生物法、物理法、化学法、物理化学法等。应用最广的是生物法[5]。1.3.1生物法生物法是应用最广的脱氮核心技术，北京航空航天大学毕业设计(论文)第35页因为这种方法成本低，操作简单，无二次污染。由于具有脱氮能力的微生物种类繁

7、多，因此产生许多生物脱氮工艺，随着微生物学、分子生物学的发展以及人们对脱氮机理的不断了解，出现了许多新的生物脱氮工艺。目前，主要的生物脱氮工艺有传统的硝化-反硝化，新的半硝化-反硝化，厌氧氨氧化，自养反硝化菌反硝化等。1.3.1.1硝化—反硝化生物脱氮的传统的方法是硝化—反硝化法，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用[5，6，7]。通过微生物胞外蛋白酶的水解作用使含氮有机物转化为氨基酸，之后进入内脱氨基生成氨的过程称为氨化作用，可在有氧或厌氧条件下进行。以氨基酸为例，其反应式为：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3硝化作用是指化能无机自养菌将氨氧