微生物脱氮原理.ppt

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1、微生物脱氮基本概念一、名词解释1、总氮(TN)：水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。通常可以简单的理解为水体中各种形态氮的总和。2、总凯氏氮（TKN）：包括氨氮和能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化合物。通常可以简单的理解为水中氨氮和有机氮的总和。3、氨氮（NH3-N）：又名氨态氮，是指水中以游离氨（NH3）和铵

2、离子（NH4+）形式存在的氮。4、硝态氮：是指硝酸盐及亚硝酸盐中所含有的氮元素以上四者之间的关系图如下：二、脱氮基本概念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NO2-N和NO3-N，最后通过反硝化作用使硝态氮转化成氮气，而逸入大气，从而降低废水中N的含量。脱氮原理及影响脱氮的因素一、生物脱氮原理污（废）水中的氮一般以氨氮和有机氮的形式存在，通常是只含有少量或不含亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮，在未经处理的

3、污水中，氮有可溶性的氮，也有非溶性的氮。可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸的形式存在；一部分非溶性有机氮在初沉池中可以去除。在生物处理过程中，大部分的可溶性有机氮转化成氨氮和其他无机氮，却不能有效地去除氮。废水生物脱氮的基本原理就在于，在有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气从水中逸出，从而达到除去氮的目的。即完整的生物脱氮反应共分成三个步骤：有机氮氨化反应——硝化反应——反硝化反应。1、氨化作用（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。（2

4、）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，兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。（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：丙氨酸             亚氨基丙酸        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：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

5、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、硝化作用（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）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。（3）反应过程包括亚硝化反应和硝化反应两个阶段。该反应历程为：1.第一阶段：生化氧化：生化合成：则第一阶段的总反应式（包括氧化和合成）为：2.第二阶段：生化氧化：生化合成：则第二阶段的总反应式为：第一阶段反应放出能量多，该能量供给亚硝酸菌

6、,将NH4+合成NO2-，维持反应的持续进行，第二阶段反应放出的能量较小。从NH4+→NO3-的反应历程如下表所示。硝化过程总反应过程如下：该式包括了第一阶段、第二阶段的合成及氧化，由总反应式可知，反应物中的N大部分被硝化为NO3-，只有2.1%的N合成为生物体，硝化菌的产量很低，且主要在第一阶段产生（占1/55）。若不考虑分子态以外的氧合成细胞本身，光从分子态氧来计量，只有1.1%的分子态氧进入细胞体内,因此细胞的合成几乎不需要分子态的氧。硝化过程总氧化式为：（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

7、大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.57gO2；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7.14g(以CaCO3计)。3、反硝化作用（1）概念反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件下，硝态氮、亚硝态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。（2）细菌这个过程反硝化菌完成。反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋

8、菌属和无色杆菌属等。它们多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。在无分子态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+作为电子受体。O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物则作为碳源及