化工过程中污水处理的生物方法

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1、浙江大学生命科学课程论文题目：化工过程中污水处理的生物方法姓名：曲益武学号：3100101510专业：化学工程与工艺10038/8浙江大学生命科学课程论文化工过程中污水处理的生物方法曲益武310101510（浙江大学化学工程与工艺1003）摘要：主要以生物脱氮为例，分析了化工过程中产生废水的生物处理原理，以及当前主要的生物处理污水的操作工艺。关键词：化工生物废水处理脱氮硝化反硝化活性污泥法随着工业，尤其是化工产业的飞速发展，化工已经成为国家不可缺少的工业基础。但是在高污染、高能耗的发展模式下，化工给环境带来的危害也日益明显。

2、其中，水体污染是被广泛重视与关注的首要问题之一，由于化工厂的不正规排放，化肥的不合理施用，有毒化学物质的扩散与沉降，生物圈内的大量江河湖海遭到了不同程度的污染，给各类动植物以及人类造成了巨大的影响与危害。众所周知，水是地球上最宝贵的资源，它无可替代，尤其是能被人类所利用的水，仅占地球总水量的0.26%！因此，污水处理就成了当下与地位突出的新兴产业。通过合理处理，污水不但不再危害环境，还可以从中二次提取化工原料，废物利用提高资源利用率，一举两得。而目前处理污水，特别是有机废水的最好方法就是生物处理，兼顾经济与效率，广为化工行业

3、所接受。这里就以生物脱氮技术为例，简单介绍一下处理污水的生物原理与方法。一．生物脱氮的原理含氮化合物是污水中非常常见的污染物，生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和NH3-N转化为N2和NxO气体的过程[1]。生物脱氮可分为氨化－硝化－反硝化三个步骤，其中，硝化与反硝化是关键步骤。8/8浙江大学生命科学课程论文1.脱氨与氨化污水中的氮很多是以蛋白质和氨基酸的形式存在的，因此第一个步骤便是脱氨，这个步骤很简单，分有氧与无氧两种情况，比较容易实现。1.1有氧与好氧菌氧化酶催化下的氧化脱氨[2]：丙氨酸—亚氨基丙酸→丙酮酸+氨某些

4、好氧菌在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应：尿素（尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等）→氨1.2无氧与厌氧菌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]2.硝化硝化指的是把氨氧化为硝态氮。它包括亚硝化细菌的亚硝化与硝化细菌的硝化两个过程：总反应式      尚未发现能8/8浙江大学生命科学课程论文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

5、的化学计量关系可表示为：       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：[3]3.反硝化反硝化是在细菌的作用下，将硝态氮还原为N2、N2O等气体的过程。3.1同化反硝化硝化菌在反硝化的同时，通过硝酸还原酶，以硝酸为原料进行细胞合成：NO3―→NH4+→有机态氮。3.2异化反硝化利用NO2―和NO3―为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮气，称为反硝化作用或脱氮作用：NO3―→NO2―→N2↑。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸，其生化过程

6、可用下式表示：[4]　　C6H12O6+12NO3―→6H2O+6CO2+12NO2―+能量　　CH3COOH+8NO3―→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。可进行以下反应：　　5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO48/8浙江大学生命科学课程论文4.其他含氮物质的转化其他含氮物质主要以氢氰酸和腈类物质为主，例如担子菌能利用甲醛、氨水和氢氰酸在腈合成酶的作用下缩合成为α-氨基乙腈，进

7、而合成为丙氨酸。[5]CH3CHO+HCN+NH4+→CH3CHNH2CN→CH3CHNH2COOH在有氧条件下，氰化物氧化分解如下：5HCN+5.5O2→CO2+H2O+5NH3氨化后再根据之前步骤进行硝化与反硝化，以到达处理污水的目的。5.短程硝化-反硝化从上述反应来看，氮从氨态到硝态再被还原经历了一个重复的过程：NO2―→NO3―→NO2―，这会造成能源资源与时间的浪费。由于NH4+→NO2―以及NO2―→NO3―是由两种细菌分别完成的，因此可以考虑NH4+→NO2―→N2的反应历程。而事实也的确如此，在化工生工等工作

8、者的不断努力下，短程硝化-反硝化已经在很多地方得以实现。可见，短程硝化-反硝化中，重点是怎么将NH4+只氧化至NO2―阶段，而不被氧化为NO3―。由于两种细菌在生理机制及动力学特征上存在的固有差异，导致了某些影响因素对两种硝化菌存在不同的抑制作用，从而影响硝化形式。[6]因此，只要控制好相