生物脱氮除磷的原理与工艺设计

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1、污水生物脱氮除磷的原理与工艺设计Biologicalnutrientremovalfromwastewater:principlesandtechniques2011.5生物脱氮基本原理氮在水体中的存在形态有机氮无机氮蛋白质(C,O,N,H,N=15~18%)多肽氨基酸尿素[CO(NH2)2]其他(硝基、胺及铵类化合物)COOHHRCNH2氨氮(NH3-N,NH4+-N)亚硝态氮(NO2--N)硝态氮(NO3--N)生物脱氮基本原理氮在水体中的存在形态氨氮(NH3-N,NH4+-N)亚硝态氮(NO2--N)硝态氮(NO3--N)总氮(TN)有

2、机氮无机氮凯氏氮(TKN)=有机氮+氨氮水污染控制中经常提到的几个术语TN=TKN+NOx-N生物脱氮基本原理生物脱氮基本原理氨化作用(Ammonification)氨化作用无论在好氧还是厌氧，中性、酸性还是碱性环境中都能进行，只是作用的微生物种类不同、作用的强弱不一。有机氮(氨化作用)氨化菌NH4+-N生物脱氮基本原理硝化作用(Nitrification)氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：55NH4++76O2+109HCO3-C5H7NO2+54NO2-+57H2O+104H2CO3400NO2-+NH4++4H2CO3+HC

3、O3-+195O2C5H7NO2+3H2O+400NO3-NH4++1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3生物脱氮基本原理硝化作用(Nitrification)氨氮和亚硝酸盐氮的生物转化和细胞合成的反应式：NH4++1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3如果不考虑硝化过程中硝化细菌的增殖，硝化过程的氧化反应式为：生物脱氮基本原理硝化作用(Nitrification)1.每氧化1gNH4+-N为NO3−-N

4、需要消耗碱度7.14g(以CaCO3计)(100/14=7.14)注：每氧化14gNH4+-N为NO3−-N，产生2molH+，需要1mol的CaCO3(分子量为100)来中和。2.不计细菌增值，每氧化1gNH4+-N为NO3--N，共需氧4.57g。》碱度是指水中能够接受H+离子的物质含量，即CO32-、HCO3-、OH-及弱酸盐类的总和。亚硝酸菌和硝酸菌项目亚硝酸菌硝酸菌异养菌细胞形状椭球或棒状椭球或棒状细胞尺寸1.0~1.5μm0.5~1.0μm革兰氏染色阴性阴性世代周期(h)8~3612~592.31~8.69自养性专性专性异养需氧

5、性严格好氧严格好氧最大比生长速率μm(h-1)0.04~0.080.02~0.060.08~0.3产率系数Y(mg细胞/mg基质)0.04~0.130.02~0.070.4~0.8饱和常数KS(mg/L)0.6~3.60.3~1.725~1001gNH4+-N1gNO3−-N消耗碱度7.14g(以CaCO3计)需要氧4.57g生物脱氮基本原理硝化作用(Nitrification)Saturday,July10,2021生物脱氮基本原理缺氧反硝化过程NO3--NNO2--NNON2ON2通常反硝化菌群优先选择分子氧而不是硝酸盐为电子受体，但如

6、果无分子态氧存在，则利用硝酸盐进行无氧呼吸。反硝化细菌大量存在于污水处理系统中。反硝化细菌是兼性细菌Saturday,July10,2021生物脱氮基本原理缺氧反硝化过程生物反硝化的总反应式如下：由第一式计算，转化1gNO2−-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)1.71g[3×16/(2×14)=1.71]。由第二式计算，转化1gNO3−-N为N2时，需要有机物(以BOD表示)2.86g[5×16/(2×14)=2.86]。还原1gNO2−-N或NO3−-N均可产生3.57g碱度(以CaCO3计)(50/14)，硝化过程中消耗的碱度有近5

7、0%得到回收。2H+OH2O1molH=0.5molO(以BOD表示)生物除磷基本原理聚磷酸是一种高能化合物，水解时能放出能量。因此，在厌氧池中聚磷菌利用这部分能量摄取有机物并放出水解产生的磷酸，结果厌氧池中的磷浓度上升。同时，废水中的有机物因被聚磷菌摄取而减少。但聚磷酸水解放出的能量还达不到菌体增殖所需的能量，所以摄取的有机物只能变成细胞内暂时贮存积蓄物质。到了好氧池，聚磷菌将体内积蓄的有机物通过好氧呼吸氧化分解，合成ATP，用这部分能量进行菌体的增殖和合成聚磷酸。由于其摄取合成聚磷酸的磷量比厌氧时放出的多，因此废水中的磷被不断净化。生物

8、除磷基本原理有试验资料表明，厌氧状态下每释放1mg磷，进入好氧状态后就可吸收2.0一2.4mg磷。细胞内吸收了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完成