废水的微生物脱氮除磷

1、第四章第四章 废水的微生物脱氮除废水的微生物脱氮除磷磷 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 微生物脱氮微生物脱氮 第三节第三节 微生物除磷微生物除磷第一节第一节 概概 述述 氮、磷对受纳水体的主要危害表现在：氮、磷对受纳水体的主要危害表现在： （1 1）造成水体的富营养化；）造成水体的富营养化； （2 2）影响水源水质，增加给水处理成本；）影响水源水质，增加给水处理成本； （3 3）对人和生物产生毒性。）对人和生物产生毒性。第一节第一节 概概 述述 氮、磷是藻类生长的限制因子，水体中氮、磷浓度氮、磷是藻类生长的限制因子，水体中氮、磷浓度增高会导致水体的富营养化。增高会导致水体的富营养化。

2、当水体中磷的含量高于当水体中磷的含量高于0.5mg/L0.5mg/L时，将促进富营养时，将促进富营养化现象的加速发生；但当水体中磷的含量低于化现象的加速发生；但当水体中磷的含量低于0.5mg/L0.5mg/L时，能控制藻类的过度生长；而低于时，能控制藻类的过度生长；而低于0.05mg/L0.05mg/L时，藻类则几乎停止生长。时，藻类则几乎停止生长。 氨态氮排入水体会因硝化作用而耗去水体中大量的氨态氮排入水体会因硝化作用而耗去水体中大量的氧造成水体溶解氧下降。饮用水中硝态氮超过氧造成水体溶解氧下降。饮用水中硝态氮超过10mg/L10mg/L会引起婴儿的高铁血红蛋白症。会引起婴儿的高铁血红蛋白症

3、。第一节第一节 概概 述述 水体富营养化问题越来越严重，据报道，水体富营养化问题越来越严重，据报道，19911991年我年我国共发生赤潮国共发生赤潮3838次，次，19921992年增加至年增加至5050次，造成鱼类次，造成鱼类和其他生物大量死亡，对海洋渔业资源造成极大的和其他生物大量死亡，对海洋渔业资源造成极大的破坏。破坏。 为此，对于水体中氮、磷的去除已越来越受到重视，为此，对于水体中氮、磷的去除已越来越受到重视，许多国家对废水处理厂出水氮、磷都制订了严格的许多国家对废水处理厂出水氮、磷都制订了严格的排放标准。排放标准。 近年来近年来, , 废水的脱氮除磷技术得到了迅速发展。而微废水的脱氮

4、除磷技术得到了迅速发展。而微生物脱氮除磷技术由于具有处理效果好，处理过程生物脱氮除磷技术由于具有处理效果好，处理过程稳定可靠、处理成本低、操作管理方便等优点而得稳定可靠、处理成本低、操作管理方便等优点而得到广泛运用，为水体中氮、磷的去除提供了有效手到广泛运用，为水体中氮、磷的去除提供了有效手段。段。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮 一、发展历程一、发展历程 二、基本原理二、基本原理 三、工艺流程三、工艺流程 四、影响因素四、影响因素 五、应用实例五、应用实例 六、生物脱氮研究进展六、生物脱氮研究进展第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 三、工艺流程三、工艺流程 生物脱氮的工艺

5、流程，根据细菌在系统中存在的状生物脱氮的工艺流程，根据细菌在系统中存在的状态可分为态可分为悬浮污泥系统悬浮污泥系统和和膜法系统膜法系统两大类。两大类。 悬浮污泥系统又可分为去碳、硝化、反硝化结合的悬浮污泥系统又可分为去碳、硝化、反硝化结合的单级污泥系统单级污泥系统以及去碳、硝化、反硝化相分隔的以及去碳、硝化、反硝化相分隔的多多级污泥系统级污泥系统。 根据脱氮时所用的碳源，还可将其细分为两类：根据脱氮时所用的碳源，还可将其细分为两类：内内碳源碳源和和外加碳源外加碳源。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 ( (一一) )悬浮污泥系统悬浮污泥系统 悬浮污泥系统可分为以下几种类型：悬浮

6、污泥系统可分为以下几种类型： 1 1悬浮多级污泥内碳源系统悬浮多级污泥内碳源系统 2 2悬浮多级污泥外加碳源系统悬浮多级污泥外加碳源系统 3 3悬浮单级污泥内碳源系统悬浮单级污泥内碳源系统 4 4悬浮单级污泥外加碳源系统悬浮单级污泥外加碳源系统 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 1 1悬浮多级污泥内碳源系统悬浮多级污泥内碳源系统 处理流程见下图处理流程见下图第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 该系统主要分为两大部分，前半部分污泥在好氧条该系统主要分为两大部分，前半部分污泥在好氧条件下去碳及硝化，其污泥经沉淀池分离后随即回流，件下去碳及硝化，其污泥经沉淀池分离后

7、随即回流，与后半部分并不混合。硝化的废水进入后半部分，与后半部分并不混合。硝化的废水进入后半部分，在缺氧条件下利用旁路进水中的有机碳作为碳源进在缺氧条件下利用旁路进水中的有机碳作为碳源进行反硝化，行反硝化，剩余的小部分有机物经后曝气被氧化分剩余的小部分有机物经后曝气被氧化分解。后曝气还可吹脱污泥中氮气，并通过提高溶氧解。后曝气还可吹脱污泥中氮气，并通过提高溶氧水平使反硝化作用停止，以使污泥在沉淀池中很好水平使反硝化作用停止，以使污泥在沉淀池中很好地分离。地分离。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 2 2悬浮多级污泥外加碳源系统悬浮多级污泥外加碳源系统 处理流程见下图处理流程见下

8、图 流程基本上与悬浮多级污泥内碳源系统相同，只是流程基本上与悬浮多级污泥内碳源系统相同，只是反硝化这一步利用外加甲醇或其他含碳工业废水作反硝化这一步利用外加甲醇或其他含碳工业废水作为碳源。为碳源。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 分隔的多级污泥系统同其他反硝化系统相比较，由分隔的多级污泥系统同其他反硝化系统相比较，由于可根据每一级微生物的不同要求进行操作管理，于可根据每一级微生物的不同要求进行操作管理，故运行较稳定，效率亦高，可使系统总的池积减少，故运行较稳定，效率亦高，可使系统总的池积减少，但由于池子繁多，基建费用较高。但由于池子繁多，基建费用较高。第二节第二节 微生物脱

9、微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 3 3悬浮单级污泥内碳源系统悬浮单级污泥内碳源系统 悬浮单级污泥内碳源系统主要有悬浮单级污泥内碳源系统主要有四种基本流程四种基本流程，即前置反，即前置反硝化的硝化的A/O (Anoxic/ Oxic)A/O (Anoxic/ Oxic)工艺、同时反硝化的氧化沟工工艺、同时反硝化的氧化沟工艺、后反硝化的桥本工艺及四阶段的艺、后反硝化的桥本工艺及四阶段的 BardenphoBardenpho工艺。工艺。它们的共同特点是它们的共同特点是去碳、硝化和反硝化在分隔或不分隔的去碳、硝化和反硝化在分隔或不分隔的同一系统内的不同区段中进行，整个系统只有一种污泥，同一系统内的不同区

10、段中进行，整个系统只有一种污泥，因此只设一个二次沉淀池。不论其流程如何变化，系统内因此只设一个二次沉淀池。不论其流程如何变化，系统内总是存在着去碳和硝化的好氧段总是存在着去碳和硝化的好氧段( (或好氧池或好氧池) )以及进行反硝以及进行反硝化的缺氧段化的缺氧段( (或缺氧池或缺氧池) )这二大部分。这二大部分。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (1)A/O(1)A/O工艺工艺 A/O (Anoxic/ Oxic)A/O (Anoxic/ Oxic)工艺即为缺氧好氧工艺，其流程见下图。工艺即为缺氧好氧工艺，其流程见下图。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 在

11、这种工艺中，反硝化段是在处理系统最前面，硝在这种工艺中，反硝化段是在处理系统最前面，硝化段中的混合液以一定比例回流到反硝化段，反硝化段中的混合液以一定比例回流到反硝化段，反硝化段中的反硝化脱氮菌在无氧或低氧条件下，利用化段中的反硝化脱氮菌在无氧或低氧条件下，利用进水中的有机物作为碳源，以回流硝化池内进水中的有机物作为碳源，以回流硝化池内NONO3 3- -中中的氧作为电子受体，将的氧作为电子受体，将NONO3 3- -还原为还原为NN2 2。这样，反硝。这样，反硝化过程中所需的有机碳源可直接来源于污水，不必化过程中所需的有机碳源可直接来源于污水，不必外加。从而，可以减轻硝化时的有机物负荷，减少

12、外加。从而，可以减轻硝化时的有机物负荷，减少停留时间，并节省曝气量和碱的投加量。反硝化过停留时间，并节省曝气量和碱的投加量。反硝化过程中产生的碱度可补偿硝化段消耗的碱度的一半左程中产生的碱度可补偿硝化段消耗的碱度的一半左右。该种微生物脱氮法是一种较为完善的工艺流程，右。该种微生物脱氮法是一种较为完善的工艺流程，这也是目前在生物脱氮中最广泛采用的工艺。这也是目前在生物脱氮中最广泛采用的工艺。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (2)(2)氧化沟工艺氧化沟工艺 其流程见下图其流程见下图第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 在环状氧化沟的某一点或多点设置曝气机，污泥沿

13、在环状氧化沟的某一点或多点设置曝气机，污泥沿氧化沟循环流动。在曝气机的下游区段为好氧段，氧化沟循环流动。在曝气机的下游区段为好氧段，进行去碳和硝化。远离曝气机的区段直至下一曝气进行去碳和硝化。远离曝气机的区段直至下一曝气机上游端为缺氧段，机上游端为缺氧段，废水在缺氧段起始点进入废水在缺氧段起始点进入。反。反硝化细菌可利用废水中的碳源和好氧段来的硝酸盐硝化细菌可利用废水中的碳源和好氧段来的硝酸盐进行反硝化脱氮。进行反硝化脱氮。处理后出水在好氧段末端由导管处理后出水在好氧段末端由导管引入二沉池引入二沉池。曝气机常选用。曝气机常选用转刷或浸没式转刷或浸没式U U型管曝型管曝气机气机，转速慢、能耗省，

14、可满足充氧并使污泥向前，转速慢、能耗省，可满足充氧并使污泥向前流动。流动。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (3)(3)桥本工艺桥本工艺 其工艺流程见下图其工艺流程见下图第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 在桥本工艺中反硝化的缺氧池位于好氧池的后面。在桥本工艺中反硝化的缺氧池位于好氧池的后面。废水进入前面的好氧池进行去碳和硝化，后面的缺废水进入前面的好氧池进行去碳和硝化，后面的缺氧池利用旁路流入的一部分废水中的碳源以及来自氧池利用旁路流入的一部分废水中的碳源以及来自前面的好氧池的硝酸盐进行反硝化脱氮。它的工艺前面的好氧池的硝酸盐进行反硝化脱氮。它的工艺流程较为

15、简单，缺点是旁路流入缺氧池提供反硝化流程较为简单，缺点是旁路流入缺氧池提供反硝化碳源的废水流量很难控制，若流量不足会影响反硝碳源的废水流量很难控制，若流量不足会影响反硝化，流量过大会因碳源过剩而影响出水水质。在缺化，流量过大会因碳源过剩而影响出水水质。在缺氧池后设一停留时间为氧池后设一停留时间为34min-45min34min-45min的后曝气池，的后曝气池，可去除残剩的有机物和吹脱污泥上的氮气泡。可去除残剩的有机物和吹脱污泥上的氮气泡。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (4)Bardenpho(4)Bardenpho工艺工艺 其工艺流程见下图其工艺流程见下图第二节第二节

16、 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 四段四段BardenphoBardenpho工艺的前面二段类似于工艺的前面二段类似于A/OA/O工艺。工艺。为了进一步提高去氮率，可将好氧池为了进一步提高去氮率，可将好氧池1 1流出的硝酸盐流出的硝酸盐导入第二个缺氧池，反硝化细菌可利用细菌衰亡后导入第二个缺氧池，反硝化细菌可利用细菌衰亡后释放的二次性基质作为碳源进行反硝化，以彻底去释放的二次性基质作为碳源进行反硝化，以彻底去除系统中的硝酸盐，当然缺氧池除系统中的硝酸盐，当然缺氧池2 2的反硝化速率较低。的反硝化速率较低。污泥最后进入好氧池污泥最后进入好氧池2 2，以吹脱氮气泡，提高污泥的，以吹脱氮气泡，

17、提高污泥的沉降性能。沉降性能。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 4 4悬浮单级污泥外加碳源系统悬浮单级污泥外加碳源系统 流程与悬浮单级污泥内碳源系统相同，只是在反硝流程与悬浮单级污泥内碳源系统相同，只是在反硝化段通入外加甲醇，以防止因原水中碳源不足或低化段通入外加甲醇，以防止因原水中碳源不足或低温而引起反硝化速率下降。但外加碳源成本较高。温而引起反硝化速率下降。但外加碳源成本较高。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 ( (二二) )生物膜系统生物膜系统 与悬浮污泥系统相比，生物膜系统的与悬浮污泥系统相比，生物膜系统的主要优点是无主要优点是无需回流污泥需回流

18、污泥，且构筑物内可维持较高的生物量，因且构筑物内可维持较高的生物量，因此，水力停留时间较悬浮污泥系统短，负荷率高，此，水力停留时间较悬浮污泥系统短，负荷率高，脱氮效率高，是一种较为经济适用的脱氮工艺。脱氮效率高，是一种较为经济适用的脱氮工艺。 生物膜法脱氮系统中通常使生物膜法脱氮系统中通常使反硝化过程和硝化过程反硝化过程和硝化过程分别在两个处理构筑物内进行分别在两个处理构筑物内进行，并使反硝化设备内，并使反硝化设备内微生物处于缺氧状态，以进行反硝化脱氮。反硝化微生物处于缺氧状态，以进行反硝化脱氮。反硝化处理设备可采用淹没式生物滤池、淹没式生物转盘处理设备可采用淹没式生物滤池、淹没式生物转盘和生

19、物流化床；硝化处理构筑物除上述三种外，还和生物流化床；硝化处理构筑物除上述三种外，还可以用生物接触氧化或活性污泥，当然活性污泥则可以用生物接触氧化或活性污泥，当然活性污泥则需要另设污泥沉淀池，以使污泥单独回流。需要另设污泥沉淀池，以使污泥单独回流。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 同悬浮污泥系统一样，生物膜脱氮系统也可以分为同悬浮污泥系统一样，生物膜脱氮系统也可以分为内碳源系统和外加碳源内碳源系统和外加碳源系统系统。还可根据淹没式生物滤池废水的流向分为。还可根据淹没式生物滤池废水的流向分为上向流和下向流上向流和下向流两类。两类。 (1)(1)内碳源反硝化滤池内碳源反硝化滤池

20、 内碳源反硝化滤池的反硝化部分系采用不充氧的缺氧滤池。同悬浮系统一内碳源反硝化滤池的反硝化部分系采用不充氧的缺氧滤池。同悬浮系统一样，承担反硝化的缺氧滤池可以在好氧滤池的前面，也可以在后面。如下样，承担反硝化的缺氧滤池可以在好氧滤池的前面，也可以在后面。如下图图 。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 （ a a）去碳、硝化部分）去碳、硝化部分 （b b）前反硝化）前反硝化 （c c）后反）后反硝化硝化 利用活性污泥法利用活性污泥法 图图4-8 4-8 内碳源反硝化滤池内碳源反硝化滤池第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 这几种系统的反硝化效果大体为这几种系统的反硝

21、化效果大体为7070-80-80左右，在前反硝化系统中，经左右，在前反硝化系统中，经好氧滤池后的出水需回流至缺氧滤池，当回流比为进水流量的四倍好氧滤池后的出水需回流至缺氧滤池，当回流比为进水流量的四倍( (或更或更高一些高一些) )，脱氮率可达，脱氮率可达9090。在后反硝化系统中，原水部分旁路进入反硝。在后反硝化系统中，原水部分旁路进入反硝化滤池，对运行管理要求较高，否则出水不是碳未去尽，就是脱氮效果低化滤池，对运行管理要求较高，否则出水不是碳未去尽，就是脱氮效果低下。下。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (2)(2)外加碳源反硝化滤池外加碳源反硝化滤池 流程与内碳源滤池

22、相同，只是反硝化滤池通入外加碳源流程与内碳源滤池相同，只是反硝化滤池通入外加碳源( (如甲醇如甲醇) )，而不是，而不是原生污水。它的脱氮效果较内碳源滤池高，停留时间亦可缩短。存在最大原生污水。它的脱氮效果较内碳源滤池高，停留时间亦可缩短。存在最大的问题是投加甲醇的剂量应随硝酸盐浓度的变化而相应地改变，因此运行的问题是投加甲醇的剂量应随硝酸盐浓度的变化而相应地改变，因此运行管理上要求较高。在后反硝化系统中，为了确保除去剩余的甲醇，可设置管理上要求较高。在后反硝化系统中，为了确保除去剩余的甲醇，可设置后曝气塔。后曝气塔。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (3)(3)下向流滤池

23、下向流滤池 滤池介质滤池介质( (滤料滤料) )可选用颗粒状活性炭、石块或纸质可选用颗粒状活性炭、石块或纸质蜂窝或塑料波纹板。由于滤池是缺氧的，不充气，蜂窝或塑料波纹板。由于滤池是缺氧的，不充气，膜上的兼性厌氧反硝化细菌利用硝酸盐作为电子受膜上的兼性厌氧反硝化细菌利用硝酸盐作为电子受体进行无氧呼吸，生物量逐渐增多，使膜逐渐变厚，体进行无氧呼吸，生物量逐渐增多，使膜逐渐变厚，可因此而造成堵塞，引起水头损失，或因局部堵塞可因此而造成堵塞，引起水头损失，或因局部堵塞造成不堵的部分水力负荷过高，形成短路，影响处造成不堵的部分水力负荷过高，形成短路，影响处理效果。在运行管理上的关键是防止堵塞，需定期理效

24、果。在运行管理上的关键是防止堵塞，需定期进行反冲。反冲可采用压缩空气或用水力来冲击，进行反冲。反冲可采用压缩空气或用水力来冲击，当水头损失过高，表明有堵塞时即以大流量进水进当水头损失过高，表明有堵塞时即以大流量进水进行反冲。行反冲。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮工艺流程工艺流程 (4)(4)上向流滤池，上向流滤池， 在上向流滤池中，原水从下方进入滤池，当上向流在上向流滤池中，原水从下方进入滤池，当上向流动的水力等于或大于介质的重力时即可将介质托起，动的水力等于或大于介质的重力时即可将介质托起，形成流化床或膨胀床。若水力小于介质的重力时，形成流化床或膨胀床。若水力小于介质的重力时，介质仍沉

25、于池底，为了同流化床相区别亦可称之为介质仍沉于池底，为了同流化床相区别亦可称之为固定床。固定床。 上向流滤池的介质可选用较细的颗粒活性炭或较轻上向流滤池的介质可选用较细的颗粒活性炭或较轻的塑料介质。同下向流滤池相比较可减少反冲，同的塑料介质。同下向流滤池相比较可减少反冲，同时由于介质颗粒较细小，可增大滤池内介质的总表时由于介质颗粒较细小，可增大滤池内介质的总表面积。从而提高脱氮的容积负荷，减少停留时间。面积。从而提高脱氮的容积负荷，减少停留时间。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 四、影响因素四、影响因素 由于微生物脱氮系统对氮的去除主要是通过硝化作用和反硝化作用实现的，由于

26、微生物脱氮系统对氮的去除主要是通过硝化作用和反硝化作用实现的，因而影响这两个过程的一些环境因子都将对整个系统的氮去除产生影响，因而影响这两个过程的一些环境因子都将对整个系统的氮去除产生影响，研究表明，影响微生物脱氮的主要因素有以下几个方面：研究表明，影响微生物脱氮的主要因素有以下几个方面： 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 1 1pHpH 硝化反应的结果生成强酸（硝化反应的结果生成强酸（HNOHNO3 3）, ,会使环境的酸会使环境的酸性增强，因此硝化反应要消耗碱。性增强，因此硝化反应要消耗碱。如果污水中没有如果污水中没有足够的碱度，则随着硝化的进行，足够的碱度，则随着硝化的

27、进行，pHpH会急剧下降。会急剧下降。 硝化细菌对硝化细菌对pHpH十分敏感，十分敏感，亚硝酸细菌和硝酸细菌分亚硝酸细菌和硝酸细菌分别在别在7.0-7.87.0-7.8和和7.7-8.17.7-8.1时活性最强，时活性最强，pHpH值在这个范值在这个范围以外，其活性便急剧下降，如下图所示。围以外，其活性便急剧下降，如下图所示。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 可见，可见，pHpH是影响硝化速度的重要因素是影响硝化速度的重要因素 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 在构筑物中，硝化反应适宜的在构筑物中，硝化反应适宜的pHpH范围，比上图所示范围，比上图所示的要

28、宽一些的要宽一些( (如下图所示如下图所示) )。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 研究表明，硝化细菌经过一段时间驯化后，低研究表明，硝化细菌经过一段时间驯化后，低pHpH值值比突然降低比突然降低pHpH值的影响小得多。值的影响小得多。 经过驯化，硝化反应可在低经过驯化，硝化反应可在低pHpH值值( (如如5.5)5.5)条件下进条件下进行。行。 但突然降低但突然降低pHpH值值( (如由如由7.27.2降到降到5.8)5.8)，会使硝化反应，会使硝化反应速度骤降。当速度骤降。当pHpH值升高后，硝化反应速度又会很快值升高后，硝化反应速度又会很快地恢复。地恢复。 第二节第二节

29、 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 pHpH值也影响反硝化的速率。值也影响反硝化的速率。 多数学者认为反硝化的最佳多数学者认为反硝化的最佳pHpH范围在中性和微碱性。范围在中性和微碱性。 同时同时pHpH值可影响反硝化的最终产物。值可影响反硝化的最终产物。pHpH值超过值超过7.37.3时终时终产物为氮气，低于产物为氮气，低于7.37.3时，最终产物以时，最终产物以NN2 2OO占优势；当占优势；当pHpH大于大于8 8时，会出现时，会出现NONO2 2- -的积累，且的积累，且pHpH值越高，值越高， NONO2 2- -积累越多。研究发现这是因为高积累越多。研究发现这是因为高pHpH抑

30、制了亚硝酸盐还原抑制了亚硝酸盐还原酶的活性而对硝酸盐还原酶的活性影响不大所致。酶的活性而对硝酸盐还原酶的活性影响不大所致。生物脱氮过程中，通常把硝化段运行的生物脱氮过程中，通常把硝化段运行的pHpH值控制在值控制在7.2-8.07.2-8.0之间，反硝化段之间，反硝化段pHpH控制在控制在7.5-8.57.5-8.5之间。之间。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 2 2温度温度 温度对温度对硝化反应速度硝化反应速度的影响很大的影响很大, ,见下图见下图 ( (活性污泥活性污泥硝化系统中硝化系统中 ) )第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 其原因在于温度对硝化细

31、菌的增殖速度和活性影响很大。其原因在于温度对硝化细菌的增殖速度和活性影响很大。两类硝化细菌的两类硝化细菌的最宜温度为最宜温度为3030左右。左右。 温度对温度对反硝化速度反硝化速度的影响大小与反硝化设备的类型的影响大小与反硝化设备的类型( (微生物悬浮生长型或微生物悬浮生长型或固着型固着型) )、硝酸盐负荷率等因素有关。、硝酸盐负荷率等因素有关。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 表表4-3 4-3 温度对不同构筑物内反硝化速度的影响温度对不同构筑物内反硝化速度的影响 可见，流化床反硝化对温度的敏感性比生物转盘和悬浮可见，流化床反硝化对温度的敏感性比生物转盘和悬浮污泥的小得多

32、。污泥的小得多。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 下面两图是不同类型反硝化设备中反硝化速度受温度下面两图是不同类型反硝化设备中反硝化速度受温度影响的示例影响的示例 填填料床中温度对料床中温度对 反反硝化速度的影响硝化速度的影响 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 悬浮污泥中温度对反硝化速度的悬浮污泥中温度对反硝化速度的影响影响从上面表、图可以看到从上面表、图可以看到填料床反硝化的反应速度受温度的影响比悬浮污填料床反硝化的反应速度受温度的影响比悬浮污泥法小。泥法小。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 下图表示不同硝酸盐负荷下，温度对反硝化反应

33、速下图表示不同硝酸盐负荷下，温度对反硝化反应速率的影响率的影响 结果表明负荷低，温度影响小；反之亦然。结果表明负荷低，温度影响小；反之亦然。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 3 3溶解氧溶解氧 溶解氧浓度影响硝化反应速度和硝化细菌的生长速度溶解氧浓度影响硝化反应速度和硝化细菌的生长速度，如下图所示。如下图所示。 溶解氧对硝化速率的影响溶解氧对硝化速率的影响第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 硝化作用过程要耗去大量的氧，硝化作用过程要耗去大量的氧，使一分子使一分子NHNH4 4+ +-N-N完全完全氧化成氧化成NONO3 3- -需需2 2分子氧，亦即分子氧，

34、亦即4.57mgO4.57mgO2 2/mgNH/mgNH4 4+ +-N-N。 硝化过程的溶解氧浓度，一般建议应维持在硝化过程的溶解氧浓度，一般建议应维持在1.0mg/L-1.0mg/L-2.0mg/L2.0mg/L。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 溶解氧对反硝化脱氮有抑制作用溶解氧对反硝化脱氮有抑制作用，其机制为阻抑硝，其机制为阻抑硝酸盐还原酶的形成或者仅仅充当电子受体从而竞争酸盐还原酶的形成或者仅仅充当电子受体从而竞争性地阻碍了硝酸盐的还原。性地阻碍了硝酸盐的还原。 虽然氧对反硝化脱氮有抑制作用，但氧的存在对能虽然氧对反硝化脱氮有抑制作用，但氧的存在对能进行反硝化作

35、用的反硝化菌却是有利的进行反硝化作用的反硝化菌却是有利的，因为这类，因为这类菌为兼性厌氧菌，菌体内的某些酶只有在有氧时才菌为兼性厌氧菌，菌体内的某些酶只有在有氧时才能合成，因而在工艺上最好使这些反硝化菌能合成，因而在工艺上最好使这些反硝化菌( (即污泥即污泥) )交替处于好氧、缺氧的环境条件下。交替处于好氧、缺氧的环境条件下。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 在悬浮污泥反硝化系统中在悬浮污泥反硝化系统中，缺氧段溶解氧应控制在，缺氧段溶解氧应控制在0.5mg/L0.5mg/L以下，由于污泥絮凝物内部仍呈厌氧状态，以下，由于污泥絮凝物内部仍呈厌氧状态，同样可进行反硝化作用，故而

36、脱氮反应并不要求溶同样可进行反硝化作用，故而脱氮反应并不要求溶解氧保持在零的状态。解氧保持在零的状态。 在膜法反硝化系统中在膜法反硝化系统中，菌周围微环境的氧分压与大，菌周围微环境的氧分压与大环境的氧分压不同，即使滤池内有一定的溶解氧，环境的氧分压不同，即使滤池内有一定的溶解氧，生物膜内层仍呈缺氧状态，因此，当缺氧段溶解氧生物膜内层仍呈缺氧状态，因此，当缺氧段溶解氧控制在控制在1mg/L-2mg/L1mg/L-2mg/L以下时也不影响反硝化的进行。以下时也不影响反硝化的进行。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 4 4碳源碳源 碳源物质主要是通过影响反硝化细菌的活性来影响处理系统

37、的脱氮效率碳源物质主要是通过影响反硝化细菌的活性来影响处理系统的脱氮效率。从废水生物脱氮的角度来看可分成三类：从废水生物脱氮的角度来看可分成三类： 废水中所含的有机碳源废水中所含的有机碳源 外加碳源外加碳源 内碳源内碳源 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 (1)(1)废水中所含的有机碳源废水中所含的有机碳源 废水中各种有机基质，例如有机酸类、醇类、碳水废水中各种有机基质，例如有机酸类、醇类、碳水化合物或烷烃类、苯酸盐类、酚类和其他的苯衍生化合物或烷烃类、苯酸盐类、酚类和其他的苯衍生物都可以作为反硝化过程中的碳源。物都可以作为反硝化过程中的碳源。 一般认为，当废水中所含碳一般认

38、为，当废水中所含碳(BOD(BOD5 5) )与总氮的比值大与总氮的比值大于于3 3：1 1时，无需外加碳源，即可达到脱氮目的。时，无需外加碳源，即可达到脱氮目的。 这类碳源最经济，因而为大多数微生物脱氮系统所这类碳源最经济，因而为大多数微生物脱氮系统所采用。采用。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 (2)(2)外加碳源外加碳源 当废水的当废水的BODBOD5 5与总氮比值小于与总氮比值小于3 3：1 1时，需另外投加时，需另外投加碳源才能达到理想的去氮效果。碳源才能达到理想的去氮效果。 外加碳源大多采用甲醇外加碳源大多采用甲醇，因为它氧化分解产物为二，因为它氧化分解产物为二

39、氧化碳和水，不留任何难分解的中间产物，价格也氧化碳和水，不留任何难分解的中间产物，价格也较低廉。较低廉。 欧美各国在饮用水的反硝化中采用乙醇，避免残余欧美各国在饮用水的反硝化中采用乙醇，避免残余的甲醇对人体的毒性作用，但费用比甲醇略贵。的甲醇对人体的毒性作用，但费用比甲醇略贵。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 为了降低成本，目前已利用淀粉厂、酿造厂、豆制为了降低成本，目前已利用淀粉厂、酿造厂、豆制品厂等的高浓度有机废水作为反硝化外加碳源。品厂等的高浓度有机废水作为反硝化外加碳源。 国内在硝化废水的生物脱氮方面已成功地采用副产国内在硝化废水的生物脱氮方面已成功地采用副产品粗酚作

40、为外加碳源。品粗酚作为外加碳源。 徐亚同曾试验采用污水处理厂内厌氧消化污泥上清徐亚同曾试验采用污水处理厂内厌氧消化污泥上清液作为城市废水生物脱氮的碳源，经测试发现它的液作为城市废水生物脱氮的碳源，经测试发现它的组分中组分中8080以上是挥发性脂肪酸，因此它作碳源时以上是挥发性脂肪酸，因此它作碳源时 反硝化速率比甲醇、乙醇作碳源还要快，但缺点是反硝化速率比甲醇、乙醇作碳源还要快，但缺点是将大量的氮带人到处理系统中，增加了系统氮的负将大量的氮带人到处理系统中，增加了系统氮的负荷。荷。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 (3)(3)内碳源内碳源 内碳源主要指活性污泥微生物死亡、自溶后

41、释放出内碳源主要指活性污泥微生物死亡、自溶后释放出来的有机碳，也称为来的有机碳，也称为二次性基质二次性基质。 为了利用内碳源来进行反硝化脱氮，要求反应器的为了利用内碳源来进行反硝化脱氮，要求反应器的泥龄长、污泥负荷低，使微生物处于生长曲线稳定泥龄长、污泥负荷低，使微生物处于生长曲线稳定期的后部或衰亡期。这样，反应器的容积相应增大，期的后部或衰亡期。这样，反应器的容积相应增大，负荷率低。经测定，内碳源的反硝化速率极低，约负荷率低。经测定，内碳源的反硝化速率极低，约为上述两种方法的十分之一左右。它的优点是在废为上述两种方法的十分之一左右。它的优点是在废水碳氮比低时不必外加碳源也可达到脱氮目的，此水

42、碳氮比低时不必外加碳源也可达到脱氮目的，此外由于污泥产率低而减少了污泥处置的费用。外由于污泥产率低而减少了污泥处置的费用。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 5 5有毒物质有毒物质 某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对硝化细菌有毒害作用，这些有毒某些重金属、络合阴离子和有毒有机物对硝化细菌有毒害作用，这些有毒有机物如表有机物如表4-44-4所示。另外，氨态氮和亚硝态氮对硝化细菌也有影响，据所示。另外，氨态氮和亚硝态氮对硝化细菌也有影响，据研究，当污水中氨氮浓度小于研究，当污水中氨氮浓度小于200mg/L200mg/L，亚硝态氮浓度小于，亚硝态氮浓度小于100mg/L100mg/

43、L时，时，对硝化作用没有影响。对硝化作用没有影响。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮影响因素影响因素 表表4-4 4-4 影响活性污泥硝化作用的有机物影响活性污泥硝化作用的有机物第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进生物脱氮研究进展展 六、生物脱氮研究进展六、生物脱氮研究进展 传统生物脱氮途径一般包括传统生物脱氮途径一般包括硝化和反硝化硝化和反硝化两个阶段，两个阶段，硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成，由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能成，由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生

44、在同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。由此而发展起来的生物脱氮工艺大多将缺氧区与好由此而发展起来的生物脱氮工艺大多将缺氧区与好氧区分开，形成分级硝化反硝化工艺氧区分开，形成分级硝化反硝化工艺, ,以便硝化与反以便硝化与反硝化能够独立地进行。硝化能够独立地进行。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进生物脱氮研究进展展 传统生物脱氮工艺存在不少问题：传统生物脱氮工艺存在不少问题： (1)(1)工艺流程较长，占地面积大，基建投资高；工艺流程较长，占地面积大，基建投资高； (2)(2)由于硝化

45、菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物由于硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物浓度，特别是在低温冬季，造成系统的浓度，特别是在低温冬季，造成系统的HRTHRT较长，较长，需要较大的曝气池，增加了投资和运行费用；需要较大的曝气池，增加了投资和运行费用； (3)(3)系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥和硝化液回流，增加了动力果，必须同时进行污泥和硝化液回流，增加了动力消耗和运行费用；消耗和运行费用； (4)(4)系统抗冲击能力较弱，系统抗冲击能力较弱，高浓度高浓度NHNH3 3-N-N和和NONO2 2- -废废水会抑制硝化菌生长

46、水会抑制硝化菌生长； (5)(5)硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和，不仅增硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和，不仅增加了处理费用，而且还有可能造成二次污染等等。加了处理费用，而且还有可能造成二次污染等等。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进展生物脱氮研究进展 然而然而, ,生物脱氮技术的新发展却突破了传统理论的认识。生物脱氮技术的新发展却突破了传统理论的认识。在概在概念和工艺上的新发展主要有：念和工艺上的新发展主要有： 短程短程( (或简捷或简捷) )硝化反硝化硝化反硝化(Shortcut Nitrification-(Shortcut Nitrification-Denitr

47、ification)Denitrification) 同时硝化反硝化同时硝化反硝化(Simultaneous Nitrification-(Simultaneous Nitrification-Denitrification)Denitrification) 厌氧氨氧化厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation-(Anaerobic Ammonium Oxidation-ANAMMOX)ANAMMOX)。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进生物脱氮研究进展展 ( (一一) )短程硝化短程硝化- -反硝化反硝化 生物脱氨氮需经过硝化和反硝化两个过程。当反硝化

48、反应以生物脱氨氮需经过硝化和反硝化两个过程。当反硝化反应以NONO3 3- -为电子为电子受体时，生物脱氮过程经过受体时，生物脱氮过程经过NONO3 3- -途径；当反硝化反应以途径；当反硝化反应以NONO2 2- -为电子受体为电子受体时，生物脱氮过程则经过时，生物脱氮过程则经过NONO2 2- -途径。前者可称为全程硝化反硝化，后者途径。前者可称为全程硝化反硝化，后者可称为短程可称为短程( (或简捷或简捷) )硝化反硝化，见图硝化反硝化，见图A A、B B。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进生物脱氮研究进展展 NHNH4 4+ +NONO2 2- -NONO3 3- -NO

49、NO2 2- -NN2 2 | | 硝化阶段反硝化阶段硝化阶段反硝化阶段 图图A A全程硝化反硝化生物脱氮途径全程硝化反硝化生物脱氮途径 NHNH4 4+ +NONO2 2- -NN2 2 图图B B短程硝化反硝化生物脱氮途径短程硝化反硝化生物脱氮途径 由图可知，短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理就由图可知，短程硝化反硝化生物脱氮的基本原理就是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止NONO2 2- -的进的进一步硝化，然后直接进行反硝化。一步硝化，然后直接进行反硝化。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进生物脱氮研究进展展 ( (二二) )同时硝化同时

50、硝化- -反硝化反硝化 近年来好氧反硝化菌和异养硝化菌的发现以及好氧近年来好氧反硝化菌和异养硝化菌的发现以及好氧反硝化、异养硝化和自养反硝化等研究的进展，奠反硝化、异养硝化和自养反硝化等研究的进展，奠定了同时硝化反硝化生物脱氮的理论基础。在同时定了同时硝化反硝化生物脱氮的理论基础。在同时硝化反硝化工艺中硝化反硝化工艺中, ,硝化与反硝化反应在同一个反应硝化与反硝化反应在同一个反应器中同时完成，所以，与传统生物脱氮工艺相比，器中同时完成，所以，与传统生物脱氮工艺相比，同时硝化反硝化工艺具有明显的优越性，主要表现同时硝化反硝化工艺具有明显的优越性，主要表现在：在：(1)(1)节省反应器体积；节省反

51、应器体积；(2)(2)缩短反应时间；缩短反应时间；(3)(3)无无需酸碱中和。其技术的关键就是硝化与反硝化的反需酸碱中和。其技术的关键就是硝化与反硝化的反应动力学平衡控制。应动力学平衡控制。 第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进生物脱氮研究进展展 ( (三三) )厌氧氨氧化厌氧氨氧化 厌氧氨氧化厌氧氨氧化(ANAMMOX)(ANAMMOX)是指在厌氧条件下，微生是指在厌氧条件下，微生物直接以物直接以NHNH4 4+ +为电子供体为电子供体, ,以以NONO3 3- -或或NONO2 2- -为电子受为电子受体，将体，将NHNH4 4+ +、NONO3 3- -或或NONO2 2-

52、-转变成转变成NN2 2的生物氧化过的生物氧化过程。程。第二节第二节 微生物脱微生物脱氮氮生物脱氮研究进展生物脱氮研究进展 氨的厌氧氧化具有不少突出的优点。主要表现在：氨的厌氧氧化具有不少突出的优点。主要表现在： (1)(1)无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染；止二次污染； (2)(2)硝化反应每氧化硝化反应每氧化1mol NH1mol NH4 4+ +耗氧耗氧2mol2mol，而在厌氧氨，而在厌氧氨氧化反应中，每氧化氧化反应中，每氧化1mol NH1mol NH4 4+ +只需要只需要0.75mol0.75mol氧，耗氧，耗

53、氧下降氧下降62.5%(62.5%(不考虑细胞合成时不考虑细胞合成时) )，所以，可使耗氧能，所以，可使耗氧能耗大为降低；耗大为降低； (3)(3)传统的硝化反应氧化传统的硝化反应氧化1mol NH1mol NH4 4+ +可产生可产生2molH2molH+ +，反，反硝化还原硝化还原1mol NO1mol NO3 3- -或或NONO2 2- -将产生将产生1mol OH 1mol OH - -，而氨厌，而氨厌氧氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以氧氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以节省可观的中和试剂。故厌氧氨氧化及其工艺技术很有节省可观的中和试剂。故厌氧氨氧化及其工艺技术很有研究价值和开发前景。研究价值和开发前景。第一节第一节 概概 述述 氮、磷对受纳水体的主要危害表现在：氮、磷对受纳水体的主要危害表现在： （1 1）造成水体的富营养化；）造成水体的富营养化；