废水生物处理技术

废水生物处理技术第1页/共110页甲烷发酵理论先后提出了二阶段、三阶段和四阶段发酵理论。目前应用较多的仍是布赖恩特(Bryant)于1979年提出的四阶段的发酵理论：第2页/共110页厌氧消化两阶段第3页/共110页消化过程液化(酸化)液态污泥的pH迅速下降，转化产物中有机酸是主体气化(甲烷化)产生消化气，主体是CH4厌氧消化两阶段第4页/共110页（1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。

第5页/共110页厌氧消化三阶段第6页/共110页大分子有机物(碳水化合物，蛋白质，脂肪等)水解细菌的胞外酶水解的和溶解的有机物酸化产酸细菌有机酸醇类醛类等H2，CO2乙酸化乙酸细菌乙酸甲烷化甲烷细菌CH4甲烷细菌CH4厌氧消化四阶段第7页/共110页第8页/共110页水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸：水解发酵阶段是将大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下，水解成小分子溶解性高级脂肪酸(醇类；醛类、酮类等)，然后渗入细胞内，纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。第一阶段：有机酸的产生第9页/共110页微生物群落是水解、发酵性细菌群，有专性厌氧的:梭菌属(Clostridium)拟杆菌属(Bacteriodes)丁酸弧菌属(Butyrivibrio)真细菌(Eubacterium)双歧杆菌属(Bifidobacterium)革兰氏阴性杆菌兼性厌氧的有:是消耗掉污水带来的溶解氧，为专性厌氧细菌的生长创造有利条件。链球菌肠道菌此外还有真菌以及原生动物等。可统称为水解发酵菌。第10页/共110页据研究，每mL下水污泥中含有水解、发酵性细菌108~109个，每克挥发性固体含1010~1011个，其中蛋白质水解菌有107个，纤维素水解菌有105个。第11页/共110页产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脱氢。奇数碳有机物还产生C02，主要产物是简单脂肪酸，C02，碳酸根HCO3-，铵盐NH4+和HS-，H+等。此阶段速率较快。微生物群落：微生物群落为产氢、产乙酸细菌；只有少数被分离出来。硫酸还原菌和其他产乙酸和氢气的细菌；第二阶段：产酸脱氢阶段第12页/共110页第三阶段：甲烷的产生产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成CH4,参与作用的微生物是绝对厌氧菌(甲烷菌)。微生物：两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群一组将H2和CO2合成CH4或CO和H2合成CH4；另一组将乙酸脱羧生成CH4和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为CH4。第13页/共110页上述3个阶段，以产甲烷阶段的反应速度最慢，为厌氧消化的限制阶段。与好氧氧化相比，厌氧生物处理产生的污泥量远少于好氧氧化。第14页/共110页参与厌氧反应的细菌，酸化阶段的统称产酸或酸化细菌，几乎包括所有的兼性细菌；甲烷化阶段的统称甲烷细菌，已经证实的已有80多种产甲烷菌和产酸菌的特性

第15页/共110页二、厌氧生物处理的主要影响因素一类是基础因素，包括微生物量（污泥浓度）、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是周围环境，如温度，pH、氧化还原电位、有毒物质的含量等。产甲烷菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤第16页/共110页（1）温度产甲烷菌适宜温度是35℃～38℃（中温）和52℃～55℃（高温），各有一个最适温度。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。

第17页/共110页温度与有机物负荷和产气量关系第18页/共110页温度与消化时间关系第19页/共110页（2）pH产甲烷菌pH值：应在6.8～7.2之间。产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，产乙酸细菌和产甲烷细菌之间严格的共生关系：pH值对产甲烷菌活性的影响第20页/共110页甲烷菌专性厌氧，且处理系统中不能含有浓度过高的SO42-，SO32-。第21页/共110页（3）营养与环境条件

废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。

COD∶N∶P=200∶5∶1第22页/共110页（4）毒物凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质，都可称为毒物。第23页/共110页四、污水的厌氧生物处理方法有代表性的厌氧生物处理工艺和设备有：普通厌氧消化池、厌氧滤池、厌氧膨胀床和流化床、上流式厌氧污床(UASB）等。第24页/共110页（1）常规消化池或普通消化池（conventionaldigester）主要用于处理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加顶盖的筒状。污水间歇地或连续地从池顶进入，通过搅拌与池内污泥混合，进行厌氧消化。分解后的污泥从池底排出。产生的生物气从池顶收集。普通消化池需要加热，以维持高的生化速率。活性污泥浓度不高，一般5％。第25页/共110页主要应用：A）城市污水处理厂污泥的稳定化处理；B）高浓度、难生物降解有机工业废水的处理；C）高悬浮物浓度有机废水的处理。第26页/共110页优点：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，消化反应和固液分离在同一个池时行，结构简单。缺点：无法保持或补充厌氧活性污泥，消化池内难以保持大量的微生物；无搅拌的消化池会出现料液分离现象，微生物不能与料液均匀接触，消化效果极差。第27页/共110页（2）厌氧接触消化池(anaerobiccontactdigester)在常规消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，污泥浓度增至10％甚至20％左右，效率较高，同时出水中污泥的含量少，水质稳定停留时间约为1~10d。第28页/共110页厌氧接触法的特点：1）消化池内污泥浓度较高，耐冲击能力强；2）有机负荷较高，中温消化时，水力停留时间缩短，一般小于10天；3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液；4）出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备第29页/共110页厌氧接触消化池的主要缺点：设备大。能量消耗大。微生物流失，使消化池内微生物浓度较低。第30页/共110页（3）厌氧滤池(anaerobicfilter,AF)反应器内全部或部分填充填料供微生物附着生长，填料有较大的比表面积和较高的孔隙度。一般为上升式，需要在过滤器后设沉淀分离装置分离生物膜。停留时间一般约0.5~3d。第31页/共110页厌氧生物滤池的特点：1）微生物持有量较高，生物膜停留时间长，可承受的有机溶积负荷较高。2）废水与生物膜两相接触面大，有机物去除速度快；第32页/共110页3）微生物以附着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；4）启动或停止后再启动比其他厌氧工艺时间短。主要用于高浓度有机废水，及污泥等固体废弃物处理等。第33页/共110页（4）升流式厌氧污泥床(upflowanaerobicsludgeblanket，UASB)反应器是一个无填料的空容器，运行时污水以一定流速自下进入反应器，通过一个悬浮的污泥层，料液和污泥菌体接触反应并产生沼气小气泡，气泡托起使污泥上升，在上部有一个关键装置气—液—固三相分离器，使污泥下沉，气水分离。折流式厌氧反应器(ABR)，效率更高。第34页/共110页

UASB布置结果示意图布水区反应区三相分离区超高第35页/共110页UASB最大特点是能在反应器内实现污泥颗粒化，颗粒污泥的粒径一般为0.1-0.2cm，具有良好的沉降性能和产甲烷活性。第36页/共110页UASB的优点：1）容积负荷率高，水力停留时间短，因为污泥可以实现污的颗粒化，使污泥床内有大量的生物存在；2）气固液的分离实现了一体化，处理能力和处理效率大为提高；3）能耗低，成体低，具有处理费用低、电耗低、投资少、占地面积小的优点；第37页/共110页4）污泥产量低，一般运行1-2年才能有剩余污泥产生，而这些污泥又是新厌氧系统运行所必需的菌种；5）能够回收生物能——沼气。第38页/共110页第39页/共110页沼气发酵实例农村沼气池产生的沼气成为农村重要的能源物质；大型养殖场的畜禽废水处理采用沼气发酵消除污染；高浓度的生活污水亦可采用沼气发酵技术去除有机污染物；第40页/共110页优点（1）厌氧消化动力消耗少，运行无须搅拌和供氧，能节省大量的电力能源。（2）有机负荷高，去除率高。可以直接处理高浓度有机废水，不需要大量水稀释。BOD去除率可达90%以上，COD去除率约为70％~90％。能降解许多在好氧条件下难以降解的合成化学品。如原配类染料、偶氮染料、含氯农药等。(3)厌氧消化工艺产生大量含甲烷60％-80％的沼气，是很好的能源物质，可用于发电和家庭燃气。(4)厌氧工艺产生的剩余污泥量比好氧工艺要少得多。第41页/共110页厌氧处理的不足1）技术不是很成熟；有一定的局限性；2）出水COD浓度高于好氧处理3）对有毒物质比较敏感；4）初次起动较慢，周期较长。第42页/共110页五、好氧处理与厌氧处理的区别1）好氧处理由好氧微生物和兼性微生物起作用的；厌氧处理先是厌氧菌和兼性菌，后是另一类厌氧菌；2）好氧处理中，有机物被转化为CO2、H2O、NH3或NO2-、NO3-、PO43-、SO42-等，且基本无害，处理后废水无异臭；厌氧处理中，有机物被转化为CH4、NH3、胺化物或N2、H2S等，产物复杂，出水有异臭。第43页/共110页3）好氧处理中，有机物分解比较彻底，释放的能量多，故有机物转化率快，在处理设备内停留的时间短，设备体积小；厌氧处理中，有机物氧化不彻底，释入的能量少，所以有机物转化速率慢，需要时间长，设备体积庞大；第44页/共110页4）好氧处理要求充分供氧，对环境条件要求不太严格；厌氧处理要求绝对厌氧的环境，对环境条件如温度、pH要求甚严。第45页/共110页第六节水的富营养化处理第46页/共110页

1971年的某一天早晨，日本濑户内海的渔民正要出海打鱼，忽然发现了一种奇妙的景象：海水在一夜之间由蔚蓝色变成了赤红色，好像是在海湾上铺了一块硕大无比的红地毯，一时间，消息不胫而走，附近的人们都来观看这闻所未闻的奇景，有的人还赞不绝口，为自己大开眼界而高兴。第47页/共110页殊不知，这并不是什么奇景，而是一场灾难。没过多久，海风带来阵阵难闻的恶臭，死鱼大批漂向岸边，这时，渔民们才恍然大悟：啊呀，我们的生计完了！

(参考图)凶恶赤潮“劫”走4万鲍鱼第48页/共110页这就是

赤潮──海洋的灾难

早在公元732年,日本便记录了赤潮现象.20世纪以来，赤潮发生的次数逐年增多，如日本濑户内海在1955年以前的几十年期间，赤潮只出现5次，1955～1976年竟多达326次。第49页/共110页一、概念水的富营养化第50页/共110页富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降低，水质恶化，以致影响到鱼类的生存，鱼类及其它生物大量死亡，大大加速了水体的富营养化过程。第51页/共110页太湖的富营养化第52页/共110页巢湖的水第53页/共110页无锡市太湖鼋头渚风景区远处是著名的睡美人西山第54页/共110页水体出现富营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中叫水华（水花），在海中叫赤潮。在发生赤潮的水域里，一些浮游生物暴发性繁殖，使水变成红色，因此叫“赤潮”。第55页/共110页第56页/共110页武汉汉江下游因出现水华现象而导致汉川自来水厂被迫关闭，宗关自来水厂的净化工序困难，反冲增加，制水成本增加

第57页/共110页第58页/共110页这些藻类有恶臭、有毒，鱼不能食用。水体富营养化包括淡水的水华和海水的赤潮，根本原因都是富含氮磷的生活工业污水大量排放导致水中藻类大量繁殖。藻类的繁殖过程中会有很多死亡的，好氧细菌在处理他们的时候会耗尽水中氧气，从而致使水中其他生物大量死亡，恶性循环使水面一片死气，水中缺氧，水质恶化，直至发臭！抚河水污染第59页/共110页二、案例我国湖泊、水库和江河富营养化的发展趋势非常迅速。从上世纪７０年代到现在的近４０年间，全国湖泊富营养化面积增长了约６０倍。（1）五大湖：太湖、巢湖已是中度富营养化，洞庭湖、鄱阳湖也具备一定程度的富营养化条件。

第60页/共110页我国的武汉东湖、杭州西湖、南京玄武湖、济南大明湖、抚顺的大伙房水库，都曾受到富营养作用的影响。随着太湖水体富营养化日趋严重，夏季水华频繁发生，水厂停水，水乡居民喝污水的现象，同时，水中的有机物和氨氮含量严重超第61页/共110页(2)1998年春天，一股来势汹涌的赤潮横扫了香港海和广东珠江口一带海域。赤潮过处，海水泛红，腥臭难闻，水中鱼类等动物大量死亡。当地的各类养殖场损失惨重。香港渔民损失近1亿港元；大陆珍贵养殖鱼类死亡逾300吨，损失超过4000万元。太湖巢湖第62页/共110页1998年,渤海，赤潮面积约5000平方公里，范围遍及辽东湾，造成经济损失约5亿元2000年，长江口舟山海域，特大赤潮面积7000多平方公里

1998年，粤港海域,赤潮面积自香港西贡海面到长州等特大面积造成大量鱼苗及养殖鱼死亡,其中包括名贵鱼种石斑鱼等,共损失达3.5亿元近年危害较严重的赤潮事件

第63页/共110页（3）武汉水富营养化“百湖之市”的武汉处于“优于水而忧于水”的尴尬境地。1992年，汉江流域首次发现水华现象，迄今已爆发过7次。其中，第1次爆发的时间和第2次相隔5年，而第2次和第3次、第4次水华间隔时间仅为2至3年。2008年和2009年，更是连续发生，间隔时间越来越近。汉江水华爆发年武大樱花提前开东湖第64页/共110页上世纪八十年代以前，墨水湖湖水清澈见底，鱼类丰富，是一个环境优美的生态湖泊；此后，墨水湖富营养化显现出来且日趋严重，墨水湖水体开始发黑、发臭，部分湖面呈现沼泽化，尤其是1997年5月6日发生的一次死鱼五十多万公斤的环保事件，墨水湖水体营养指标多为超Ⅴ类，总磷（TP）、总氮（TN）和氨氮（NH4）是造成水体水质恶化的主要污染物质，水体极度缺氧,墨水湖水体呈极度富营养化状态；另外水体中总磷、总氮总体上逐年增大，水体透明度逐年减小，墨水湖水体水质污染有进一步恶化的趋势。

（1）第65页/共110页市区多数湖泊水质还在四类及以下。如东湖、菱角湖、紫阳湖、汤逊湖、青菱湖、后官湖、银湖等水质为四类。水质为五类或劣五类的，有水果湖、沙湖、南湖、野芷湖、黄家湖、杨春湖、塔子湖、月湖、龙阳湖、三角湖、墨水湖等。水质类别解析一类：主要适用于源头水、国家自然保护区；二类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地等；三类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、渔业及游泳等；四类：主要适用于工业用水及人体非直接接触的娱乐用水；五类：主要适用于农业用水及一般景观要求水域。第66页/共110页“小瓶装饮用水，我只买农夫山泉”，湖南林业科技大学学生王惠说。“农夫山泉有点甜”千岛湖——农夫山泉的水源地之一，2010年1月份的水质已被列入第Ⅳ类。第67页/共110页对我国河流污染情况分析，各污染指标排序为：氨氮、总磷、高锰酸盐指数、粪大肠菌。湖泊各污染指标排序则是：总氮、总磷、高锰酸盐指数。2010年，环保部科技标准司副司长刘志全，“十一五”期间，COD的控制按预期进行，总体进展较大，氮磷污染则有加重趋势。总的判断是，我国水环境存在营养物质污染和重金属污染同时存在的情况，有55%的国控断面总氮超标，河流水系中氨氮污染尤其严重。第68页/共110页三、水体富营养化机理水体富营养化引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖。

在淡水中，磷酸盐是植物生长的限制因素，而在海水中是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，在淡水中，增加磷酸盐会导致植物的过度生长，在海水中磷是不缺的，含氮污染物加入就会出现植物的过度生长。第69页/共110页水体富营养化过程与氮、磷的含量及氮磷含量的比率密切相关。反映营养盐水平的指标总氮、总磷，反映生物类别及数量的指标叶绿素a和反映水中悬浮物及胶体物质多少的指标透明度作为控制湖泊富营养化的一组指标。

第70页/共110页有文献报道，当总磷浓度超过0.1mg/l（如果磷是限制因素）或总氮浓度超过0.3mg/l（如果氮是限制因素）时，藻类会过量繁殖。经济合作与发展组织（OECD）提出富营养湖的几项指标量为：平均总磷浓度大于0.035mg/l；平均叶绿素浓度大于0.008mg/l；平均透明度小于3m。

第71页/共110页四、产生原因富营养化发生最主要的影响因素可以归纳为以下几个方面：①总氮总磷等营养盐相对比较充足；②铁，硅等含量比较适度；③适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；④缓慢的水流流态，水体更新周期长。第72页/共110页蓝藻爆发必须要具备三个条件:水体污染、持续高温、水体静止水体污染:湖内水体污染严重，其中氮、磷等污染物超标尤其重要，氮与磷之间的比例要在1∶7左右的范围，才会造成蓝藻爆发。

第73页/共110页

1、化学因素

2、物理因素

3、生物因素

第74页/共110页水体富营养化的具体原因：

1农田化肥2牲畜粪便3污水灌溉4城镇地表径流5矿区地表径流

6大气沉降7水体人工养殖

8工业废水排入水体第75页/共110页五、危害水体富营养化的危害主要表现在三个方面。(1)富营养化造成水的透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放，同时浮游生物的大量繁殖，消耗了水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，而水面植物的光合作用，则可能造成局部溶解氧的过饱和。溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物(主要是鱼类)有害，造成鱼类大量死亡。

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(2)富营养化水体底层堆积的有机物质厌氧分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素(如石房蛤毒素)也会伤害水生动物。

(3)富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病等等。第77页/共110页氮、磷为植物营养物质，能助长藻类和水生生物，引起水体的富营养化，将恶化水质、影响饮用水水源、降低水资源的使用价值。湖泊的富营养化过程也就是老化和消失的过程。第78页/共110页六、富营养化的防治防治是水污染治理中十分棘手而又代价昂贵的困难问题——原因有三：⑴污染源的复杂性：导致水质富营养化的氮、磷营养物质既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性；这给控制污染源带来了显而易见的困难。⑵营养物质去除难度高。至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水中的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法，只能去除30%～50%的氮和磷。⑶某些处理措施在理论上或者在一定的条件下是可行的，但是，在实际上或者在大范围内，则往往达不到预期效果。第79页/共110页水体富营养化的控制（1）控制N、P的排放；（2）对废水作深度处理；（3）打捞藻类，人工曝气；（4）疏浚底泥；（5）引水（不含营养物）稀释；（6）使用化学药剂或引入病毒杀死藻类等。第80页/共110页氮磷的去除可用化学法或生物法。化学法处理费用较高，而且大量的污泥产生，而传统的生物法去除效率较差，难以满足水质排放的要求。目前已在活性污泥法基础上开发出多种流程，提高处理效果。第81页/共110页在巴纳德博士发明生物脱氮除磷技术之前，一般的供水回收厂都是使用化学物质来去除氮和磷。这个方法不只成效有限，而且成本比起生物脱氮除磷方法贵了好几倍。加拿大籍的巴纳德博士（75岁）出生于南非，他发明的“生物脱氮除磷”（BiologicalNutrientRemoval，简称BNR）技术，简单来说就是以天然微生物来去除废水中的氮（nitrogen）和磷（phosphorus），确保被排放到湖泊与河流的水质洁净，不会对天然生态构成威胁，也促进了水的再循环使用。

第82页/共110页经过40年的努力，现在全球有上千个废水处理厂采用了巴纳德博士发明的生物脱氮除磷技术，而我国在清除废水中的氮也采纳了巴纳德博士的技术。他获得了11年的李光耀水源奖。李光耀水源奖的评审之一、中国清华大学常务副校长陈吉宁教授认为，要好好保护水资源，关键不在治水，更多在于人为管理和心态。陈教授相信，只有当人们学会如何谨慎用水后，水资源的危机才能真正解决。

水污染到了非常严重的程度第83页/共110页国际较为流行的生物修复法一般是采用食藻动物或菌群来控制藻类的生长速度和总量第84页/共110页七、废水生物脱氮技术第85页/共110页废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在1、微生物脱氮原理异养型微生物将污水的含氮有机物氧化分解为氨氮，然后通过自养型硝化细菌将其转化为硝态氮，再经反硝化细菌将硝态氮还原为氮气的过程。氨化反应：有机氮转化为无机氮硝化作用：反硝化作用：第86页/共110页第87页/共110页1）氨化作用含氮有机物经微生物降解释放出氨的过程。RCHNH2COOH+O2—RCOOH+CO2+NH3好氧或厌氧细菌、霉菌第88页/共110页硝化反应是在好氧条件下，将NH4+转化为NO2-和NO3-的过程。总反应式为：硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境条件变化较为敏感。温度、溶解氧、污泥龄、pH、有机负荷等都会对它产生影响。2）硝化反应：第89页/共110页常见的亚硝酸细菌：亚硝化单胞菌、严硝化球菌、亚硝化管菌、亚硝化黏菌、亚硝化球胆菌等。常见的硝酸细菌：硝化菌、硝化球胆菌、硝化球菌、硝化螺旋菌等。第90页/共110页反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)和亚硝酸盐氮(NO2-)还原为氮气的过程。反硝化菌属异养兼性厌氧菌，在有氧存在时，它会以O2为电子进行呼吸；在无氧而有NO3-或NO2-存在时，则以NO3-或NO2-为电子受体，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。总反应式为：3）反硝化反应：第91页/共110页在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，反应如下：式中：C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。反硝化还原和微生物合成的总反应式为：从以上的过程可知，约96％的NO3-N经异化过程还原，4％经同化过程合成微生物。第92页/共110页在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。碳源原水中含有的有机碳外加碳源，多用甲醇内源呼吸碳源——细菌体内的原生物质及其贮存的有机物第93页/共110页2、影响脱氮的因素溶解氧、温度、酸碱度、污泥龄以及碳源等。1）溶解氧硝化过程须在好氧条件下进行。在低溶解氧条件下，易产生大量的N2O等代谢产物，应保持在1.2~2.0mg/L。反硝化过程需在较为严格的缺氧条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下。第94页/共110页2）温度硝化反应的最适温度为30-35℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止；反硝化过程最宜温度为35-45度，低于3度，几乎停止。3）酸碱度硝化过程pH下降，反硝化过程pH上升。硝化的适宜pH为7.5-8.5、反硝化的为6.5-7.5。一般控制生物脱氮系统在6.5~8.0之间。第95页/共110页4）碳源硝化菌是化能自养菌，一般不需要有机营养物。反硝化时碳源种类不同影响反硝化速率。甲醇、乙醇、葡萄糖为碳源，反硝化速率快。5）污泥龄生物脱氮过程中，污泥龄一般控制在3-5天，最高时可达10-15天。污泥龄较长可增加微生物硝化能力，减轻有毒物质的抑制作用，但也会降低污泥的活性。第96页/共110页3、污水脱氮工艺在污水处理系统中，硝化和反硝化过程可与各种方式组合在一起。主要包括六个组成部分。缺氧反应器是脱氮的主体，细菌在这里以外加的有机物作为电子给体，以硝酸盐氮作为电子受体将氮去除。需氧反应器的作用有三个。吹脱水中氮气，以防沉淀池污泥上浮；在需氧条件下去除水中剩余的有机物，以提高出水水质；提高水中溶解氧含量，以防止在沉淀池中产生脱氮作用。第97页/共110页有机物投加设备是脱氮系统中特有的，目的是提供足够的电子给体按工艺中硝化反应器类型，分为微生物悬浮生长型（活性污泥法及其改良）和微生物附着型（生物膜反应器）。第98页/共110页（4）生物脱氮的工艺流程

ⅰ、传统脱氮工艺

活性污泥法传统脱氮工艺（三级生物脱氮系统）第99页/共110页

第一级曝气池的功能：①碳化——去除BOD5、COD；②氨化——使有机氮转化为氨氮；第二级是硝化曝气池，投碱以维持pH值；第三级为反硝化反应器，可投加甲醇