生物脱氮除磷

生物脱氮除磷课件第一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三1第1章概述1.1我国氮磷的污染状况1.2氮磷对水体的危害第二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三2NH4+NO2-NO3-N2、NxO水解亚硝酸菌硝酸菌O2碱度O2碱度BOD碱度有机氮反硝化菌有机氮（产生细胞物质）同化作用厌氧氨氧化第三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三3第2章生物脱氮机理及生物学基础2.1生物脱氮机理及生物学基础2.2生物脱氮反应动力学2.3生物脱氮影响因素2.4生物脱氮新理论2.5生物脱氮新工艺第四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三42.1生物脱氮机理及生物学基础2.1.1生物脱氮反应过程2.1.2硝化反应与微生物2.1.3反硝化反应第五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三52.1.1生物脱氮反应过程

1）氨化反应：将有机氮转化为氨。

2）硝化反应：将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。

3）反硝化反应：将亚硝酸盐和硝酸盐还原为N2。第六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三62.1生物脱氮机理及生物学基础2.1.1生物脱氮反应过程2.1.2硝化反应与微生物2.1.3反硝化反应第七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三72.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应微生物

二、硝化反应式

第八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三82.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应与微生物（一）硝化过程（二）对硝化细菌的新认识第九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三92.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应与微生物（一）硝化过程与微生物

硝化菌由亚硝酸细菌（氨氧化细菌）和硝酸细菌（亚硝酸盐氧化细菌）两个亚群组成。自养型硝化菌都是一些革兰氏阴性菌，硝化时它们以氧作为最终的电子受体，属于严格的好氧菌。（1）第一步由亚硝酸菌将氨氮（NH4＋和NH3）转化成亚硝酸盐(NO2-)；（2）第二步再由硝酸菌将NO2-氧化成硝酸盐（NO3-）。第十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三10（二）对硝化细菌的新认识硝化细菌属自养型细菌，碳源是CO2。有些自养型硝化细菌能混养（混合营养）生长（以CO2、有机物为碳源）,少数可异养生长。亚硝酸细菌（五个属）

Nitrosomonas自养、混养；Nitrosococcus自养、混养；Nitrosospira严格自养；Nitrosovibrio自养、混养；Nitrosolobus自养、混养；以氨为唯一能源，自养生长时，以CO2为唯一碳源；混养时，可同化有机物。2.1.2硝化反应与微生物第十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三11（二）对硝化细菌的新认识

硝酸细菌：自养型，有些可混养生长，某些菌株能异养生长。Nitrobacter自养、可异养，自养快于异养Nitrococcus严格自养Nitrospina严格自养Nitrospira自养、混养以NO2-为唯一能源，自养生长时，以CO2为唯一碳源；混养时，可同化有机物。2.1.2硝化反应与微生物第十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三122.1.2硝化反应与微生物一、硝化反应微生物

二、硝化反应式

第十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三132.1.2硝化反应与微生物二、硝化反应式（一）硝化反应的理论反应式（二）硝化反应的生化反应式（三）硝化反应的化学计量关系（四）硝化反应代谢途径与电子转移数第十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三14二、硝化反应式NH3＋3/2O2→NO2-＋H2O＋H＋NO2-＋1/2O2→NO3-

NH3＋2O2→NO3-＋H2O＋H＋(一）硝化反应的化学反应式硝化反应耗氧量：NH4＋→NO3-4.57gO2/gNH4＋-NNH4＋→NO2-3.43gO2/gNH4＋-NNO2-→NO3-1.14gO2/gNO2--N第十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三15二、硝化反应式NH3+O2

→NH2OH

(二）硝化反应的生化反应（1）氨氧化为羟氨：NH3→NH2OH→NO→NO2-→NO3-氨单加氧酶羟胺氧还酶羟胺氧还酶亚硝酸盐氧还酶第十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三16NH2OH＋H2O

→HNO2＋4H＋＋

4e-

ΔG0=+23kJ/mol0.5O2+2H＋＋

2e-→H2O

ΔG0=-137kJ/mol(二）硝化反应的生化反应式（2）羟胺氧化为亚硝酸盐：分两步，中间产物为NONH2OH＋0.5O2→HNO2＋2H＋＋

2e-

ΔG0=-114kJ/mol羟胺氧化所需的氧是由水提供的第十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三17NO2-＋H2O→NO3-+2H++2e-

ΔG0=+83kJ/mol0.5O2+2H++2e-→H2O

ΔG0=-137kJ/mol(二）硝化反应的生化反应式（3）亚硝酸氧化为硝化盐：NO2-＋0.5O2→NO3-

ΔG0=-54kJ/mol第十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三18（三）硝化反应的化学计量关系第一步

1.00NH4＋＋1.44O2＋0.0496HCO3－→

0.99NO2-＋0.01C5H7NO2＋0.97H2O＋1.99H+第二步1.00NO2-＋0.50O2＋0.031CO2＋0.00619NH4＋＋0.124H2O→1.00NO3-+0.00619C5H7NO2＋0.00619H+细胞物质：C5H7NO2（1）硝化反应生物合成反应式：若考虑硝化细菌新细胞的合成，则反应式为：第十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三19硝化生物合成总反应式：

NH4＋＋1.89O2＋0.0805CO2→

0.984NO3-＋0.0161C5H7NO2＋0.952H2O＋1.98H+第二十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三20将1gNH3-N氧化为硝酸盐：消耗约4.3gO2中和7.14g碱度利用0.08g无机碳产生0.15g新细胞（2）硝化反应的化学计量关系消耗氧的计量关系：完全氧化1gNH4+-N，需消耗4.25gO2完全氧化生成1gNO3--N，需消耗4.34gO2第二十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三21代谢过程由多种酶催化氨单加氧酶（AMO）、羟胺氧还酶（HAO）、亚硝酸盐氧还酶（NOR）。硝化反应代谢途径：

NH4＋→NH2OH→NO

→NO2-

→NO3-电子转移数：NH4＋氧化为NO2-，经历了多个步骤、6个电子变化，说明亚硝酸菌的酶系统十分复杂。亚硝酸氧化反应只经历了1步、2个电子变化。（四）硝化反应代谢途径与电子转移数第二十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三222.1生物脱氮机理及生物学基础2.1.1生物脱氮反应过程2.1.2硝化反应与微生物2.1.3反硝化反应第二十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三232.1.3反硝化反应一、反硝化原理（1）原理与反应（2）反硝化代谢途径（3）参与反硝化代谢的酶（4）反硝化反应化学计量关系二、对反硝化菌的新认识第二十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三242.1.3反硝化反应（1）原理与反应

生物反硝化是指污水中的硝态氮NO3-和亚硝态氮NO2-，在无氧或低氧条件下被反硝化细菌还原成氮气的过程。反应式如下：NO3-＋2H→NO2-＋H2O

NO2-＋3H→1/2N2＋H2O＋OH－

总：NO3-＋5H→1/2N2＋2H2O＋OH－一、反硝化原理有机物为供氢体第二十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三25反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过反硝化细菌的异化作用完成的，被还原成N2。同化作用是NO2-和NO3-被还原成NH3－N，用于新细胞的合成。NO3-NO2-NH2OHNH3NO2-NO→N2ON2同化反硝化，合成细胞异化反硝化（2）反硝化代谢途径气态第二十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三261）硝酸盐还原酶NO3-→NO2-2）亚硝酸盐还原酶NO2-→NO3）NO还原酶NO→N2O4）N2O还原酶N2O→N2（3）参与反硝化代谢的酶第二十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三27（4）反硝化反应化学计量关系完全还原1gNO3-→N2相当于提供了2.86gO2，产生0.45gVSS，产生3.57g碱度当NO3--N浓度为1mg/L以上时，可认为反应速率为零级反应NO3-+5/6CH3OH→5/6CO2+1/2N2+7/6H2O+HO-以甲醇为电子供体的反硝化反应式：第二十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三28（4）反硝化反应化学计量关系完全还原1gNO3-→N2约消耗2.47g甲醇，产生0.45gVSS，产生3.57g碱度NO3-+5/6CH3OH→1/2N2+5/6CO2+7/6H2O+HO-以甲醇为电子供体的反硝化反应式：考虑细胞合成，以甲醇为电子供体的反硝化反应式：NO3-+1.08CH3OH→0.47N2+0.056C5H7NO2+0.76CO2+1.44H2O+HO-第二十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三29二、对反硝化菌的认识反硝化菌是异养兼性厌氧菌反硝化菌的能源（1）化能型：大多数为化能异养型

以有机物作为能源和碳源少数化能自养，以氢、氨、硫、硫化氢等无机物为能源；

S+NO3-+H2O→SO42-+N2+H+（2）光能型（光合细菌）：有光时，光能异养生长。

黑暗条件，化能异养生长。第三十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三30第2章生物脱氮机理及生物学基础2.1生物脱氮机理及生物学基础2.2生物脱氮反应动力学2.3生物脱氮影响因素2.4生物脱氮新理论2.5生物脱氮新工艺第三十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三312.2生物脱氮反应动力学2.2.1硝化反应动力学2.2.2反硝化反应动力学第三十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三32硝化反应更接近于莫诺特（Monod）关系式的基本条件。因此，常用莫诺特动力学方程来反映硝化细菌的反应和生长过程。硝化反应中，亚硝酸菌的增值速度控制硝化的总反应速度。一、亚硝酸菌增值速率二、NH4+-N氧化反应速率Monod动力学关系三、亚硝酸菌的净增值速度四、硝化的最小污泥龄2.2.1硝化反应动力学第三十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三33（1）亚硝酸菌比增值速度———莫诺特关系式式中μN——亚硝酸菌的比增殖速度，1/d；μNmax——亚硝酸菌的最大比增殖速度；N­——NH4+-N浓度，mg/L；X——亚硝酸菌浓度，mg/L；KSN——饱和常数，mg/L；一、亚硝酸菌增值速度（2）亚硝酸菌的增殖速度为：式中μ——亚硝酸菌增殖速度，mg/(L•d)第三十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三34（3）NH4+-N氧化速度NH4+-N比氧化速度，1/d

可用下式表示：NH4+-N氧化速度mg/(L﹒d)式中N­——NH4+-N浓度，mg/L；X——亚硝酸菌浓度，mg/L；第三十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三35（4）亚硝酸菌产率系数YN

第三十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三36二、NH4+-N氧化反应Monod动力学关系

第三十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三37由以上公式，令则NH4+-N氧化Monod动力学关系式如下：最大氨氮氧化速度NH4+-N氧化速度NH4+-N比氧化速度第三十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三38

式中：——亚硝酸菌净增殖速度；——亚硝酸菌合成速度；——亚硝酸菌自身分解速度。（1）亚硝酸菌的净增值速度式中Kd——亚硝酸菌自身分解系数，1/d。三、硝化的最小污泥龄第三十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三39上式各项除X得：

式中：——亚硝酸菌净比增殖速度。或将上式代入公式得：μgμN第四十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三40污泥龄与净比增值速率的关系：得：代入为了维持硝化菌的数量，设计最小污泥龄θcmin必须满足：设计的固体停留时间θcd应为计算值的1.5~2.5倍。（2）硝化的最小污泥龄第四十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三41硝化反应的动力学常数（20℃）常数符号单位数值亚硝酸菌硝酸菌总最大比增长速度μNmaxd-10.6~0.80.6~1.00.6~0.8饱和常数KSNgNH4+-N/m30.3~0.70.8~1.20.3~0.7产率系数YNgVSS/gN0.10~0.120.05~0.070.15~0.20自身分解系数Kdd-10.03~0.060.03~0.060.03~0.06对于污水处理来说，出水氨氮一般较高，可认为是零级反应。>25℃，亚硝酸菌生长速率>硝酸菌第四十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三422.2生物脱氮反应动力学2.2.1硝化反应动力学2.2.2反硝化反应动力学第四十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三432.2.2反硝化反应动力学当NO3--N浓度为1mg/L以上时，可认为反应速率为零级反应一、反硝化菌比增值速度——莫诺特关系式二、NO3--N的还原反应——莫诺特动力学公式三、反硝化菌的净增殖速度四、反硝化菌的污泥龄在反硝化反应时，硝酸盐为单一的物质，所以反硝化反应符合莫诺特关系。因此，用莫诺特（Monod）动力学方程来反映反硝化细菌的反应和生长过程。第四十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三44μD——反硝化菌的比增殖速度，1/d；μDmax——反硝化菌的最大比增殖速度，1/d；D——NO3--N浓度，mg/L；X——反硝化菌浓度，mg/L；KSD——饱和常数，mg/L；一、反硝化菌比增值速度——莫诺特关系式（1）反硝化菌比增值速度——莫诺特关系式式中μ——反硝化菌的增殖速度，mg/(L.d)。（2）反硝化菌的增殖速度第四十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三45NO3--N的还原速率mg/(L.d)；NO3--N的比还原速率1/d；（3）NO3--N的还原速度NO3--N的还原速度可用下式表示：D——NO3--N浓度，mg/L；X——反硝化菌浓度，mg/L；第四十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三46（4）反硝化菌的产率系数：第四十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三47NO3--N的还原速度如下：二、NO3--N的还原反应莫诺特动力学公式NO3--N还原速率NO3--N比还原速率第四十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三48令则，NO3--N还原反应莫诺特动力学公式如下：NO3--N还原速率NO3--N比还原速率第四十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三49——反硝化菌净增殖速度；——反硝化菌总增殖速度；三、反硝化菌的净增殖速度——反硝化菌自身分解速度；——反硝化菌自身分解系数，1/d。第五十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三50——反硝化菌净比增殖速度。令：将上式带入净增殖速率公式，同时各项除以X，得反硝化菌净比增殖速度：第五十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三51得出根据美国环保局提出，反硝化过程中反硝化菌自身分解系数Kd=0.04d-1。四、反硝化菌的污泥龄代入最小污泥龄：第五十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三52第2章生物脱氮机理及生物学基础2.1生物脱氮机理及生物学基础2.2生物脱氮反应动力学2.3生物脱氮影响因素2.4生物脱氮新理论2.5生物脱氮新工艺第五十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三532.3生物脱氮影响因素2.3.1硝化反应的影响因素2.3.2反硝化反应的影响因素第五十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三54（1）温度

（2）溶解氧

（3）pH

（4）碱度

（5）抑制性物质

（6）污泥负荷

（7）生物固体停留时间2.3.1硝化反应的影响因素第五十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三55（1）温度：

一般认为，可在4~45℃范围内进行。但目前的试验结果表明，即使在0.5~4℃下，仍发生硝化反应。①硝化菌比增长速度与温度（T℃）的经验关系：②硝化菌自身分解系数与温度（T℃）的经验关系：则污泥龄：第五十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三56

③亚硝酸菌的净比增殖速度（μgT）与水温的关系：在水温T为20℃、15℃、10℃时，固体停留时间应分别大于3.1d、5.6d、9.9d。第五十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三57硝化菌各属生存温度范围细菌属名合适温度（℃）亚硝酸细菌亚硝化单胞菌属5~30亚硝化螺菌属15~30亚硝化杆菌属2~40亚硝化球菌属2~40亚硝化叶状菌属15~30亚硝化弧菌属-5~30硝酸细菌硝化杆菌属5~40硝化螺菌属20~30硝化刺菌属25~30硝化球菌属15~30第五十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三58（2）溶解氧DO>2mg/L（3）pH值最佳pH范围为7~8（也有资料显示为8~9），当pH降到5~5.5以下时，硝化反应几乎停止。（4）碱度对pH变化起缓冲作用，每氧化1g氨氮需消耗7.14g碱度（以CaCO3计）第五十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三59（5）抑制性物质重金属、酚、游离氨等

游离氨的抑制容许浓度：亚硝酸菌10~150mg/L

硝酸菌0.1~1mg/L第六十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三60

NaClO3在0.02mol的浓度下仅抑制硝酸细菌对NO2-的氧化反应，在较短的时间内（30min），对其它生物反应基本不抑制；烯丙基硫脲可以抑制亚硝酸菌的活性，在5mg/L的浓度下能完全抑制亚硝酸菌对氨氮的氧化反应。抑制剂硝化反应的抑制剂为氯酸钠（NaClO3）：抑制NO2-的氧化。烯丙基硫脲（allylthiourea，简称ATU）：抑制氨氮的氧化。烯丙基硫脲：抑制NH4＋→NO2-

NaClO3

：抑制

NO2-→NO3-第六十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三61（6）污泥负荷：污泥有机负荷kgBOD/(kgMLSS.d)污泥氨氮负荷kgNH3-N/(kgMLSS.d)

当处理高NH3-N水时，应采用氨氮负荷进行设计或校核。要达到较低的出水氨氮：0.07kgNH3-N/(kgMLSS.d)。第六十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三62固体停留时间θcd的经验公式:

①美国环境保护局（EPA）建议的θcd公式：

②日本下水道协会建议的θcd公式：（7）生物固体停留时间T—水温第六十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三63

③亚硝酸菌的净比增殖速度（μgT）与水温的关系：水温T（℃）固体停留时间θc（d）20>3.115>5.610>9.9第六十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三642.3生物脱氮影响因素2.3.1硝化反应的影响因素2.3.2反硝化反应的影响因素第六十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三652.3.2反硝化反应的影响因素碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5/TKN大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；pH：适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；溶解氧：反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/L以下；温度：最适宜温度为20~40C，低于15C其反应速率将大为降低。第六十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三66式中——温度为T℃时反硝化速度，gNO3-N/(gVSS.d)；——温度为20℃时反硝化速度，gNO3-N/(gVSS.d)；T——混合液温度，℃；——温度修正系数，一般θ=1.03～1.15。温度对反硝化速度K的影响:第六十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三67第2章生物脱氮机理及生物学基础2.1生物脱氮机理及生物学基础2.2生物脱氮反应动力学2.3生物脱氮影响因素2.4生物脱氮新理论

2.5生物脱氮新工艺第六十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三682.4生物脱氮新理论亚硝酸菌电子受体与电子供体多样性正常时，以氧为电子受体，氨为电子供体；低氧时，同时以氧和亚硝酸盐为电子受体；无氧时，以亚硝酸盐为电子受体；以亚硝酸盐为电子受体时，能利用氢、氨、有机物为电子供体；硝酸菌随环境条件变化而进行不同的呼吸正常时，以氧为电子受体、亚硝酸盐为电子供体进行好氧呼吸；无氧时，以硝酸盐为电子受体、有机物为电子供体进行厌氧呼吸。厌氧氨氧化菌的发现第六十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三692.4生物脱氮新理论2.4.1短程硝化-反硝化2.4.2厌氧氨氧化（自养脱氮）第七十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三70什么是短程？相对全程而言。

为什么要短程？2.4.1短程硝化-反硝化该原理仍符合传统的硝化—反硝化脱氮理论，只不过是少走了“一段路”。第七十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三712.4.1短程硝化-反硝化关键是控制硝化反应，使NO2-积累。如何控制？改变pH，抑制亚硝酸盐的氧化。通过控制温度（>30℃)和污泥龄，来淘汰硝酸菌。在絮体内创建缺氧条件，限制硝酸菌的生长。提高游离氨浓度，抑制硝酸菌。第七十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三72短程硝化—反硝化优点：可节省氧供应量约25%，降低能耗。节省反硝化所需碳源的40%，减少污泥生成量可达50%减少投碱量。缩短反应时间和减小反应器容积。第七十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三732.4生物脱氮新理论2.4.1短程硝化-反硝化2.4.2厌氧氨氧化（自养脱氮）第七十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三742.4.2厌氧氨氧化一、什么是厌氧氨氧化？以亚硝酸盐为氧化剂将氨氧化为N2的生物反应。以氨为电子供体将亚硝酸盐还原成N2的生物反应。厌氧氨氧化菌：自养型细菌。无O2条件，氨与亚硝酸盐同时存在。ANAMMOX：

anaerobicammoniaoxidation由荷兰Delft大学的GistBrocades在试验中发现。NH4++NO2-→N2+…..第七十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三75NH3NH2OHNO2-N2H4[N2H2]N2NO3-2[H]2[H]ANAMMOX工艺中N的转化途径二、厌氧氨氧化反应机理模式图第七十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三762.4.2厌氧氨氧化厌氧条件下，每减少1molNH3，消耗约1.3molNO3-，产生约0.2molNO3-，产生约1.0molN2。三、厌氧氨氧化生物反应表达式及计量关系厌氧氨氧化反应化学计量关系：NH4++1.31NO2-+0.0425CO2→1.045N2+0.22NO3+…..第七十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三77第2章生物脱氮机理及生物学基础2.1生物脱氮机理及生物学基础2.2生物脱氮反应动力学2.3生物脱氮影响因素2.4生物脱氮新理论2.5生物脱氮新工艺第七十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三782.5新型生物脱氮工艺2.5.1Sharon工艺2.5.2厌氧氨氧化（Anammox）工艺2.5.3好氧脱氨工艺2.5.4Canon工艺2.5.5Oland工艺基于短程硝化好氧自养脱氮第七十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三79Sharon（singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite)短程硝化-反硝化工艺2.5.1Sharon工艺一、工艺特点：在一个反应器中完成：短程硝化和反硝化；连续流，反应器内不持留活性污泥；采用较高的工作温度：30~40℃；反硝化过程按传统反硝化反应进行。第八十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三80核心是实现短程硝化：硝化过程终止于亚硝酸盐阶段，同时促使氨氧化过程顺利进行。系统淘汰硝酸细菌或抑制其生长，保留亚硝酸菌并提高其生长速率。二、Sharon工艺的技术要点（1）控制温度（2）控制pH（3）控制DO（4）控制污泥龄（5）控制基质浓度和负荷第八十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三81三、SHARON用于污水厂的改造消化液脱氮第八十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三82SHARON甲醇贮罐第八十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三83WWTPCapacity(MGD)SHARON(kgN/day)OperationalUtrecht519001997Rotterdam608501999Zwolle264102003Beverwijk411.2002003Groningen382.4002005DenHaag551.3002005NYCWardsIsland2505.7702007第八十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三84SHARON020040060080010001200140016001163146617691106121136151TIME(days)CONCENTRATION(mgN/l)NH4-NinNH4-NoutNO2-Nout图片来源于TUDelft第八十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三852.5新型生物脱氮工艺2.5.1Sharon工艺2.5.2厌氧氨氧化（Anammox）工艺2.5.3好氧脱氨工艺2.5.4Canon工艺2.5.5Oland工艺第八十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三86碳源严重不足的高浓度氨氮废水首先将部分氨氮氧化成NO2-与短程硝化反应器组合：短程硝化→Anammox脱氮工艺2.5.2厌氧氨氧化（Anammox）脱氮组合工艺第八十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三87厌氧氨氧化脱氮组合工艺（一）高浓度氨氮废水先利用Sharon工艺将部分氨氮转化为NO2-。SHARONANAMMOX氨氮约50%NO2-N2约50%NH4+HRT=1dT=30-40℃pH=6.6-7.0第八十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三88厌氧氨氧化脱氮组合工艺（二）先进行短程硝化，将氨氮转化为NO2-。短程硝化ANAMMOX氨氮NO2-氨氮N2第八十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三892.5新型生物脱氮工艺2.5.1Sharon工艺2.5.2厌氧氨氧化（Anammox）工艺2.5.3好氧脱氨工艺2.5.4Canon工艺2.5.5Oland工艺第九十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三90Aerobicdeammonification1997年首先由德国Hannover大学提出，2.5.3好氧脱氨工艺理论依据：一些硝化细菌既能进行硝化作用，还能进行反硝化作用。一些反硝化细菌既能在无氧条件下进行正常反硝化，还能在有氧条件下进行反硝化（氧受限制时，同时以氧与硝酸盐为电子受体）一些细菌彼此合作，进行序列反应，把氨转化为N2。特点：在一个好氧反应器中完成脱氮（氨）；生物膜表层发生好氧硝化反应；生物膜内层发生多种途径的NO2-还原反应。第九十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三912.5新型生物脱氮工艺2.5.1Sharon工艺2.5.2厌氧氨氧化（Anammox）工艺2.5.3好氧脱氨工艺2.5.4Canon工艺2.5.5Oland工艺第九十二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三92Cannon（completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite)2002年首先由荷兰Delft工业大学提出。2.5.4Canon工艺依据：亚硝酸细菌在有氧条件下把氨氧化成亚硝酸盐，厌氧氨氧化菌在无氧条件下把氨和亚硝酸盐转化成N2。利用亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌的协同作用（Cannon反应）。亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌均为自养型。无需外源有机物（可完全无机），低氧环境下运行。第九十三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三93Canon特点自养型脱氮：由亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌协同完成。一个曝气反应器中完成；控制DO，低氧状态；多采用生物膜法；生物膜表面发生短程硝化反应；生物膜内层发生厌氧氨氧化反应；第九十四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三942.5新型生物脱氮工艺2.5.1Sharon工艺2.5.2厌氧氨氧化（Anammox）工艺2.5.3好氧脱氨工艺2.5.4Canon工艺2.5.5Oland工艺第九十五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三95Oland（Oxygen-limitedautotrophicnitrification–denitrification）氧限制自养型硝化-反硝化工艺1998年首先由比利时Ghent大学提出。2.5.5Oland工艺依据：在限制供氧的条件下，自养型的亚硝酸细菌将以氧为电子受体，把部分氨氧化成亚硝酸盐，然后，再以氨作为电子供体，把亚硝酸盐还原为N2。即氧限制自养型硝化-反硝化。特点：由亚硝酸菌单独作用完成脱氮。自养脱氮；一个曝气反应器中完成。第九十六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三96生物膜好氧短程脱氨（氮）反应模式N2NH4+NH4+N2NH4+→→NO2-

N2NO2-+NH4+N2反硝化水相好氧层缺氧层载体厌氧氨氧化第九十七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三97第3章

生物除磷机理及生物学基础3.1概述

3.2生物除磷机理及生物学基础

3.3生物除磷反应动力学

3.4影响生物除磷的主要影响因素

3.5生物除磷新理论第九十八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三98GB18918－2002城镇污水处理厂污染物排放标准（P）（mg/L）常规活性污泥法的微生物同化和吸附；污泥含磷量1~2%项目进水排放标准/（mg·L-1）一级A一级B2005年12月31日前建设的5~611.52006年1月1日起建设的5~60.51如何去除以达到排放标准？生物强化除磷；投加化学药剂除磷。3.1概述一、磷的排放标准及去除方法第九十九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三99同化：微生物从水中摄取一定量的磷来满足其生理需要，从而去除部分磷。3.1概述如果还不能满足排放标准，就必须借助化学法除磷。BOD:N:P=?生物强化除磷一类特殊的细菌——聚磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。生物除磷工艺仍以活性污泥法为主。系统排除的剩余污泥中磷含量占干重5%~6%。一、磷的排放标准及去除方法第一百页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三100二、生物除磷的发展历程1955年，Greenburg发现活性污泥系统中磷消耗量超过细胞正常生长所需量，推断存在磷的过量吸收。1959年，Srinarh和Alarcon最先报道了污水厂污泥生物除磷的现象。未能解释该现象。1965年，Levin和Shapiro指出磷的过量吸收与微生物代谢密切相关，发现一些细胞中形成异染颗粒，添加抑制剂后，磷的吸收停止。1967年，Levin和Shapiro发现了活性污泥在好氧下吸磷，厌氧条件下放磷。70年代，Arizona大学的一个研究组分离出了除磷菌，为揭示生物除磷机理奠定了基础。以后，生物除磷技术得到迅速发展。相继产生了一系列工艺。3.1概述第一百零一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三101第3章

生物除磷机理及生物学基础3.1概述

3.2生物除磷机理及生物学基础

3.3生物除磷反应动力学

3.4影响生物除磷的主要影响因素

3.5生物除磷新理论第一百零二页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三1023.2

生物除磷机理及生物学基础一、

生物除磷机理二、生物除磷的主要影响因素第一百零三页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三103一、生物除磷机理生物除磷的主体：一类聚磷菌（除磷菌、积磷菌）。什么是生物除磷:(定义）首先让聚磷菌在厌氧条件下释放磷，然后在有（好）氧条件下过量吸收磷，使污水中的磷最终转移到污泥中排出。注意：两个过程需要的环境条件3.2生物除磷原理（1）聚磷菌除磷的生化过程和环境条件环境条件决定生化过程

①必须经历

两个过程：聚磷菌释放磷：厌氧环境聚磷菌过量摄取磷：好氧环境超出生理需要，摄取量大于释放量第一百零四页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三104聚磷菌厌氧释放磷：

在厌氧条件下，聚磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生能量，将废水中的易降解有机物摄入细胞内，以聚-羟基丁酸（PHB）等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸盐排出体外（释放）。（1）聚磷菌除磷的生化过程和环境条件好氧条件下摄磷量>

厌氧条件下释磷量。将富磷剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。聚磷菌好氧过量摄取磷：

好氧条件下，聚磷菌氧化分解体内贮存的聚-羟基丁酸（PHB）并释放大量能量，用于细胞增殖和摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。3.2生物除磷原理②对两个过程的描述第一百零五页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三105（2）生物除磷物质转化示意图第一百零六页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三106第3章

生物除磷机理及生物学基础3.1概述

3.2生物除磷机理及生物学基础

3.3生物除磷反应动力学

3.4影响生物除磷的主要影响因素

3.5生物除磷新理论第一百零七页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三1073.3生物除磷反应动力学3.3.1生物除磷反应式3.3.2厌氧阶段吸收乙酸动力学关系3.3.3好氧阶段磷酸盐的吸收动力学第一百零八页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三108在好氧条件下，聚磷的积累可按下式表示：在厌氧条件下，聚磷的积累可按下式表示：3.3.1生物除磷反应式第一百零九页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三109式中

qHAC——乙酸的吸收速度，mg/(L.d)

KHAC——乙酸的最大吸收速度，1/d；

SHAC——乙酸浓度，mg/L；

XP——聚磷菌浓度，mg/L；

KSHAC——饱和常数，mg/L。厌氧阶段，吸收乙酸动力学关系用Monod方程描述：3.3.2厌氧阶段吸收乙酸动力学关系第一百一十页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三110式中qP——磷酸盐吸收速度，mg/(L.d)

SP——磷酸盐浓度，mg/L。

μPmax聚磷菌的最大比增殖速度，1/d；

XP——聚磷菌浓度；

YP——聚磷菌最大产率系数；

KSP——饱和常数，mg/L。——磷酸盐的最大比吸收速度，1/d；好氧阶段，磷酸盐的吸收动力学用Monod方程描述：3.3.3好氧阶段磷酸盐的吸收动力学第一百一十一页，共一百二十三页，编辑于2023年，星期三11120℃时生物除磷反应动力学常数符号单位数值聚磷菌最大比增殖速度μPmaxd-12~4聚磷菌产率系数YPkgS