生物脱氮专题培训市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、1 生物脱氮机理n n废水中存在着()氮、()氮、()氮等形式氮,而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中,有机氮被异养微生物氧化分解,即经过氨化作用转化为成()氮,而后经()过程转化变为NO3-N和NO2-N,最终经过()作用使()氮转化成氮气,而逸入大气。第1页n n由此可见,进行生物脱氮可分为氨化硝化反硝化三个步骤。因为氨化反应速度很快快。在普通废水处理设施中均能完成,故生物脱氮关键在于硝化硝化和反硝化反硝化。n n氨化作用是指将有机氮化合物转化为氨态氮过程,也称为矿化矿化作用。n n硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝态氮生物化学反应,由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。n n反硝化作
2、用是指在厌氧或缺氧条件下(DO0.30.5mg/L),硝态氮、亚硝酸氮及其其它氮氧化物被用作电子受体而还原为氮气或氮其它气态氧化物生物学反应。第2页n n发生硝化反应时细菌分别从氧化硝化反应时细菌分别从氧化硝化反应时细菌分别从氧化硝化反应时细菌分别从氧化NHNH3 3和和和和NONO2 2-过程中取得能量,过程中取得能量,过程中取得能量,过程中取得能量,碳源来自无机碳化合物,如碳源来自无机碳化合物,如碳源来自无机碳化合物,如碳源来自无机碳化合物,如COCO3 32 2、HCOHCO、COCO2 2等。假定细等。假定细等。假定细等。假定细胞组成为胞组成为胞组成为胞组成为C C5 5HH7 7NO
3、NO2 2。l若考虑硝化细菌新细胞合成,则反应式为:若考虑硝化细菌新细胞合成,则反应式为:55 55NHNH4 476O76O2 2109HCO109HCO3 3 C C5 5H H7 7NONO2 254 NO54 NO2 2-57H57H2 2OO104H104H2 2COCO3 3 400NO 400NO2 2-NHNH4 44H4H2 2COCO3 3HCOHCO3 3195O195O2 2 C C5 5HH7 7NONO2 23H3H2 2OO400NO400NO3 3-l将两式合并,得:将两式合并,得:NHNH4 41.83O1.83O2 21.98HCO1.98HCO3 3 0.
4、02C 0.02C5 5H H7 7NONO2 21.04H1.04H2 2OO0.98NO0.98NO3 3-1.88H1.88H2 2COCO3 3l硝化反应过程中氮元素转化过程以下:硝化反应过程中氮元素转化过程以下:NHNH4 4 NH NH2 2OH NOH(NOOH NOH(NO2 2.NHOH)NO.NHOH)NO2 2-NO NO3 3-第3页n n从上式能够看出硝化过程三个主要特点:n nNH3生物氧化需要大量氧,大约每去除1gNH3-N需要4.2gO2;n n硝化过程细胞产率非常低,且难以维持较高胜物浓度,尤其是在低温冬季;n n硝化过程中产生大量质子(H),为了使反应能顺利
5、进行,需要大量碱中和,其理论上大约为每氧化1gNH3-。N需要碱度5.57g(以NaCO3计)。第4页硝化反应影响原因硝化反应影响原因温度 硝化细菌对温度改变非常敏感,在硝化细菌对温度改变非常敏感,在5 53535范围范围内,硝化菌能进行正常生理代谢活动。内,硝化菌能进行正常生理代谢活动。pH值 硝化菌对硝化菌对pHpH值改变非常敏感,最正确值改变非常敏感,最正确pHpH值是值是8.08.08.48.4,此时硝化速度,硝化菌最大比值速度可达最大值。,此时硝化速度,硝化菌最大比值速度可达最大值。溶解氧溶解氧 大多数学者认为溶解氧应该控制在大多数学者认为溶解氧应该控制在1.51.52.02.0mg
6、/Lmg/L内,低于内,低于0.50.5mg/Lmg/L则硝化作用趋于停顿。溶解氧过高则硝化作用趋于停顿。溶解氧过高可能造成有机物分解过快,微生物缺乏营养,活性污泥易于老化,可能造成有机物分解过快,微生物缺乏营养,活性污泥易于老化,结构涣散。而且过量能耗,在结构涣散。而且过量能耗,在经济经济上也是不宜上也是不宜。生物固体平均停留时间(污泥龄)生物固体平均停留时间(污泥龄)为了使硝化菌群能够在为了使硝化菌群能够在连续流反应器系统存活,微生物在反应器内停留时间必须大于自连续流反应器系统存活,微生物在反应器内停留时间必须大于自养型硝化菌最小世代时间养型硝化菌最小世代时间,不然硝化菌流失率将大于净增率
7、,将不然硝化菌流失率将大于净增率,将使硝化菌从系统中流失殆尽。使硝化菌从系统中流失殆尽。重金属及有毒物质第5页3 3 3 3)硝化反应条件与工艺参数:)硝化反应条件与工艺参数:)硝化反应条件与工艺参数:)硝化反应条件与工艺参数:n n微生物:硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。微生物:硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。微生物:硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。微生物:硝化菌、亚硝化菌、光合细菌。n n碳氮比:碳氮比:碳氮比:碳氮比:C/N3C/N3C/N3C/N3或或或或=2.86=2.86=2.86=2.86(不是书中所提(不是书中所提(不是书中所提(不是书中所提BOD20mg/L.BOD20mg/L.BOD2
8、0mg/L.BOD20mg/L.n nDODODODO:依依依依据据据据反反反反应应应应方方方方程程程程式式式式摩摩摩摩尔尔尔尔氮氮氮氮变变变变成成成成NONONONO3 3 3 3,需需需需2 2 2 2molmolmolmol分分分分子子子子氧氧氧氧,即即即即需需需需要要要要 O OOO2 2 2 24.57g(4.57g(4.57g(4.57g(硝硝硝硝 化化化化 需需需需 氧氧氧氧 量量量量),在在在在 曝曝曝曝 气气气气 池池池池 中中中中 DODODODO须须须须 维维维维 持持持持 在在在在 1.51.51.51.52.02.02.02.0mg/Lmg/Lmg/Lmg/L。n n
9、pHpHpHpH:高高高高硝硝硝硝化化化化速速速速度度度度出出出出现现现现在在在在pH=7.8-8.4pH=7.8-8.4pH=7.8-8.4pH=7.8-8.4,当当当当pHpHpHpH6 6 6 6或或或或9 9 9 9时时时时,硝硝硝硝化化化化反反反反应应应应将将将将停停停停顿顿顿顿;生生生生活活活活污污污污水水水水pHpHpHpH值值值值稳稳稳稳定定定定,要要要要维维维维持持持持pHpHpHpH稳稳稳稳定定定定,必必必必须须须须要要要要有有有有足足足足够碱度,每硝化够碱度,每硝化够碱度,每硝化够碱度,每硝化1 1 1 1gNgNgNgN,需碱度需碱度需碱度需碱度7.17.17.17.1
10、g g g g。n n水水水水温温温温(t t t t):适适适适应应应应温温温温度度度度30-3530-3530-3530-35,当当当当t10t10t10t10以以以以下下下下(准准准准确确确确应应应应是是是是8888以以以以下时),硝化作用快速降低。下时),硝化作用快速降低。下时),硝化作用快速降低。下时),硝化作用快速降低。n n泥泥泥泥龄龄龄龄(Q QQ Qc c c c):Q QQ Qc c c c15d15d15d15d,最最最最好好好好20-3620-3620-3620-36d d d d(若若若若温温温温度度度度达达达达40404040左左左左右右右右,降降降降低泥龄,低泥龄
11、,低泥龄,低泥龄,10-1510-1510-1510-15d d d d左右可实现短程反硝化)。左右可实现短程反硝化)。左右可实现短程反硝化)。左右可实现短程反硝化)。n n回流比回流比回流比回流比(R)R)R)R):R100200%,R100200%,R100200%,R100200%,不然能耗大,效果提升也不显著。不然能耗大,效果提升也不显著。不然能耗大,效果提升也不显著。不然能耗大,效果提升也不显著。n n水力停留时间(水力停留时间(水力停留时间(水力停留时间(HRTHRTHRTHRT):):):):3.56h3.56h3.56h3.56h。第6页反硝化作用反硝化作用反硝化作用反硝化作用
12、(脱氮反应脱氮反应脱氮反应脱氮反应)n n原原原原理理理理:生生生生物物物物反反反反硝硝硝硝化化化化是是是是指指指指污污污污水水水水中中中中硝硝硝硝态态态态氮氮氮氮NONONONO3 3 3 3-N N N N和和和和亚亚亚亚硝硝硝硝态态态态氮氮氮氮NONONONO2 2 2 2-N N N N,在在在在无无无无氧氧氧氧或或或或低低低低氧氧氧氧条条条条件件件件下下下下被被被被反反反反硝硝硝硝化化化化细细细细菌菌菌菌还还还还原原原原成成成成氮气过程。详细反应以下:氮气过程。详细反应以下:氮气过程。详细反应以下:氮气过程。详细反应以下:n nNONONONO2 2 2 2-3H 1/2N3H 1/
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