硝化与反硝化_精品文档.docx
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3.7硝化与反硝化
废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。
生物处理把大多数有机氮转化为氨,然后可进一步转化为硝酸盐。
一、硝化与反硝化
(一)硝化
在好氧条件下,通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用,将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程,称为生物硝化作用。
反应过程如下:
亚硝酸盐菌
NH4++3/2O2NO2-+2H++H2O-△E△E=278.42KJ
第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐:
硝酸盐菌
NO-+1/2O2NO3--△E△E=278.42KJ
这两个反应式都是释放能量的过程,氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。
上诉两式合起来写成:
NH4++2O2NO3-+2H++H2O-△E△E=351KJ
综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下:
NH4+1.83O2+1.98HCO3-0.02C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3
由上式可知:
(1)在硝化过程中,1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g;
(2)硝化过程中释放出H+,将消耗废水中的碱度,每氧化lg氨氮,将消耗碱度(以CaCO3计)7.lg。
影响硝化过程的主要因素有:
(1)pH值 当pH值为8.0~8.4时(20℃),硝化作用速度最快。
由于硝化过程中pH将下降,当废水碱度不足时,即需投加石灰,维持pH值在7.5以上;
(2)温度 温度高时,硝化速度快。
亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃,在15℃以下其活性急剧降低,故水温以不低于15℃为宜;
(3)污泥停留时间 硝化菌的增殖速度很小,其最大比生长速率为=0.3~0.5d-1(温度20℃,pH8.0~8.4)。
为了维持池内一定量的硝化菌群,污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。
在实际运行中,一般应取>2;
(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的电子受体,其浓度太低将不利于硝化反应的进行。
一般,在活性污泥法曝气池中进行硝化,溶解氧应保持在2~3mg/L以上;
(5)BOD负荷 硝化菌是一类自养型菌,而BOD氧化菌是异养型菌。
若BOD5负荷过高,会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖,从而佼白养型的硝化菌得不到优势,结果降低了硝化速率。
所以为要充分进行硝化,BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。
(二)反硝化
在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程,称为反硝化。
反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。
以甲醇作碳源为例,其反应式为:
6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O
6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-
综合反应式为:
6NO3-+5CH3OH5CO2+3N2+7H2O+6OH-
由上可见,在生物反硝化过程中,不仅可使NO2--N、NO3--N被还原,而且还可使有机物氧化分解。
影响反硝化的主要因素:
(1)温度 温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。
一般,以维持20~40℃为宜。
苦在气温过低的冬季,可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施,以保持良好的反硝化效果;
(2)pH值 反硝化过程的pH值控制在7.0~8.0;
(3)溶解氧 氧对反硝化脱氮有抑制作用。
一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法);
(4)有机碳源 当废水中含足够的有机碳源,BOD5/TKN>(3~5)时,可无需外加碳源。
当废水所含的碳、氮比低于这个比值时,就需另外投加有机碳。
外加有机碳多采用甲醇。
考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗,甲醇投量一般为NO3--N的3倍。
此外,还可利用微生物死亡;自溶后释放出来的那部分有机碳,即"内碳源",但这要求污泥停留时间长或负荷率低,使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期,因此池容相应增大。
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