硝化与反硝化作用原理

发布日期:
2019-08-15

浏览次数:

679

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++3/2O2 → NO2-+2H++H2O-△E    △E=278.42KJ

第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐:硝酸盐菌   NO-+1/2O2 → NO3--△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++2O2 → NO3-+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-+1.04 H2O+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 → 6NO2-十2CO2十4H2O6NO2-十3CH3OH → 3N2十3CO2十3H2O十60H-

综合反应式为:6NO3-+5CH3OH → 5CO2+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。


相关推荐