生物脱氮原理与应用
生物质脱氮的基本原理
生物质脱氮的基本原理
生物质脱氮是一种将氮元素从生物质中去除的过程。
其基本原理是利用微生物对氮的转化作用，将有机氮转化为无机氮，进而实现氮的去除。
生物质脱氮的主要过程包括氨氧化和反硝化。
氨氧化是指将有机氮转化为氨氮的过程，主要由氨氧化细菌（如亚硝酸盐氧化细菌）进行。
这些细菌能够将有机氮底物（如尿素、蛋白质等）通过酶的作用，将其氧化成氨氮。
反硝化是指将氨氧化产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成氮气的过程，主要由反硝化细菌进行。
这些细菌能够利用亚硝酸盐和硝酸盐作为电子受体，将其还原成氮气或氧化态氮。
通过氨氧化和反硝化的连续作用，生物质中的有机氮逐渐转化为无机氮，实现氮的去除。
这种去除氮的过程在自然环境中一直存在，但在生物质脱氮过程中，可以通过调控微生物的生长环境和提供适宜的底物浓度，来加速氮的转化过程，从而提高脱氮效率。
生物脱氮原理及6大参数
生物脱氮原理及6大参数高氨氮废水是我们经常会遇到的一种废水，想要将污水中的氨氮去除，除了要了解各种脱氮原理，还要从经济有效的角度来考虑选用哪种工艺，而生物脱氮技术恰恰符合以上条件，成为污水脱氮中最常见的工艺之一。
今天我们就来聊一聊生物脱氮原理和主要控制参数。
污水中的氮主要以氨氮和有机氮的形式存在，通常没有或只有少量亚硝酸盐和硝酸盐形式的氮。
只有不到20%——40%的氮在传统的二级处理中被去除。
污水生物处理脱氮主要是靠一些专性细菌实现氨形式的转化，经过氨化、硝化、反硝化过程，含氮有机化合物最终转化为无害的氮气，从污水中去除，其过程如图所示：1、工艺原理及过程硝化菌把氨氮转化为硝酸盐的过程称为硝化过程，硝化是一个两步过程，分别利用了两类微生物--亚硝酸盐菌和硝酸盐菌。
这两类细菌统称为硝化菌，这些细菌所利用的碳源是CO32-、HCO3-和CO2等无机碳。
第一步由亚硝酸盐菌把氨氮转化为亚硝酸盐，第二步由硝酸盐菌把亚硝酸盐转化为硝酸盐。
这两个反应过程都释放能量，硝化菌就是利用这些能量合成新细胞和维持正常的生命活动，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少了它的需氧量。
反硝化过程是反硝化菌异化硝酸盐的过程，即由硝化菌产生的硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为氮气后从水中溢出的过程。
反硝化过程也分为两步进行，第一步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、氧化二氮和氮气。
同时，反硝化菌利用含碳有机物和部分分硝酸盐转化为氨氮用于细胞合成，该碳源既可以是污水中的有机碳或细胞体内碳源，也可以外部投加。
2、生物脱氮的工艺控制（1）消化过程（硝化菌）的影响因素1.温度：硝化反应的最适宜温度范围是30一35℃，温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性。
温度低于5℃，硝化细菌的生命活动几乎完全停止：在5一35℃的范围内，硝化反应速率随温度的升高而加快；但达到30℃后，蛋白质的变性会降低硝化菌的活性，硝化反应增加的幅度变小。
生物脱氮原理碳源计算公式
生物脱氮原理碳源计算公式引言。
生物脱氮是一种环保的氮污染治理技术，通过微生物的作用将废水中的氨氮转化为氮气排放到大气中，达到净化水质的目的。
在生物脱氮过程中，碳源的供应对于微生物的生长和氨氮的转化起着至关重要的作用。
因此，准确计算生物脱氮过程中所需的碳源量对于工程设计和运行管理具有重要意义。
生物脱氮原理。
生物脱氮是利用硝化细菌和反硝化细菌的作用将废水中的氨氮转化为氮气的过程。
在生物脱氮系统中，硝化细菌将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，而反硝化细菌则将硝酸盐还原为氮气。
这一过程需要大量的碳源来提供能量和碳源供应。
碳源计算公式。
在生物脱氮系统中，碳源的计算可以通过以下公式进行：碳源需求量 = 氨氮去除量× 5.07 + 硝态氮去除量× 3.43。
其中，氨氮去除量和硝态氮去除量分别为废水中氨氮和硝态氮的去除量，单位为kg/d；5.07和3.43分别为氨氮和硝态氮的理论碳需求系数。
碳源需求量的计算。
以某废水处理厂为例，废水中的氨氮去除量为100kg/d，硝态氮去除量为80kg/d，那么根据上述公式，碳源的需求量可以计算如下：碳源需求量 = 100 × 5.07 + 80 × 3.43 = 507 + 274.4 = 781.4kg/d。
因此，该废水处理厂在生物脱氮过程中需要提供约781.4kg/d的碳源来满足微生物的生长和氨氮、硝态氮的转化需求。
碳源的选择。
在生物脱氮系统中，常用的碳源包括甲醇、乙醇、乙二醇、乙酸、乳酸等有机物质，其中甲醇是应用最为广泛的一种碳源。
在选择碳源时，需要考虑碳源的价格、供应稳定性、对微生物的毒性以及对环境的影响等因素。
同时，还需要根据废水的水质特点和处理工艺的要求来确定最适合的碳源类型和用量。
碳源的供应方式。
碳源的供应方式通常包括间歇供应和连续供应两种方式。
间歇供应是指根据废水的水质变化和处理工艺的需要，在特定的时间段内向生物脱氮系统中添加碳源；而连续供应则是通过设备和管道将碳源连续地注入到生物脱氮系统中。
生物脱氮机理、影响因素及应用工艺详解
生物脱氮机理、影响因素及应用工艺详解生物脱氮是指在微生物的联合作用下，污水中的有机氮及氨氮经过氨化作用、硝化反应、反硝化反应，最后转化为氮气的过程。
其具有经济、有效、易操作、无二次污染等特，被公认为具有发展前途的方法，关于这方面的技术研究不断有新的成果报道。
一、机理详解1、氨化反应氨化反应是指含氮有机物在氨化功能菌的代谢下，经分解转化为 NH4+的过程。
含氮有机物在有分子氧和无氧的条件下都能被相应的微生物所分解，释放出氨。
2、硝化反应硝化反应由好氧自养型微生物完成，在有氧状态下，利用无机氮为氮源将NH4+化成NO2-，然后再氧化成NO3-的过程。
硝化过程可以分成两个阶段。
第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐(NO2-)，第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐(NO3-)。
3、反硝化反应反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮(N2)的过程。
反硝化菌为异养型微生物，多属于兼性细菌，在缺氧状态时，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物(污水中的BOD成分)作为电子供体，提供能量并被氧化稳定。
二、生物脱氮主要影响因素1、温度生物硝化反应的适宜温度范围为20~30℃，15℃以下硝化反应速率下降，5℃时基本停止。
反硝化适宜的温度范围为20~40℃，15℃以下反硝化反应速率下降。
实际中观察到，生物膜反硝化过程受温度的影响比悬浮污泥法小，此外，流化床反硝化温度的敏感性比生物转盘和悬浮污泥的小得多。
2、溶解氧硝化反应过程是以分子氧作为电子终受体的，因此，只有当分子氧(溶解氧)存在时才能发生硝化反应。
为满足正常的硝化效果，在活性污泥工艺运行过程中，DO值至少要保持在2mg/L以上，一般为2~3mg/L。
当DO值较低时，硝化反应过程将受到限制，甚至停止。
反硝化与硝化在溶解氧的需求方面是一个对立的过程。
传统的反硝化过程需要在严格意义上的缺氧环境下才能发生，这是因为DO与NO3-都能作为电子受体，存在竞争行为。
简述生物脱氮和生物除磷的基本原理和过程
生物脱氮和生物除磷是水环境治理中常见的技术手段，其基本原理和过程对于水质净化具有重要意义。
下文将分别对生物脱氮和生物除磷的基本原理和过程进行简要阐述，以便更好地理解和应用这两种技术手段。
一、生物脱氮的基本原理和过程1. 基本原理：生物脱氮是指利用生物的作用将水体中的氮气态化合物转化为氮气排放出去的过程。
其主要包括硝化和反硝化两个过程。
2. 过程：1）硝化作用：首先是硝化细菌将水体中的氨氮转化为亚硝酸盐，然后再将亚硝酸盐转化为硝酸盐的过程。
这一过程主要发生在水中砷、锰等微生物和有机物贪婪性好氧微生物的作用下。
2）反硝化作用：反硝化细菌将水中的硝酸盐还原成氮气气体，从而实现氮的脱除。
这一过程主要发生在水中缺氧或厌氧条件下，反硝化细菌在有机物的作用下进行。
二、生物除磷的基本原理和过程1. 基本原理：生物除磷是指利用生物的作用将水体中的磷物质转化为无机磷沉积或有机磷的过程。
其主要包括磷的吸附和磷的沉淀两个过程。
2. 过程：1）磷的吸附：指微生物在生长过程中，通过细胞活性或胞外聚合物等结合机制，将水体中的磷物质吸附到微生物体表面或细胞内，从而减少水体中的磷含量。
这一过程主要发生在水中的底泥、生物膜等介质上。
2）磷的沉淀：指在适当的环境条件下，微生物可以促进水中磷物质的沉淀作用，将磷固定到底泥中，从而减少水体中的可溶性磷含量。
这一过程主要发生在水中的缺氧或厌氧条件下。
生物脱氮和生物除磷是通过利用微生物的作用，将水体中的氮和磷物质转化为氮气或无机磷沉积的技术手段。
其基本原理和过程涉及硝化、反硝化、微生物吸附和微生物沉淀等生物学过程，在水环境治理中具有重要的应用价值。
希望通过本文的介绍，读者对生物脱氮和生物除磷技术有更深入的了解，并能更好地应用于实际的水质净化工作中。
生物脱氮和生物除磷作为水环境治理的重要手段，对于改善水体质量、保护生态环境具有重要意义。
在实际应用中，为了更好地发挥生物脱氮和生物除磷技术的效果，需要结合具体的水体特点和环境条件，采取相应的措施和管理方式，以确保技术的有效运行和水体的稳定净化。
污水生物脱氮除磷的基本原理
污水生物脱氮除磷的基本原理
污水生物脱氮除磷是一种利用生物的代谢能力来降低污水中氮和磷的浓度的技术。
其基本原理是利用污水中的生物分解形成的氨氮，通过氨氧化、反硝化及硫酸还原这三个生物代谢过程，将氨氮转变成无害物质，并利用磷细菌将磷结合在污泥中，最终将氮和磷从污水中去除。
1、氨氧化过程
氨氧化过程是污水生物处理中脱氮的主要过程，也是把氨氮转变成无害物质的主要过程。
氨氧化的具体过程是把氨氮转变成氮气的过程，真正的氨氧化过程是由被称作氨氧化菌的细菌来承担的。
这些特殊的细菌需要降低水温、提高pH值和添加活性碳等外源物质的供给，才能进行氨氧化反应。
2、反硝化过程
反硝化过程是把亚硝酸氮转变成氮气的过程，它是生物处理中氮的最后一步转变过程，反硝化的最后产物是氮气，也就是说它是将氮从污水中最终去除出去的转变过程。
反硝化过程受反硝化菌的影响较大，反硝化菌属于好氧细菌，反硝化条件包括高氧化性、低温度、较高的pH值等。
3、硫酸还原过程
硫酸还原过程是通过硫酸还原菌将污水中的亚硝酸氮还原成氨氮的过程，它是把水中的氮含量降低的重要手段。
硫酸还原过程还可以与氨氧化过程相结合，从而提高去除氮的效率。
新型生物脱氮技术
半硝化反应器的出水（含有NH4+和NO2-）作为厌氧氨氧化反应器的进水。在厌氧氨 氧化反应器内发生厌氧反应，有95%的氮转变成 N2，另外，还有少量的NO3-随出水 排出。
半硝化-厌氧氨氧化工艺适合处理高浓度NH4+-N废水和有机碳含量低的高NH4+-N浓 度工业废水。出水NH4+-N 可达到6.7mg/L、TN为24mg/L。
新型生物脱氮技术
环境生物技术
新型生物脱氮技术
一、传统生物脱氮简介
1、脱氮原理 2、传统脱氮工艺
二、新型生物脱氮技术
1、半硝化工艺（SHARON） 2、厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX） 3、半硝化-厌氧氨氧化工艺（ SHARON –ANAMMOX） 4、生物膜内自养脱氮工艺 （ CANON） 5、总结
有机氮通过酶和微生物作 用下释放氨的过程
微生物将氨氧化成亚硝酸盐， 硝态氮在反硝化细菌作用下还原 进一步氧化成硝酸盐 成氮气
微生物
细菌 霉菌 异养微生物：芽孢 杆菌、节杆菌、木 霉、曲霉、青霉等
亚硝化菌 硝化菌 以HCO3-为碳源，自 养；硝化反应消耗碱 度，pH下降；耗氧 4.2g/g（ NH4+- NO3-）。 O2作为电子供体。
4、臭氧湿式氧化 一种处理含氨氮废水比较有效的技术。碱性条件下，通过O3的湿式氧化过程产 生一些氧化能力很强的OH自由基，氧化水中氨氮。 可作为含有机物又含无机污染物废水的预处理； 也可作为废水深度处理后处理进一步降解废水中污染物。
5、生物电极脱氮技术 生物法和电化学结合起来的一种处理硝酸态氮污染水的生物电极法。 污水中的硝酸态氮在生物和电化学双重作用下降解，而微电流又可以刺激微生 物代谢活动。 把脱氮菌作为生物膜固定在一炭为材料的电极上，称为固定化微生物电极。 通过电极间通电产+ 2 H2O
污水处理中的生物脱氮技术应用
城市污水处理
总结词
城市污水处理是生物脱氮技术应用的重 要领域之一，通过生物脱氮技术可以有 效处理城市污水中含有的氮污染物，提 高水质并降低水体富营养化的风险。
VS
详细描述
城市污水中含有一定量的氮污染物，如生 活污水、雨水等。生物脱氮技术通过硝化 和反硝化作用，可以有效去除这些污染物 ，降低水体富营养化的风险，提高水质并 保障城市居民的用水安全。
02
CATALOGUE
生物脱氮技术应用场景
生活污水处理
总结词
生活污水处理是生物脱氮技术的重要应用领域，通过生物脱氮技术可以有效去 除生活污水中含有的氮污染物，达到净化水质的目的。
详细描述
生活污水中含有大量的氮污染物，如氨氮、硝态氮等，这些污染物对人体健康 和生态环境造成危害。生物脱氮技术通过微生物的硝化和反硝化作用，将氮污 染物转化为无害的氮气排出，从而达到净化水质的效果。
03
CATALOGUE
生物脱氮技术应用案例
某生活污水处理厂生物脱氮技术应用
总结词
成功应用、高效去除
详细描述
某生活污水处理厂采用生物脱氮技术，通过合理设计缺氧、好氧反应器，成功实现了对总氮的高效去 除。经过处理后的出水总氮浓度低于排放标准，满足了环保要求。
某工业废水处理厂生物脱氮技术应用
总结词
针对性强、效果显著
04
CATALOGUE
生物脱氮技术的发展趋势和挑战
生物脱氮技术的发展趋势
高效低耗
随着环保要求的提高，生物脱氮 技术正朝着高效、低能耗的方向 发展，以提高脱氮效率并降低运
行成本。
智能化控制
利用现代信息技术和人工智能技术 ，实现生物脱氮过程的智能化控制 ，提高处理效果和稳定性。
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溶解氧：好氧回流影响缺氧环境。 溶解氧：好氧回流影响缺氧环境。
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问题与发
景
关于常规工艺中存在碳源、泥龄、硝酸盐、 关于常规工艺中存在碳源、泥龄、硝酸盐、溶解氧等问题使得系统 同时去除效果不佳， 对N、P同时去除效果不佳，近几年出现的一些该进行的单污泥系统在 、 同时去除效果不佳 针对这些问题方面有了很大的改进与创新，然而仍难免顾此失彼、 针对这些问题方面有了很大的改进与创新，然而仍难免顾此失彼、治标 不治本，有些工艺在同时解决这些矛盾时又使得工艺流程复杂、 不治本，有些工艺在同时解决这些矛盾时又使得工艺流程复杂、运行稳 定性不够、增加基建费用和运行费用。 定性不够、增加基建费用和运行费用。
反应历程
NO-3→NO-2→NO→N2O→N2 NO→ NO-3+5[H](有机电子体)→1/2N2+2H2O+OH+5[H](有机电子体) 有机电子体 NO-2+3[H](有机电子体)→1/2N2+2H2O+OH+3[H](有机电子体) 有机电子体
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生物脱氮原理—反硝化作用 生物脱氮原理 反硝化作用
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问题与发
景
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Bardenpho„¥‚“工艺 „¥‚“ 脱氮工 脱氮
第一段缺氧利用原水中的有机物作为碳源和第一好氧池回流的硝态氮进行反硝 第二段缺氧利用内源呼吸碳源进行反硝化。 化。第二段缺氧利用内源呼吸碳源进行反硝化。最后曝气池用于净化残留的有机物 吹脱污水中的氮气。脱氮效果好，除磷效果差。 ，吹脱污水中的氮气。脱氮效果好，除磷效果差。
生物脱氮原理—硝化作用 生物脱氮原理 硝化作用 硝化
重要特征
NH3的生 物氧化需 要大量的 氧 硝化过程 细胞产率 非常低 硝化过程 中产生大 量的H+
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生物脱氮原理—硝化作用 生物脱氮原理 硝化作用
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生物脱氮原理—反硝化作用 生物脱氮原理 反硝化作用
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、
缺氧 ŽÆ 缺氧-ŽÆ 氧
脱氮工 脱氮工艺
优点：反硝化产生的碱度补充硝化反应之需；利用原污水中有机物， 优点：反硝化产生的碱度补充硝化反应之需；利用原污水中有机物，无 需外加碳源；有效控制污泥膨胀；流程简单，基建费用省。 需外加碳源；有效控制污泥膨胀；流程简单，基建费用省。 缺点：出水存在一定浓度硝酸盐，二沉池若有反硝化造成污泥上浮。 缺点：出水存在一定浓度硝酸盐，二沉池若有反硝化造成污泥上浮。 之对应的后置缺氧-好氧生物脱氮工艺 反硝化速率仅为前者的1/3好氧生物脱氮工艺， 与之对应的后置缺氧 好氧生物脱氮工艺，反硝化速率仅为前者的 1/8，必要时要在后缺氧区补充碳源。 ，必要时要在后缺氧区补充碳源。
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脱氮工 脱氮工艺
这种系统的优点是有机物降解菌、硝化菌、 这种系统的优点是有机物降解菌、硝化菌、反硝化菌分别在各自反应器内生长 增殖，环境条件适宜，并具有各自的污泥回流系统，反应速度快，而且比较彻底。 增殖，环境条件适宜，并具有各自的污泥回流系统，反应速度快，而且比较彻底。但也 存在处理设备多、造价高、处理成本高、管理不够方便等缺点。 存在处理设备多、造价高、处理成本高、管理不够方便等缺点。
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生物脱氮原理—氨化作用 生物脱氮原理 氨化作用
好养 厌氧或 缺氧
• 氧化酶催化下的氧化脱氨 • 好氧菌水解酶的催化作用
• 还原脱氨 • 水解脱氨 • 脱水脱氨
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生物脱氮原理—氨化作用 生物脱氮原理 氨化作用
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问题与发
景
硝酸盐：在常规工艺中，污泥一般从好氧曝气后的二沉池回流至厌氧 硝酸盐：在常规工艺中，污泥一般从好氧曝气后的二沉池回流至厌氧 段，由于这部分污泥含有一定量的硝酸盐，回流到厌氧区后利用进水 由于这部分污泥含有一定量的硝酸盐， 中的VFA进行反硝化 从而使厌氧释磷所需碳源不足， 进行反硝化， 中的VFA进行反硝化，从而使厌氧释磷所需碳源不足，影响了系统充 分释磷；如果在厌氧段释磷不充分，则在好氧段吸磷不完全，使系统 分释磷；如果在厌氧段释磷不充分，则在好氧段吸磷不完全， 的除磷效率降低。 的除磷效率降低。
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生物脱氮原理—反硝化作用 生物脱氮原理 反硝化作用
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生物脱氮工艺
1
脱氮工 脱氮工艺
2
、
缺氧 ŽÆ 缺氧-ŽÆ 氧
脱氮工 脱氮工艺
3
Bardenpho„¥‚“工艺 „¥‚“ 脱氮工 脱氮
4
SNdN过 SNdN过 、A2O、UCT A2O、
脱氮
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生物脱氮原理与应用
1
脱氮
（☆）
2
脱氮工艺 脱氮工
3
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景( 景(☆)
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生物脱氮原理
氨
细菌 机氮 机氮→氨氮
氨
将
‰åŽÆ 状态 氧 氧状态
将氨氮转 为
盐氮的 盐氮的生物化学反应
厌氧 氧 应
缺氧 DO<0.3-0.5mg/L） 缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件 ，NOx－-N•••) ，NOx－ 它氮 电 还 为氮气 氮 它气态氧 学
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SNdN过 SNdN过
在没有明显独立设置缺氧区的活性污泥法处理系统 内总氮被大量去除的过程。 内总氮被大量去除的过程。
反应器DO分布不均理论
缺氧微环境理论
微生物学解释
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A2O工艺 工艺
A2/O工艺流程当脱氮效果好时，除磷效果则差，反之亦然。该工艺 工艺流程当脱氮效果好时，除磷效果则差，反之亦然。 工艺流程当脱氮效果好时 很难同时取得好的脱氮除磷的效果；另外， 很难同时取得好的脱氮除磷的效果；另外，A2/O工艺设备造成的厌 工艺设备造成的厌 氧段和缺氧段的溶解氧浓度升高， 氧段和缺氧段的溶解氧浓度升高，而导致该工艺脱氮除磷效果下降
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UCT污水处理工艺 污水处理工艺
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问题与发
景
盐
氧
脱氮 除磷
碳
污
龄
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问题与发
景
碳源：碳源主要消耗于释磷、反硝化和异氧菌正常代谢等方面。其中 碳源：碳源主要消耗于释磷、反硝化和异氧菌正常代谢等方面。 释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分， 释磷和反硝化的反应速率与进水碳源中的易降解部分，尤其是挥发性 有机脂肪酸（VFA）的数量关系很大。常规的A2/O系统中 系统中， 有机脂肪酸（VFA）的数量关系很大。常规的A2/O系统中，聚磷菌 优先利用进水中的碳源， 优先利用进水中的碳源，使得在后续缺氧反硝化过程中碳源不足从而 影响脱氮效果； 影响脱氮效果；而对于一些改进工艺在优先满足反硝化所需碳源时系 统对P的效果不佳。 统对P的效果不佳。 泥龄：由于聚磷菌属于异养型微生物，繁殖速度快、生长世代周期比 泥龄：由于聚磷菌属于异养型微生物，繁殖速度快、 较短；而硝化菌属于自养型微生物，生长世代周期比较长；在常规的 较短；而硝化菌属于自养型微生物，生长世代周期比较长； 单级脱氮除磷工艺中，由于两类菌种混合培养，为了同时获得较好的 单级脱氮除磷工艺中，由于两类菌种混合培养， 释磷和硝化效果，势必会造成系统运行上的泥龄矛盾。 释磷和硝化效果，势必会造成系统运行上的泥龄矛盾。