生物反硝化过程ppt课件
硝化与反硝化反应
硝化与反硝化反应一、硝化反应1、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++ 3/2 O2→ NO2-+ 2H++ H2O - △E △E=278.42KJ接着亚硝酸盐转化为硝酸盐：NO2-+ 1/2 O2→ 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++ 2 O2→ 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-+1.04H2O+1.88H2CO3上式可知：在硝化过程中，1g 氨氮 NH4+-N 氧化为转化为 NO2--N 需 3.43gO2，氧化1gNO2--N 需要 1.14gO2,所以氧化 1gNH4+-N 需要 4.57gO2；硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每 lg 氨氮 NH4+-N 氧化为 NO3-，将消耗碱度2*50/14=7.l4g(以 CaCO3计)。
2、影响硝化过程的主要因素有：(1)pH 值和碱度当 pH 值为 8.0～8.4 时(20℃)，硝化作用速度最快，其中亚硝化菌 6.0～7.5，硝化菌 7.0～8.5。
由于硝化过程中 pH 将下降，当废水碱度≤70mg/l，则需投加石灰，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；5℃时完全停止。
(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。
硝化与反硝化
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++3/2O2 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+0.98 NO3-+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。
缺氧(反硝化)反应
缺氧反应可以有效降低水体中的 硝酸盐和有机物含量，提高水质。
土壤修复
01
02
03
去除重金属
在缺氧条件下，土壤中的 重金属可以被还原为低毒 或无毒形态，降低对环境 和人体的危害。
修复农药污染
通过缺氧反应可以将农药 分解为无害物质，达到土 壤修复的目的。
提高土壤肥力
缺氧反应产生的有机酸和 气体可以促进土壤微生物 的生长和活动，提高土壤 肥力。
水力停留时间
水力停留时间的长短会影响缺氧(反硝化)反应的效率，太短或太长都不利于反应 的进行。
04
缺氧(反硝化)反应的应用
污水处理
01
02
03
反硝化脱氮
去除有机物
改善水质
在缺氧条件下，反硝化细菌将硝 酸盐还原为氮气，达到脱氮目的。
缺氧环境中的厌氧菌可将有机物 分解为小分子有机酸和气体，如 甲烷和二氧化碳。
微生物种群的研究
微生物种群多样性
研究缺氧(反硝化)反应过程中微生物种群的多样性和动态变化，揭 示不同微生物在缺氧环境中的生存策略和相互作用。
关键功能微生物
鉴定在缺氧(反硝化)反应中发挥关键作用的微生物种群，深入了解 其在反应过程中的作用和贡献。
微生物互作网络
研究缺氧(反硝化)反应过程中微生物之间的互作关系和网络结构， 揭示微生物群落的协同作用和生态平衡。
生物脱氮技术
降低能耗
与传统的物化脱氮技术相比，生物脱氮技术能耗低， 运行成本低。
减少二次污染
生物脱氮技术可以充分利用微生物的代谢作用，将污 染物转化为无害或低害的物质，减少二次污染。
适应性广
生物脱氮技术适用于各种类型的废水处理，包括生活 污水、工业废水和城市污水等。
第四讲-缺氧(反硝化)反应
0 . 1 C 3 C 2 0 . 1 H 5 O N 3 4 0 . 1 H O O 3 0 4 . 0 C 5 H 8 7 3 N 1 2 0 . 0 8 2 N O 2 0 . 6 1 2 H 3 5 2 0 . 1 H C 2 8 O 5 5 0 . 0 C O 2 4 6
率，其影响可用下式表示：
' D
m
CN DKsNCN
一般认为当废水中的BOD5/TKN大于3～5时，可无需外加碳源，否则需另外 投加有机碳源。外加碳源大多投加甲醇，因它被氧化分解后的产物为CO2和 H2O，不留下任何难以分解的中间产物，而且能获得最大的反硝化速率，一 般来说，该速率为无外加碳源时的四倍。以甲醇为碳源时，碳源浓度对反硝
NO3Fe(III) SO42-
N2，CO2
Fe(II), CO2
H2S, CO2 CH4, CO2
一、反硝化的作用机理
反硝化作用的定义
• 生物反硝化过程是指在无氧或低氧条件 下，微生物将硝酸盐氮（NO3--N）和亚 硝酸盐氮（NO2--N）还原成气态氮的过 程。
• 参与这一过程的微生物称为反硝化菌， 是一类兼性厌氧微生物。
0.349
0.601
0.575
1.212
0.084
表观C/N 2.37 2.05 1.40 1.79 1.91
1.72 2.12
城市污水的反硝化速率
第一阶段反硝化速率最快，为50mg(NO3—N)/L·h，共持续5—15min，第二阶段反 硝化速率为16 mg(NO3—N)/L·h，直至全部碳源耗光，第三阶段是内源呼吸反硝化 速率，为5.4 mg(NO3—N)/L·h。
化的影响可用Monod
公式进行模拟。
缺氧反硝化反应
缺氧反硝化反应的定义
• 缺氧反硝化反应是指在厌氧或微氧条件下，微生物 将硝酸盐作为电子受体，将有机物或硫化物作为电 子供体，通过一系列酶促反应将硝酸盐还原成氮气 的过程。
02 缺氧反硝化反应的原理
反硝化细菌的种类与特性
反硝化细菌种类
反硝化细菌是一类能够将硝酸盐和亚 硝酸盐还原为氮气的微生物，包括假 单胞菌属、芽孢杆菌属、梭菌属等。
感谢您的观看
Hale Waihona Puke 03缺氧反硝化反应在污水处理中具有较高的脱氮效率，且操作 简单，成本较低。
在土壤修复中的应用
1
缺氧反硝化反应在土壤修复中主要用于去除土壤 中的硝酸盐和氮元素，以改善土壤质量。
2
通过缺氧反硝化反应，可以将土壤中的硝酸盐还 原成氮气，从而降低土壤中的氮含量，改善土壤 的理化性质。
3
缺氧反硝化反应在土壤修复中具有较好的应用效 果，且对环境友好，具有较好的生态效益。
探索不同环境条件下缺氧反硝化反应的规律和影 响因素，了解其在自然环境和工程应用中的实际 效果和限制因素，提高反硝化效率。
加强跨学科合作，结合环境科学、化学、生物学 等多学科的理论和方法，深入探究缺氧反硝化反 应的机理和过程，推动反硝化技术在实际应用中 的创新和发展。
THANKS FOR WATCHING
反硝化细菌的基因组学研究
随着测序技术的发展，越来越多的反硝化细菌基因组被解析，有助于深入了解 其代谢机制和生态适应性。
反硝化酶的分子机制研究
反硝化酶是实现反硝化过程的关键酶，对其分子机制的研究有助于揭示反硝化 过程的调控机制。
缺氧反硝化反应的强化技术
生物膜反应器
通过在反应器中添加载体或使用生物 膜技术，提高反硝化细菌的附着和生 长，从而提高缺氧反硝化反应的效率 。
生物脱氮除磷 短程硝化反硝化
硝酸菌 反硝化菌
短程硝化反硝化脱氮途径
反应方程式如下：
影响因素
Do浓度
1
污泥泥龄 5
2
自由氨
4
温度
3
pH值
短程硝化反硝化潜在优势
曝气量 • 硝化阶段无需将NO2-氧化成NO3-，节省的曝气量大约占25% • 反硝化阶段直接将NO2-转化为N2，节省大量碳源，大约为40%
碳源
• 亚硝化细菌世代周期比硝化细菌短，缩短硝化反应时间
昔日Dokhaven
荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂改造工程
设计负荷：47万人口 处理水量：9100m3/h（旱季）
19000m3/h（雨季） 原始处理工艺：AB法（吸附——生物降解工艺）
出水指标和实际出水参数
指标
BOD(mg/L) TKN(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) SS(mg/L)
1980年设计值 20 20 -* 30
分阶段排放标准 1995年起 20 20 1 30
2006年后 20 20 1 30
处理结果 目前出水水质
4 7.7 24 0.8 2
原始工艺设计（1980年）并未考虑对氮、磷的去除，而新的《市政污水排 放规范》明确规定从1995年起对磷的排放限制，而且从那时起对氮的限制也逐 渐由对TKN 的控制转向对总氮的控制。显然，原始的设计不能满足对营养物去 除的要求，需要进行升级。对脱氮来说，及时对污泥消化液采用了近年在荷兰 研发出来的SHARON和 ANAMMOX工艺。
生物脱氮技术
短程硝化反硝化
目录
CONTENTS
技术原理
技术背景
典型工艺
01 技 术 背 景
污水中氮的主要形态酸 盐氮
硝化反硝化
A、硝化反应过程：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。
他包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas sp）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobacter sp）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或NO2-的氧化还原反应获得能量。
硝化反应过程需要在好氧（Aerobic或Oxic）条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。
其相应的反应式为：亚硝化反应方程式：55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3硝化反应方程式：400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O硝化过程总反应式：NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1克氨氮氧化为硝酸盐氮需好氧4.57克（其中亚硝化反应需耗氧3.43克，硝化反应耗氧量为1.14克），同时约需耗7.14克重碳酸盐（以CaCO3计）碱度。
在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下几个过程：氨离子NH4-→羟胺NH2OH→硝酰基NOH→亚硝酸盐NO2-→硝酸盐NO3-。
B、反硝化反应过程：在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从无水中逸出，从而达到除氮的目的。
反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。
当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电子受体，O2-作为受氢体生成水和OH-碱度，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。
污水处理中的硝化与反硝化过程
污水处理厂的硝化与反硝化应用
污水处理厂是硝化与反硝化过程的重要应用场所，通过硝化反应将有机 氮转化为硝酸盐，再通过反硝化反应将硝酸盐转化为氮气，从而达到去 除氮污染物的目的。
硝化反应通常在好氧条件下进行，由硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐；反 硝化反应则在缺氧条件下进行，由反硝化细菌将硝酸盐还原成氮气。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
硝化反应的微生物学基础
硝化细菌是一类好氧性细菌，能够将氨氮氧化成硝酸盐。
硝化细菌主要包括亚硝化Байду номын сангаас菌和硝化细菌两类，分别负责亚硝化和硝化两个阶段 。
硝化反应的影响因素
溶解氧
硝化反应是好氧反应，充足的溶解氧是保证硝化 反应顺利进行的关键。
pH值
硝化细菌适宜的pH值范围为7.5-8.5。
ABCD
温度
硝化细菌对温度较为敏感，适宜的温度范围为 20-30℃。
应对气候变化
资源回收利用
探索污水处理过程中资源的回收利用，如能源、肥 料等，提高污水处理的经济效益和社会效益。
随着气候变化加剧，污水处理系统需应对极 端天气和自然灾害的挑战，保障硝化与反硝 化过程的稳定运行。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进先进技术与管理 经验，推动硝化与反硝化技术的创新发展。
害。
城市污水处理中的硝化与反硝化应用
城市污水中的氮污染物主要来源于生活污水和部分工业废水，硝化与反硝化过程在 城市污水处理中具有重要作用。
城市污水处理厂通常采用生物反应器进行硝化与反硝化反应，通过合理控制反应条 件，提高脱氮效率。
城市污水处理中的硝化与反硝化应用可以有效降低水体中氮污染物含量，改善城市 水环境质量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
每转化1g [NO2-N]为N2 时，需有机物
1.71g
.
3
加甲醇
每还原1g NO3-N需 要甲醇2.47g
反硝化总方程式
每还原1g NO2-N 需要甲醇1.53g
当水中有溶解氧存在时，氧消耗甲醇的反应式为：
每个溶解氧消耗甲 醇0.87个
反硝化过程中甲醇的总用量Ca为：
.
4
温度 35~45℃
pH值 6.5~7.5
C/N比 BOD/TKN:>4~6
影响因素
碳源有机物 甲醇
溶解氧 厌氧:<0.5mg/L
.
5
生物反硝化过程
.
1
硝化反应
缺氧
硝酸盐 亚硝酸盐
N2 (NO、NO2）
排放
单胞菌属、反 硝化杆菌属、 螺旋菌属和无
色杆菌属等
兼性细菌
异化作用
反
硝
缺氧
化
细
同化作用
菌 硝酸盐
氨氮
亚硝酸盐
新细胞合成
好氧
氧化分解有机物
.
2
异化作用
不足
充足
加甲醇
有机物提供
电子受 体
电子供 体
受氢体
受氢体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
每转化1g
[NO3-N]为 N2时，需有 机物2.86g