廢水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝氮和硝酸鹽4種形態存在。傳統生物脫氮技術遵循已發現的自然界氮循環機理,脫氮機理分為氨化,硝化,反硝化。
一、氨化作用
有機氮化合物在氨化菌作用下,分解轉化為氨氮,稱為“氨化作用”。氨化作用是脫出羧基和氨基的過程。
氨化菌是異養菌(需要一定碳源),有好氧菌、兼性菌和厭氧菌,因此有機氮很容易被氨化。
二、硝化作用
1、亞硝酸菌利用氧將氨氮轉化為亞硝酸氮;
2、硝酸菌利用氧將亞硝酸氮轉化為硝酸氮,這一過程統稱硝化。
(1)硝化過程
亞硝酸菌和硝酸菌均為化能自養菌,統稱硝化細菌。屬革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短干菌和球菌,以CO2為碳源,從無機物的氧化中獲取能量。生長速率很低(因為NH4+-N和NO2--N氧化過程產能底)。
(2)影響硝化反應的環境因素
溫度:影響硝化細菌的比增長速率,及活性。一般4—45℃,很好30℃。
溶解氧:硝化細菌——好氧菌,DO影響反應速率和細菌增長速度。一般DO≥2mg/L。
堿度和pH:如反應式,硝化過程產生[H+],消耗堿度,pH會下降。硝化細菌對pH相當敏感(亞硝酸菌pH=7.7—8.1活性很強,硝酸菌pH=7.0—7.8活性很強),pH不適宜時活性急劇下降,pH值波動是致命的。
C/N比:硝化細菌比增速率很慢,比其它異養菌底一個數量級,污水中的C/N過高(COD/TKN=10—15),對硝化細菌基質競爭不利。
泥齡:短時易被洗脫排出。
有毒物質:常規毒物對其有害,氨及亞硝酸對其也有毒性,消化污泥上清液回流水就抑制活性20%左右。
三、反硝化作用
在缺氧/厭氧條件下,兼性異養菌將硝酸氮又轉化為亞硝酸氮、繼而還原為氮氣(N2、N2O、NO)釋放出來,這一階段使氮脫除,叫反硝化。
(1)反硝化過程
反硝化細菌—異養兼性厭氧菌,自然界很多。包括變形桿菌、假單胞桿菌、小球菌。在有分子氧(O2)存在時,利用O2呼吸降解有機物,無O2時利用NO2-、NO3-作為電子受體。
NOx-N的還原包括同化作用(合成細胞)和異化作用(分解脫氮為N2),異化反硝化為主,占到總脫氮量的70—75%。
(2)影響反硝化反應的環境因素
溶解氧:抑制反硝化菌活性,與硝態氮競爭電子供體。一般DO<0.3mg/L。另外,反硝化菌體內某些酶只有在有氧條件下合成,所以要求好氧厭氧交替工作。
堿度和pH:反硝化過程產生[OH-],積累堿度,正好補充硝化過程中消耗的堿度。反硝化細菌對pH也敏感,適宜pH=7.0—7.5活性很強,pH不適宜時活性下降,pH值波動是致命的。
碳源有機物:有機物是反硝化反應的碳源,也是電子供體,消耗量很大。要求原水中提供或人工加入。
C/N比:理論上,還原1g硝酸氮——需要碳源2.86g(BOD5),一般原水中的都不夠。
有毒物質:反硝化細菌抗毒性能力>硝化細菌,與一般好氧異養菌相同。所以毒性瓶頸在消化過程。
四、污水生物脫氮的基本條件
對于生物脫氮所需要具備的基本條件:
C/N比值是判別能否有效脫氮的重要指標。從理論上講,C/N≥2.86就能進行生物脫氮,但一般認為,C/N≥3.5才能進行有效脫氮。
要達到生物脫氮的目的,完全硝化是先決條件,充足的碳源是基本保障。
首先硝化得進行,至于反硝化,碳源是關鍵。還有回流比、缺氧池的大小等。
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