2.2废水生物处理基本原理

如果不考虑合成，则：氧化1 mg NH4+-N为NO3?-N，需氧4.57mg，其中亚硝化反应3.43mg，硝化反应1.14mg，需消耗碱度7.14mg(以CaCO3计)

3、硝化反应所需要的环境条件

两种硝化菌对环境的变化都很敏感，要求较苛刻，主要如下：

① 好氧条件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的碱度以维持稳定的pH值(适宜的pH为8.0~8.4)； ② 进水中的有机物的浓度不宜过高，一般要求BOD5在15~20mg/l以下；

③ 硝化反应的适宜温度是20~30?C，15?C以下时，硝化反应的速率下降，小于5?C时，完全停止； ④ 硝化菌在反应器内的停留时间即污泥龄，必须大于其最小的世代时间(一般为3~10天)； ⑤ 高浓度的氨氮、亚硝酸盐或硝酸盐、有机物以及重金属离子等都对硝化反应有抑制作用。

三、反硝化反应（Denitrification）

1、反硝化反应及反硝化细菌

反硝化反应是指硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮（N2）的过程；

反硝化菌属异养型兼性厌氧菌，并不是一类专门的细菌，它们大量存在于土壤和污水处理系统中，如变形杆菌、假单胞菌等，土壤微生物中有50%是这一类具有还原硝酸盐能力的细菌；

?反硝化菌能在缺氧条件下，以NO2?N或NO3 ?N为电子受体，以有机物为电子供体，而将氮还原；?在反硝化菌的代谢活动下，NO2?N或NO3??N中的N可以有两种转化途径：① 同化反硝化，即最

?终产物是有机氮化合物，是菌体的组成部分；② 异化反硝化，即最终产物是氮气（N2）或笑气（N2O）。

2、反硝化反应过程及反应方程式

① 反应过程示意图：

② 反应方程式： 以[H]为电子供体： 第一步：NO3?2[H]?NO2?H2O

第二步：2H?2NO2?6[H]?N2??4H2O 总反应：2H?2NO3?10[H]?N2??6H2O

以甲醇为电子供体：

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???????? 第一步：3NO3?CH3OH?3NO2?2H2O?CO2

?第二步：2H??2NO2?CH3OH?N2??3H2O?CO2 ?总反应：6H??6NO2?5CH3OH?3N2??13H2O?5CO2

3、反硝化反应的影响因素

① 碳源：一是原废水中的有机物，当废水的BOD5/TKN大于3~5时，可认为碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；

② pH值：适宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率将大大下降；

③ 溶解氧：反硝化菌适于在缺氧条件下发生反硝化反应，但另一方面，其某些酶系统只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化反应宜于在缺氧、好氧交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下；

④ 温度：最适宜温度为20~40?C，低于15?C其反应速率将大为降低。

4、生物脱氮反应过程中各项生化反应特征

生化反应类型 微生物 能源 氧源(电子受体) 溶解氧 碱度 去除有机物 亚硝化 好氧菌及兼性菌 有机物 O2 1~2mg/l以上 无变化 Nitrosomonas 自养型菌 化能 O2 2mg/l以上 氧化1mgNH4+--N需要7.14mg/l碱度 氧化1mgNH4+--N需氧3.43mg 硝化 硝化 Nitrobacter 自养型菌 化能 O2 2mg/l以上 无变化 兼性菌 异养型菌 有机物 NO2- 、NO3- 0~0.5mg/l 还原1mgNO3---N或NO2---N生成3.57mg碱度 分解1mg有机物(COD)需NO2---N 0.58mg，NO3---N0.35mg所提供的化合态氧 6~8 34~37?C 好氧分解的1/2~1/2.5 2~8mg NO3---N /gMLSS.h 反硝化 耗氧 分解1mg有机物（BOD5）需氧2mg 氧化1mg NO2---N需氧1.14mg 最适pH值 最适水温 增殖速度(d-1) 分解速度 6~8 15~25?C 1.2~3.5 70~870 mgBOD/gMLSS.h 7~8.5 30?C 0.21~1.08 7mgNH4+--N /gMLSS.h 6~7.5 30?C 0.28~1.44

四、新型生物脱氮途径与工艺

1、短程生物脱氮工艺 2、SHARON工艺 3、ANAMMOX工艺

4、SHARON－ANAMMOX组合工艺

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5、OLAND工艺 6、CANON工艺

7、同时硝化反硝化（SND）工艺

第四节 废水生物除磷原理

一、磷在废水中的存在形式

2?3?通常磷是以磷酸盐（H2PO4?、HPO4、PO4）、聚磷酸盐和有机磷等的形式存在于废水中；细菌一般是从外部环境摄取一定量的磷来满足其生理需要；有一类特殊的细菌——磷细菌，可以过量地、超出其生理需要地从外部摄取磷，并以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，如果从系统中排出这种高磷污泥，则能达到除磷的效果。

二、生物除磷的基本过程

1、除磷菌的过量摄取磷

好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD5或体内贮存的聚?-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内。

2、除磷菌的磷释放

在厌氧条件下，除磷菌能分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚?-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外。

3、富磷污泥的排放

在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，废水生物除磷工艺是利用除磷菌的这一过程，将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。

三、生物除磷过程的影响因素

1、溶解氧：

在除磷菌释放磷的厌氧反应器内，应保持绝对的厌氧条件，即使是NO3-等一类的化合态氧也不允许存在；在除磷菌吸收磷的好氧反应器内，则应保持充足的溶解氧。

2、污泥龄：

生物除磷主要是通过排除剩余污泥而去除磷的，因此剩余污泥的多少对脱磷效果有很大影响，一般污泥短的系统产生的剩余污泥多，可以取得较好的除磷效果；有报道称：污泥龄为30d，除磷率为40%；污泥龄为17d，除磷率为50%；而污泥龄为5d时，除磷率高达87%。

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3、温度：

在5~30?C的范围内，都可以取得较好的除磷效果；

4、pH值：

除磷过程的适宜的pH值为6~8。

5、BOD5负荷：

一般认为，较高的BOD负荷可取得较好的除磷效果，进行生物除磷的低限是BOD/TP = 20；有机基质的不同也会对除磷有影响，一般小分子易降解的有机物诱导磷的释放的能力更强；磷的释放越充分，磷的摄取量也越大。

6、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮

硝酸盐的浓度应小于2mg/l；当COD/TKN ? 10，硝酸盐对生物除磷的影响就减弱了。

7、氧化还原电位：

好氧区的ORP应维持在+40~50mV之间；缺氧区的最佳ORP为-160~? 5mV之间。

第五节 废水可生化性原理及其判别

一、废水可生化性的定义

生物降解性能是指在微生物的作用下，使某一物质改变原来的化学和物理性质，在结构上引起的变化程度。

二、废水可生化性的分类

可分为三类：

① 初级生物降解——指有机物原来的化学结构发生了部分变化，改变了分子的完整性； ② 环境可接受的生物降解——指有机物失去了对环境有害的特性；

③ 完全降解——在好氧条件下，有机物被完全无机化；在厌氧条件下，有机物被完全转化为CH4、CO2等。

有机物生物降解性能的分类：

① 易生物降解——易于被微生物作为碳源和能源物质而被利用； ② 可生物降解——能够逐步被微生物所利用； ③ 难生物降解——降解速率很慢或根本不降解。

三、鉴定和评价废水中有机污染物的好氧生物降解性的方法：

1、水质指标法：采用BOD5/COD作为有机物评价指标。

2、瓦呼仪法：根据有机物的生化呼吸线与内源呼吸线的比较来判断有机物的生物降解性能。测试时，接种物可采用活性污泥，接种量为1?3 gSS/l；

四、影响有机物生物降解性能的因素：

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1、与化学物质的种类性质有关的因素（化学组成、理化性质、浓度、与它种基质的共存）； 2、与微生物的种类、性质有关的因素（微生物的来源、数量、种属间的关系）； 3、与有机物、微生物所处的环境有关的因素（pH值、DO、温度、营养物等）。

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