生物脫氮除磷

生物脫氮除磷課件第一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三1第1章概述1.1我國氮磷的污染狀況1.2氮磷對水體的危害第二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三2NH4+NO2-NO3-N2、NxO水解亞硝酸菌硝酸菌O2堿度O2堿度BOD堿度有機(jī)氮反硝化菌有機(jī)氮（產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)）同化作用厭氧氨氧化第三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三3第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三42.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1.1生物脫氮反應(yīng)過程2.1.2硝化反應(yīng)與微生物2.1.3反硝化反應(yīng)第五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三52.1.1生物脫氮反應(yīng)過程

1）氨化反應(yīng)：將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨。

2）硝化反應(yīng)：將氨氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。

3）反硝化反應(yīng)：將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為N2。第六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三62.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1.1生物脫氮反應(yīng)過程2.1.2硝化反應(yīng)與微生物2.1.3反硝化反應(yīng)第七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三72.1.2硝化反應(yīng)與微生物一、硝化反應(yīng)微生物

二、硝化反應(yīng)式

第八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三82.1.2硝化反應(yīng)與微生物一、硝化反應(yīng)與微生物（一）硝化過程（二）對硝化細(xì)菌的新認(rèn)識第九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三92.1.2硝化反應(yīng)與微生物一、硝化反應(yīng)與微生物（一）硝化過程與微生物

硝化菌由亞硝酸細(xì)菌（氨氧化細(xì)菌）和硝酸細(xì)菌（亞硝酸鹽氧化細(xì)菌）兩個亞群組成。自養(yǎng)型硝化菌都是一些革蘭氏陰性菌，硝化時(shí)它們以氧作為最終的電子受體，屬于嚴(yán)格的好氧菌。（1）第一步由亞硝酸菌將氨氮（NH4＋和NH3）轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽(NO2-)；（2）第二步再由硝酸菌將NO2-氧化成硝酸鹽（NO3-）。第十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三10（二）對硝化細(xì)菌的新認(rèn)識硝化細(xì)菌屬自養(yǎng)型細(xì)菌，碳源是CO2。有些自養(yǎng)型硝化細(xì)菌能混養(yǎng)（混合營養(yǎng)）生長（以CO2、有機(jī)物為碳源）,少數(shù)可異養(yǎng)生長。亞硝酸細(xì)菌（五個屬）

Nitrosomonas自養(yǎng)、混養(yǎng)；Nitrosococcus自養(yǎng)、混養(yǎng)；Nitrosospira嚴(yán)格自養(yǎng)；Nitrosovibrio自養(yǎng)、混養(yǎng)；Nitrosolobus自養(yǎng)、混養(yǎng)；以氨為唯一能源，自養(yǎng)生長時(shí)，以CO2為唯一碳源；混養(yǎng)時(shí)，可同化有機(jī)物。2.1.2硝化反應(yīng)與微生物第十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三11（二）對硝化細(xì)菌的新認(rèn)識

硝酸細(xì)菌：自養(yǎng)型，有些可混養(yǎng)生長，某些菌株能異養(yǎng)生長。Nitrobacter自養(yǎng)、可異養(yǎng)，自養(yǎng)快于異養(yǎng)Nitrococcus嚴(yán)格自養(yǎng)Nitrospina嚴(yán)格自養(yǎng)Nitrospira自養(yǎng)、混養(yǎng)以NO2-為唯一能源，自養(yǎng)生長時(shí)，以CO2為唯一碳源；混養(yǎng)時(shí)，可同化有機(jī)物。2.1.2硝化反應(yīng)與微生物第十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三122.1.2硝化反應(yīng)與微生物一、硝化反應(yīng)微生物

二、硝化反應(yīng)式

第十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三132.1.2硝化反應(yīng)與微生物二、硝化反應(yīng)式（一）硝化反應(yīng)的理論反應(yīng)式（二）硝化反應(yīng)的生化反應(yīng)式（三）硝化反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系（四）硝化反應(yīng)代謝途徑與電子轉(zhuǎn)移數(shù)第十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三14二、硝化反應(yīng)式NH3＋3/2O2→NO2-＋H2O＋H＋NO2-＋1/2O2→NO3-

NH3＋2O2→NO3-＋H2O＋H＋(一）硝化反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式硝化反應(yīng)耗氧量：NH4＋→NO3-4.57gO2/gNH4＋-NNH4＋→NO2-3.43gO2/gNH4＋-NNO2-→NO3-1.14gO2/gNO2--N第十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三15二、硝化反應(yīng)式NH3+O2

→NH2OH

(二）硝化反應(yīng)的生化反應(yīng)（1）氨氧化為羥氨：NH3→NH2OH→NO→NO2-→NO3-氨單加氧酶羥胺氧還酶羥胺氧還酶亞硝酸鹽氧還酶第十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三16NH2OH＋H2O

→HNO2＋4H＋＋

4e-

ΔG0=+23kJ/mol0.5O2+2H＋＋

2e-→H2O

ΔG0=-137kJ/mol(二）硝化反應(yīng)的生化反應(yīng)式（2）羥胺氧化為亞硝酸鹽：分兩步，中間產(chǎn)物為NONH2OH＋0.5O2→HNO2＋2H＋＋

2e-

ΔG0=-114kJ/mol羥胺氧化所需的氧是由水提供的第十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三17NO2-＋H2O→NO3-+2H++2e-

ΔG0=+83kJ/mol0.5O2+2H++2e-→H2O

ΔG0=-137kJ/mol(二）硝化反應(yīng)的生化反應(yīng)式（3）亞硝酸氧化為硝化鹽：NO2-＋0.5O2→NO3-

ΔG0=-54kJ/mol第十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三18（三）硝化反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系第一步

1.00NH4＋＋1.44O2＋0.0496HCO3－→

0.99NO2-＋0.01C5H7NO2＋0.97H2O＋1.99H+第二步1.00NO2-＋0.50O2＋0.031CO2＋0.00619NH4＋＋0.124H2O→1.00NO3-+0.00619C5H7NO2＋0.00619H+細(xì)胞物質(zhì)：C5H7NO2（1）硝化反應(yīng)生物合成反應(yīng)式：若考慮硝化細(xì)菌新細(xì)胞的合成，則反應(yīng)式為：第十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三19硝化生物合成總反應(yīng)式：

NH4＋＋1.89O2＋0.0805CO2→

0.984NO3-＋0.0161C5H7NO2＋0.952H2O＋1.98H+第二十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三20將1gNH3-N氧化為硝酸鹽：消耗約4.3gO2中和7.14g堿度利用0.08g無機(jī)碳產(chǎn)生0.15g新細(xì)胞（2）硝化反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系消耗氧的計(jì)量關(guān)系：完全氧化1gNH4+-N，需消耗4.25gO2完全氧化生成1gNO3--N，需消耗4.34gO2第二十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三21代謝過程由多種酶催化氨單加氧酶（AMO）、羥胺氧還酶（HAO）、亞硝酸鹽氧還酶（NOR）。硝化反應(yīng)代謝途徑：

NH4＋→NH2OH→NO

→NO2-

→NO3-電子轉(zhuǎn)移數(shù)：NH4＋氧化為NO2-，經(jīng)歷了多個步驟、6個電子變化，說明亞硝酸菌的酶系統(tǒng)十分復(fù)雜。亞硝酸氧化反應(yīng)只經(jīng)歷了1步、2個電子變化。（四）硝化反應(yīng)代謝途徑與電子轉(zhuǎn)移數(shù)第二十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三222.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1.1生物脫氮反應(yīng)過程2.1.2硝化反應(yīng)與微生物2.1.3反硝化反應(yīng)第二十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三232.1.3反硝化反應(yīng)一、反硝化原理（1）原理與反應(yīng)（2）反硝化代謝途徑（3）參與反硝化代謝的酶（4）反硝化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系二、對反硝化菌的新認(rèn)識第二十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三242.1.3反硝化反應(yīng)（1）原理與反應(yīng)

生物反硝化是指污水中的硝態(tài)氮NO3-和亞硝態(tài)氮NO2-，在無氧或低氧條件下被反硝化細(xì)菌還原成氮?dú)獾倪^程。反應(yīng)式如下：NO3-＋2H→NO2-＋H2O

NO2-＋3H→1/2N2＋H2O＋OH－

總：NO3-＋5H→1/2N2＋2H2O＋OH－一、反硝化原理有機(jī)物為供氫體第二十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三25反硝化過程中NO2-和NO3-的轉(zhuǎn)化是通過反硝化細(xì)菌的異化作用完成的，被還原成N2。同化作用是NO2-和NO3-被還原成NH3－N，用于新細(xì)胞的合成。NO3-NO2-NH2OHNH3NO2-NO→N2ON2同化反硝化，合成細(xì)胞異化反硝化（2）反硝化代謝途徑氣態(tài)第二十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三261）硝酸鹽還原酶NO3-→NO2-2）亞硝酸鹽還原酶NO2-→NO3）NO還原酶NO→N2O4）N2O還原酶N2O→N2（3）參與反硝化代謝的酶第二十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三27（4）反硝化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系完全還原1gNO3-→N2相當(dāng)于提供了2.86gO2，產(chǎn)生0.45gVSS，產(chǎn)生3.57g堿度當(dāng)NO3--N濃度為1mg/L以上時(shí)，可認(rèn)為反應(yīng)速率為零級反應(yīng)NO3-+5/6CH3OH→5/6CO2+1/2N2+7/6H2O+HO-以甲醇為電子供體的反硝化反應(yīng)式：第二十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三28（4）反硝化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系完全還原1gNO3-→N2約消耗2.47g甲醇，產(chǎn)生0.45gVSS，產(chǎn)生3.57g堿度NO3-+5/6CH3OH→1/2N2+5/6CO2+7/6H2O+HO-以甲醇為電子供體的反硝化反應(yīng)式：考慮細(xì)胞合成，以甲醇為電子供體的反硝化反應(yīng)式：NO3-+1.08CH3OH→0.47N2+0.056C5H7NO2+0.76CO2+1.44H2O+HO-第二十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三29二、對反硝化菌的認(rèn)識反硝化菌是異養(yǎng)兼性厭氧菌反硝化菌的能源（1）化能型：大多數(shù)為化能異養(yǎng)型

以有機(jī)物作為能源和碳源少數(shù)化能自養(yǎng)，以氫、氨、硫、硫化氫等無機(jī)物為能源；

S+NO3-+H2O→SO42-+N2+H+（2）光能型（光合細(xì)菌）：有光時(shí)，光能異養(yǎng)生長。

黑暗條件，化能異養(yǎng)生長。第三十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三30第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第三十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三312.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.2.1硝化反應(yīng)動力學(xué)2.2.2反硝化反應(yīng)動力學(xué)第三十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三32硝化反應(yīng)更接近于莫諾特（Monod）關(guān)系式的基本條件。因此，常用莫諾特動力學(xué)方程來反映硝化細(xì)菌的反應(yīng)和生長過程。硝化反應(yīng)中，亞硝酸菌的增值速度控制硝化的總反應(yīng)速度。一、亞硝酸菌增值速率二、NH4+-N氧化反應(yīng)速率Monod動力學(xué)關(guān)系三、亞硝酸菌的凈增值速度四、硝化的最小污泥齡2.2.1硝化反應(yīng)動力學(xué)第三十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三33（1）亞硝酸菌比增值速度———莫諾特關(guān)系式式中μN(yùn)——亞硝酸菌的比增殖速度，1/d；μN(yùn)max——亞硝酸菌的最大比增殖速度；N-——NH4+-N濃度，mg/L；X——亞硝酸菌濃度，mg/L；KSN——飽和常數(shù)，mg/L；一、亞硝酸菌增值速度（2）亞硝酸菌的增殖速度為：式中μ——亞硝酸菌增殖速度，mg/(L?d)第三十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三34（3）NH4+-N氧化速度NH4+-N比氧化速度，1/d

可用下式表示：NH4+-N氧化速度mg/(L﹒d)式中N-——NH4+-N濃度，mg/L；X——亞硝酸菌濃度，mg/L；第三十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三35（4）亞硝酸菌產(chǎn)率系數(shù)YN

第三十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三36二、NH4+-N氧化反應(yīng)Monod動力學(xué)關(guān)系

第三十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三37由以上公式，令則NH4+-N氧化Monod動力學(xué)關(guān)系式如下：最大氨氮氧化速度NH4+-N氧化速度NH4+-N比氧化速度第三十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三38

式中：——亞硝酸菌凈增殖速度；——亞硝酸菌合成速度；——亞硝酸菌自身分解速度。（1）亞硝酸菌的凈增值速度式中Kd——亞硝酸菌自身分解系數(shù)，1/d。三、硝化的最小污泥齡第三十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三39上式各項(xiàng)除X得：

式中：——亞硝酸菌凈比增殖速度?；?qū)⑸鲜酱牍降茫害蘥μN(yùn)第四十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三40污泥齡與凈比增值速率的關(guān)系：得：代入為了維持硝化菌的數(shù)量，設(shè)計(jì)最小污泥齡θcmin必須滿足：設(shè)計(jì)的固體停留時(shí)間θcd應(yīng)為計(jì)算值的1.5~2.5倍。（2）硝化的最小污泥齡第四十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三41硝化反應(yīng)的動力學(xué)常數(shù)（20℃）常數(shù)符號單位數(shù)值亞硝酸菌硝酸菌總最大比增長速度μN(yùn)maxd-10.6~0.80.6~1.00.6~0.8飽和常數(shù)KSNgNH4+-N/m30.3~0.70.8~1.20.3~0.7產(chǎn)率系數(shù)YNgVSS/gN0.10~0.120.05~0.070.15~0.20自身分解系數(shù)Kdd-10.03~0.060.03~0.060.03~0.06對于污水處理來說，出水氨氮一般較高，可認(rèn)為是零級反應(yīng)。>25℃，亞硝酸菌生長速率>硝酸菌第四十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三422.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.2.1硝化反應(yīng)動力學(xué)2.2.2反硝化反應(yīng)動力學(xué)第四十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三432.2.2反硝化反應(yīng)動力學(xué)當(dāng)NO3--N濃度為1mg/L以上時(shí)，可認(rèn)為反應(yīng)速率為零級反應(yīng)一、反硝化菌比增值速度——莫諾特關(guān)系式二、NO3--N的還原反應(yīng)——莫諾特動力學(xué)公式三、反硝化菌的凈增殖速度四、反硝化菌的污泥齡在反硝化反應(yīng)時(shí)，硝酸鹽為單一的物質(zhì)，所以反硝化反應(yīng)符合莫諾特關(guān)系。因此，用莫諾特（Monod）動力學(xué)方程來反映反硝化細(xì)菌的反應(yīng)和生長過程。第四十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三44μD——反硝化菌的比增殖速度，1/d；μDmax——反硝化菌的最大比增殖速度，1/d；D——NO3--N濃度，mg/L；X——反硝化菌濃度，mg/L；KSD——飽和常數(shù)，mg/L；一、反硝化菌比增值速度——莫諾特關(guān)系式（1）反硝化菌比增值速度——莫諾特關(guān)系式式中μ——反硝化菌的增殖速度，mg/(L.d)。（2）反硝化菌的增殖速度第四十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三45NO3--N的還原速率mg/(L.d)；NO3--N的比還原速率1/d；（3）NO3--N的還原速度NO3--N的還原速度可用下式表示：D——NO3--N濃度，mg/L；X——反硝化菌濃度，mg/L；第四十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三46（4）反硝化菌的產(chǎn)率系數(shù)：第四十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三47NO3--N的還原速度如下：二、NO3--N的還原反應(yīng)莫諾特動力學(xué)公式NO3--N還原速率NO3--N比還原速率第四十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三48令則，NO3--N還原反應(yīng)莫諾特動力學(xué)公式如下：NO3--N還原速率NO3--N比還原速率第四十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三49——反硝化菌凈增殖速度；——反硝化菌總增殖速度；三、反硝化菌的凈增殖速度——反硝化菌自身分解速度；——反硝化菌自身分解系數(shù)，1/d。第五十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三50——反硝化菌凈比增殖速度。令：將上式帶入凈增殖速率公式，同時(shí)各項(xiàng)除以X，得反硝化菌凈比增殖速度：第五十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三51得出根據(jù)美國環(huán)保局提出，反硝化過程中反硝化菌自身分解系數(shù)Kd=0.04d-1。四、反硝化菌的污泥齡代入最小污泥齡：第五十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三52第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第五十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三532.3生物脫氮影響因素2.3.1硝化反應(yīng)的影響因素2.3.2反硝化反應(yīng)的影響因素第五十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三54（1）溫度

（2）溶解氧

（3）pH

（4）堿度

（5）抑制性物質(zhì)

（6）污泥負(fù)荷

（7）生物固體停留時(shí)間2.3.1硝化反應(yīng)的影響因素第五十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三55（1）溫度：

一般認(rèn)為，可在4~45℃范圍內(nèi)進(jìn)行。但目前的試驗(yàn)結(jié)果表明，即使在0.5~4℃下，仍發(fā)生硝化反應(yīng)。①硝化菌比增長速度與溫度（T℃）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：②硝化菌自身分解系數(shù)與溫度（T℃）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：則污泥齡：第五十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三56

③亞硝酸菌的凈比增殖速度（μgT）與水溫的關(guān)系：在水溫T為20℃、15℃、10℃時(shí)，固體停留時(shí)間應(yīng)分別大于3.1d、5.6d、9.9d。第五十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三57硝化菌各屬生存溫度范圍細(xì)菌屬名合適溫度（℃）亞硝酸細(xì)菌亞硝化單胞菌屬5~30亞硝化螺菌屬15~30亞硝化桿菌屬2~40亞硝化球菌屬2~40亞硝化葉狀菌屬15~30亞硝化弧菌屬-5~30硝酸細(xì)菌硝化桿菌屬5~40硝化螺菌屬20~30硝化刺菌屬25~30硝化球菌屬15~30第五十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三58（2）溶解氧DO>2mg/L（3）pH值最佳pH范圍為7~8（也有資料顯示為8~9），當(dāng)pH降到5~5.5以下時(shí)，硝化反應(yīng)幾乎停止。（4）堿度對pH變化起緩沖作用，每氧化1g氨氮需消耗7.14g堿度（以CaCO3計(jì)）第五十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三59（5）抑制性物質(zhì)重金屬、酚、游離氨等

游離氨的抑制容許濃度：亞硝酸菌10~150mg/L

硝酸菌0.1~1mg/L第六十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三60

NaClO3在0.02mol的濃度下僅抑制硝酸細(xì)菌對NO2-的氧化反應(yīng)，在較短的時(shí)間內(nèi)（30min），對其它生物反應(yīng)基本不抑制；烯丙基硫脲可以抑制亞硝酸菌的活性，在5mg/L的濃度下能完全抑制亞硝酸菌對氨氮的氧化反應(yīng)。抑制劑硝化反應(yīng)的抑制劑為氯酸鈉（NaClO3）：抑制NO2-的氧化。烯丙基硫脲（allylthiourea，簡稱ATU）：抑制氨氮的氧化。烯丙基硫脲：抑制NH4＋→NO2-

NaClO3

：抑制

NO2-→NO3-第六十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三61（6）污泥負(fù)荷：污泥有機(jī)負(fù)荷kgBOD/(kgMLSS.d)污泥氨氮負(fù)荷kgNH3-N/(kgMLSS.d)

當(dāng)處理高NH3-N水時(shí)，應(yīng)采用氨氮負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)或校核。要達(dá)到較低的出水氨氮：0.07kgNH3-N/(kgMLSS.d)。第六十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三62固體停留時(shí)間θcd的經(jīng)驗(yàn)公式:

①美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）建議的θcd公式：

②日本下水道協(xié)會建議的θcd公式：（7）生物固體停留時(shí)間T—水溫第六十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三63

③亞硝酸菌的凈比增殖速度（μgT）與水溫的關(guān)系：水溫T（℃）固體停留時(shí)間θc（d）20>3.115>5.610>9.9第六十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三642.3生物脫氮影響因素2.3.1硝化反應(yīng)的影響因素2.3.2反硝化反應(yīng)的影響因素第六十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三652.3.2反硝化反應(yīng)的影響因素碳源：一是原廢水中的有機(jī)物，當(dāng)廢水的BOD5/TKN大于3~5時(shí)，可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇；pH：適宜的pH值是6.5~7.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率將大大下降；溶解氧：反硝化菌適于在缺氧條件下發(fā)生反硝化反應(yīng)，但另一方面，其某些酶系統(tǒng)只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧交替的條件下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下；溫度：最適宜溫度為20~40C，低于15C其反應(yīng)速率將大為降低。第六十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三66式中——溫度為T℃時(shí)反硝化速度，gNO3-N/(gVSS.d)；——溫度為20℃時(shí)反硝化速度，gNO3-N/(gVSS.d)；T——混合液溫度，℃；——溫度修正系數(shù)，一般θ=1.03～1.15。溫度對反硝化速度K的影響:第六十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三67第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論

2.5生物脫氮新工藝第六十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三682.4生物脫氮新理論亞硝酸菌電子受體與電子供體多樣性正常時(shí)，以氧為電子受體，氨為電子供體；低氧時(shí)，同時(shí)以氧和亞硝酸鹽為電子受體；無氧時(shí)，以亞硝酸鹽為電子受體；以亞硝酸鹽為電子受體時(shí)，能利用氫、氨、有機(jī)物為電子供體；硝酸菌隨環(huán)境條件變化而進(jìn)行不同的呼吸正常時(shí)，以氧為電子受體、亞硝酸鹽為電子供體進(jìn)行好氧呼吸；無氧時(shí)，以硝酸鹽為電子受體、有機(jī)物為電子供體進(jìn)行厭氧呼吸。厭氧氨氧化菌的發(fā)現(xiàn)第六十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三692.4生物脫氮新理論2.4.1短程硝化-反硝化2.4.2厭氧氨氧化（自養(yǎng)脫氮）第七十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三70什么是短程？相對全程而言。

為什么要短程？2.4.1短程硝化-反硝化該原理仍符合傳統(tǒng)的硝化—反硝化脫氮理論，只不過是少走了“一段路”。第七十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三712.4.1短程硝化-反硝化關(guān)鍵是控制硝化反應(yīng)，使NO2-積累。如何控制？改變pH，抑制亞硝酸鹽的氧化。通過控制溫度（>30℃)和污泥齡，來淘汰硝酸菌。在絮體內(nèi)創(chuàng)建缺氧條件，限制硝酸菌的生長。提高游離氨濃度，抑制硝酸菌。第七十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三72短程硝化—反硝化優(yōu)點(diǎn)：可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%，降低能耗。節(jié)省反硝化所需碳源的40%，減少污泥生成量可達(dá)50%減少投堿量?？s短反應(yīng)時(shí)間和減小反應(yīng)器容積。第七十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三732.4生物脫氮新理論2.4.1短程硝化-反硝化2.4.2厭氧氨氧化（自養(yǎng)脫氮）第七十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三742.4.2厭氧氨氧化一、什么是厭氧氨氧化？以亞硝酸鹽為氧化劑將氨氧化為N2的生物反應(yīng)。以氨為電子供體將亞硝酸鹽還原成N2的生物反應(yīng)。厭氧氨氧化菌：自養(yǎng)型細(xì)菌。無O2條件，氨與亞硝酸鹽同時(shí)存在。ANAMMOX：

anaerobicammoniaoxidation由荷蘭Delft大學(xué)的GistBrocades在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。NH4++NO2-→N2+…..第七十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三75NH3NH2OHNO2-N2H4[N2H2]N2NO3-2[H]2[H]ANAMMOX工藝中N的轉(zhuǎn)化途徑二、厭氧氨氧化反應(yīng)機(jī)理模式圖第七十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三762.4.2厭氧氨氧化厭氧條件下，每減少1molNH3，消耗約1.3molNO3-，產(chǎn)生約0.2molNO3-，產(chǎn)生約1.0molN2。三、厭氧氨氧化生物反應(yīng)表達(dá)式及計(jì)量關(guān)系厭氧氨氧化反應(yīng)化學(xué)計(jì)量關(guān)系：NH4++1.31NO2-+0.0425CO2→1.045N2+0.22NO3+…..第七十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三77第2章生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.1生物脫氮機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)2.2生物脫氮反應(yīng)動力學(xué)2.3生物脫氮影響因素2.4生物脫氮新理論2.5生物脫氮新工藝第七十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三782.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝基于短程硝化好氧自養(yǎng)脫氮第七十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三79Sharon（singlereactorhighactivityammoniaremovalovernitrite)短程硝化-反硝化工藝2.5.1Sharon工藝一、工藝特點(diǎn)：在一個反應(yīng)器中完成：短程硝化和反硝化；連續(xù)流，反應(yīng)器內(nèi)不持留活性污泥；采用較高的工作溫度：30~40℃；反硝化過程按傳統(tǒng)反硝化反應(yīng)進(jìn)行。第八十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三80核心是實(shí)現(xiàn)短程硝化：硝化過程終止于亞硝酸鹽階段，同時(shí)促使氨氧化過程順利進(jìn)行。系統(tǒng)淘汰硝酸細(xì)菌或抑制其生長，保留亞硝酸菌并提高其生長速率。二、Sharon工藝的技術(shù)要點(diǎn)（1）控制溫度（2）控制pH（3）控制DO（4）控制污泥齡（5）控制基質(zhì)濃度和負(fù)荷第八十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三81三、SHARON用于污水廠的改造消化液脫氮第八十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三82SHARON甲醇貯罐第八十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三83WWTPCapacity(MGD)SHARON(kgN/day)OperationalUtrecht519001997Rotterdam608501999Zwolle264102003Beverwijk411.2002003Groningen382.4002005DenHaag551.3002005NYCWardsIsland2505.7702007第八十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三84SHARON020040060080010001200140016001163146617691106121136151TIME(days)CONCENTRATION(mgN/l)NH4-NinNH4-NoutNO2-Nout圖片來源于TUDelft第八十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三852.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第八十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三86碳源嚴(yán)重不足的高濃度氨氮廢水首先將部分氨氮氧化成NO2-與短程硝化反應(yīng)器組合：短程硝化→Anammox脫氮工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）脫氮組合工藝第八十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三87厭氧氨氧化脫氮組合工藝（一）高濃度氨氮廢水先利用Sharon工藝將部分氨氮轉(zhuǎn)化為NO2-。SHARONANAMMOX氨氮約50%NO2-N2約50%NH4+HRT=1dT=30-40℃pH=6.6-7.0第八十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三88厭氧氨氧化脫氮組合工藝（二）先進(jìn)行短程硝化，將氨氮轉(zhuǎn)化為NO2-。短程硝化ANAMMOX氨氮NO2-氨氮N2第八十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三892.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第九十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三90Aerobicdeammonification1997年首先由德國Hannover大學(xué)提出，2.5.3好氧脫氨工藝?yán)碚撘罁?jù)：一些硝化細(xì)菌既能進(jìn)行硝化作用，還能進(jìn)行反硝化作用。一些反硝化細(xì)菌既能在無氧條件下進(jìn)行正常反硝化，還能在有氧條件下進(jìn)行反硝化（氧受限制時(shí)，同時(shí)以氧與硝酸鹽為電子受體）一些細(xì)菌彼此合作，進(jìn)行序列反應(yīng)，把氨轉(zhuǎn)化為N2。特點(diǎn)：在一個好氧反應(yīng)器中完成脫氮（氨）；生物膜表層發(fā)生好氧硝化反應(yīng)；生物膜內(nèi)層發(fā)生多種途徑的NO2-還原反應(yīng)。第九十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三912.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第九十二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三92Cannon（completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite)2002年首先由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)提出。2.5.4Canon工藝依據(jù)：亞硝酸細(xì)菌在有氧條件下把氨氧化成亞硝酸鹽，厭氧氨氧化菌在無氧條件下把氨和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成N2。利用亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用（Cannon反應(yīng)）。亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌均為自養(yǎng)型。無需外源有機(jī)物（可完全無機(jī)），低氧環(huán)境下運(yùn)行。第九十三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三93Canon特點(diǎn)自養(yǎng)型脫氮：由亞硝酸菌和厭氧氨氧化菌協(xié)同完成。一個曝氣反應(yīng)器中完成；控制DO，低氧狀態(tài)；多采用生物膜法；生物膜表面發(fā)生短程硝化反應(yīng)；生物膜內(nèi)層發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)；第九十四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三942.5新型生物脫氮工藝2.5.1Sharon工藝2.5.2厭氧氨氧化（Anammox）工藝2.5.3好氧脫氨工藝2.5.4Canon工藝2.5.5Oland工藝第九十五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三95Oland（Oxygen-limitedautotrophicnitrification–denitrification）氧限制自養(yǎng)型硝化-反硝化工藝1998年首先由比利時(shí)Ghent大學(xué)提出。2.5.5Oland工藝依據(jù)：在限制供氧的條件下，自養(yǎng)型的亞硝酸細(xì)菌將以氧為電子受體，把部分氨氧化成亞硝酸鹽，然后，再以氨作為電子供體，把亞硝酸鹽還原為N2。即氧限制自養(yǎng)型硝化-反硝化。特點(diǎn)：由亞硝酸菌單獨(dú)作用完成脫氮。自養(yǎng)脫氮；一個曝氣反應(yīng)器中完成。第九十六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三96生物膜好氧短程脫氨（氮）反應(yīng)模式N2NH4+NH4+N2NH4+→→NO2-

N2NO2-+NH4+N2反硝化水相好氧層缺氧層載體厭氧氨氧化第九十七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三97第3章

生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3.1概述

3.2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)

3.3生物除磷反應(yīng)動力學(xué)

3.4影響生物除磷的主要影響因素

3.5生物除磷新理論第九十八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三98GB18918－2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（P）（mg/L）常規(guī)活性污泥法的微生物同化和吸附；污泥含磷量1~2%項(xiàng)目進(jìn)水排放標(biāo)準(zhǔn)/（mg·L-1）一級A一級B2005年12月31日前建設(shè)的5~611.52006年1月1日起建設(shè)的5~60.51如何去除以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)？生物強(qiáng)化除磷；投加化學(xué)藥劑除磷。3.1概述一、磷的排放標(biāo)準(zhǔn)及去除方法第九十九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三99同化：微生物從水中攝取一定量的磷來滿足其生理需要，從而去除部分磷。3.1概述如果還不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須借助化學(xué)法除磷。BOD:N:P=?生物強(qiáng)化除磷一類特殊的細(xì)菌——聚磷細(xì)菌，可以過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并以聚合磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞體內(nèi)，如果從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，則能達(dá)到除磷的效果。生物除磷工藝仍以活性污泥法為主。系統(tǒng)排除的剩余污泥中磷含量占干重5%~6%。一、磷的排放標(biāo)準(zhǔn)及去除方法第一百頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三100二、生物除磷的發(fā)展歷程1955年，Greenburg發(fā)現(xiàn)活性污泥系統(tǒng)中磷消耗量超過細(xì)胞正常生長所需量，推斷存在磷的過量吸收。1959年，Srinarh和Alarcon最先報(bào)道了污水廠污泥生物除磷的現(xiàn)象。未能解釋該現(xiàn)象。1965年，Levin和Shapiro指出磷的過量吸收與微生物代謝密切相關(guān)，發(fā)現(xiàn)一些細(xì)胞中形成異染顆粒，添加抑制劑后，磷的吸收停止。1967年，Levin和Shapiro發(fā)現(xiàn)了活性污泥在好氧下吸磷，厭氧條件下放磷。70年代，Arizona大學(xué)的一個研究組分離出了除磷菌，為揭示生物除磷機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。以后，生物除磷技術(shù)得到迅速發(fā)展。相繼產(chǎn)生了一系列工藝。3.1概述第一百零一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三101第3章

生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3.1概述

3.2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)

3.3生物除磷反應(yīng)動力學(xué)

3.4影響生物除磷的主要影響因素

3.5生物除磷新理論第一百零二頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三1023.2

生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)一、

生物除磷機(jī)理二、生物除磷的主要影響因素第一百零三頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三103一、生物除磷機(jī)理生物除磷的主體：一類聚磷菌（除磷菌、積磷菌）。什么是生物除磷:(定義）首先讓聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，然后在有（好）氧條件下過量吸收磷，使污水中的磷最終轉(zhuǎn)移到污泥中排出。注意：兩個過程需要的環(huán)境條件3.2生物除磷原理（1）聚磷菌除磷的生化過程和環(huán)境條件環(huán)境條件決定生化過程

①必須經(jīng)歷

兩個過程：聚磷菌釋放磷：厭氧環(huán)境聚磷菌過量攝取磷：好氧環(huán)境超出生理需要，攝取量大于釋放量第一百零四頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三104聚磷菌厭氧釋放磷：

在厭氧條件下，聚磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生能量，將廢水中的易降解有機(jī)物攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚-羥基丁酸（PHB）等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸鹽排出體外（釋放）。（1）聚磷菌除磷的生化過程和環(huán)境條件好氧條件下攝磷量>

厭氧條件下釋磷量。將富磷剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。聚磷菌好氧過量攝取磷：

好氧條件下，聚磷菌氧化分解體內(nèi)貯存的聚-羥基丁酸（PHB）并釋放大量能量，用于細(xì)胞增殖和攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細(xì)胞體內(nèi)。3.2生物除磷原理②對兩個過程的描述第一百零五頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三105（2）生物除磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化示意圖第一百零六頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三106第3章

生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)3.1概述

3.2生物除磷機(jī)理及生物學(xué)基礎(chǔ)

3.3生物除磷反應(yīng)動力學(xué)

3.4影響生物除磷的主要影響因素

3.5生物除磷新理論第一百零七頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三1073.3生物除磷反應(yīng)動力學(xué)3.3.1生物除磷反應(yīng)式3.3.2厭氧階段吸收乙酸動力學(xué)關(guān)系3.3.3好氧階段磷酸鹽的吸收動力學(xué)第一百零八頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三108在好氧條件下，聚磷的積累可按下式表示：在厭氧條件下，聚磷的積累可按下式表示：3.3.1生物除磷反應(yīng)式第一百零九頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三109式中

qHAC——乙酸的吸收速度，mg/(L.d)

KHAC——乙酸的最大吸收速度，1/d；

SHAC——乙酸濃度，mg/L；

XP——聚磷菌濃度，mg/L；

KSHAC——飽和常數(shù)，mg/L。厭氧階段，吸收乙酸動力學(xué)關(guān)系用Monod方程描述：3.3.2厭氧階段吸收乙酸動力學(xué)關(guān)系第一百一十頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三110式中qP——磷酸鹽吸收速度，mg/(L.d)

SP——磷酸鹽濃度，mg/L。

μPmax聚磷菌的最大比增殖速度，1/d；

XP——聚磷菌濃度；

YP——聚磷菌最大產(chǎn)率系數(shù)；

KSP——飽和常數(shù)，mg/L?！姿猁}的最大比吸收速度，1/d；好氧階段，磷酸鹽的吸收動力學(xué)用Monod方程描述：3.3.3好氧階段磷酸鹽的吸收動力學(xué)第一百一十一頁，共一百二十三頁，編輯于2023年，星期三11120℃時(shí)生物除磷反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)符號單位數(shù)值聚磷菌最大比增殖速度μPmaxd-12~4聚磷菌產(chǎn)率系數(shù)YPkgS