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污水的生物脱氮除磷技术2.1生物硝化硝化反应的理论反应式:消耗氧的计量关系:若考虑硝化细菌新细胞的合成,则反应式为:总反应式:NH4++1.86O2+1.98HCO3-→0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3-+1.88H2CO3 NaClO3在0.02mol的浓度下仅抑制硝酸细菌对NO2-的氧化反应,在较短的时间内(30min),对其它生物反应基本不抑制; 烯丙基硫脲可以抑制亚硝酸菌的活性,在5mg/L的浓度下能完全抑制亚硝酸菌对氨氮的氧化反应。硝化反应过程中氮元素的转化过程如下: NH4+→NH2OH→NOH→?→NO2-→NO3- NH4+氧化为NO2-经历了多个步骤6个电子变化,这说明亚硝酸菌的酶系统十分复杂,而硝酸反应只经历了1步和2个电子变化,相对简单些。2.2生物反硝化反应需要易生物降解有机物反硝化过程中NO2-和NO3-的转化是通过反硝化细菌的异化作用完成的,被还原成N2。 同化作用是NO2-和NO3-被还原成NH3-N,用于新细胞的合成。2.3生物厌氧氨氧化NH32.4生物除磷生物除磷过程聚磷菌 厌氧条件下释放磷(DO≈0,NOX-≈0)ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量需要易生物降解有机物 好氧条件下过量摄取磷ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O生物除磷示意图正常细胞的磷含量:1%~3%; 聚磷菌吸磷后磷含量:可达12%。2.5反硝化除磷南非开普顿大学(UCT)研究人员最早发现专性好氧细菌不是唯一对磷的生物摄/放起作用的菌种,兼性反硝化细菌也有着很强的生物摄/放磷现象。 反硝化细菌的生物摄/放磷作用被荷兰代尔夫特工业大学(TUDelft)和日本东京大学(UT)研究人员合作研究确认,并冠名为“反硝化除磷”(denitrifyingphosphorusremoval)。Vlekke(1987)和Takahiro(1992)等分别利用厌氧—缺氧SBR(anaerobic/anoxicSBR,简称A2SBR)系统和固定生物膜反应器进行了试验研究。结果表明,作为电子受体的硝态氮和氧气在除磷系统中起着相同的作用,而且通过创造厌氧、缺氧交替的环境可筛选出以硝态氮作为电子受体的聚磷优势菌-反硝化除磷菌,即DPB(denitrifyingphosphorusremovingbacteria)。1993年,Kerrn-Jespersen把聚磷菌划分为两类,一类仅仅可以利用氧作为电子受体,而另一类,既可以用氧气作为电子受体,又可以利用硝酸盐作为电子受体。3生物脱氮除磷反应动力学3.1硝化反应动力学将1gNH3-N氧化为硝酸盐由于在硝化反应时,氨氮或亚硝酸盐为单一的限制性生长基质,所以硝化用更接近于莫诺特关系的基本条件。因此,常用莫诺特(Monod)动力学方程来反映硝化细菌的反应和生长过程。 硝化反应中,亚硝酸菌的增值速度控制硝化的总反应速度。亚硝酸菌比增值速度亚硝酸菌的增殖速度为:NH4+-N氧化速度:可用下式表示:亚硝酸菌产率系数:由以上公式得:上式称为NH4+-N氧化Monod动力学公式。 式中:式中Kd——亚硝酸菌自身分解系数,1/d。上式各项除X得:由公式硝化反应的动力学常数(20℃)为了维持消化菌的数量,设计最小固体停留时间θcmin必须满足:温度溶解氧pH碱度抑制性物质C/N比污泥负荷生物固体停留时间温度: 一般认为,可在4~45℃范围内进行。但目前的试验结果表明,即使在0.5~4℃下,仍发生硝化反应。硝化菌自身分解系数与温度(T℃)的经验关系:固体停留时间θcd的经验公式:③亚硝酸菌的净比增殖速度(μgT)与水温的关系:硝化菌各属生存温度范围溶解氧抑制性物质污泥负荷:3.2反硝化反应动力学μD——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浓度,mg/L; X——反硝化菌浓度,mg/L; KSD——饱和常数,mg/L; t——反应时间,d。 式中μ——反硝化菌的增殖速度,mg/(L.d)。NO3--N的还原速度可用下式表示:硝化菌的产率系数:令则,NO3--N还原莫诺特动力学公式如下:——反硝化菌净增殖速度; ——反硝化菌自身分解系数,1/d。 式中:得出 反硝化反应的影响因素式中3.3生物除磷反应动力学在好氧条件下,聚磷的积累可按下式表示: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——乙酸浓度,mg/L; XP——聚磷菌浓度,mg/L; KSHAC——饱和常数,mg/L。 式中qP——磷酸盐吸收速度,mg/(L.d) SP——磷酸盐浓度,mg/L。 μPmax聚磷菌的最大比增殖速度,1/d; XP——聚磷菌浓度; YP——聚磷菌最大产率系数; KSP——饱和常数,m