污废水深处理和微污染源水预处理中的微生物学原理学习教案.pptx

会计学氮在废水中以有机氮化物和氨氮为主，用传统的活性污泥法能将有机氮转化(zhuǎnhuà)为氨氮，却不能有效地从废水中去除氮。废水生物脱氮的基本原理即在生物处理过程中使废水中含氮有机物被微生物分解，转化(zhuǎnhuà)为N2、N2O而从液相中释放出来。硝化反应包括两个步骤，第一步由亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸盐（NO2-），第二步由硝酸细菌进一步将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO3-）。这两类细菌统称为硝化细菌，它们利用无机(wújī)碳化物如CO32-、HCO3-和CO2作为碳源，从NH3、或NO2-的氧化反应中获取能量。反硝化作用是指在无氧或低氧条件下，硝酸态氮、亚硝酸态氮被微生物还原转化为分子态氮（N2）的过程。参与这一作用的微生物是反硝化细菌，这是一类异养分型的兼性厌氧细菌，如变形杆菌（Protens）、假单胞菌（Pseudomonas）、小球菌（Micrococcus）。它们在缺氧(quēyǎnɡ)的条件下，利用有机碳源为电子供体，NO3-作为电子受体，在降解有机物的同时进行反硝化作用，其反应过程可表式为：ⅡSHARON工艺(gōngyì)与传统的生物脱氮工艺相比，SHARON生物脱氮工艺具有以下(yǐxià)特点:
(1)与活性污泥法相比，节省氧供应量约25%；
(2)节省反硝化所需碳源40%；
(3)减少污泥生成量50%；
(4)减少投碱量；
(5)缩短反应时间,反应器的容积相应减小。1975年，Voets等就进行了经历NO-2途径处理高浓度氨氮废水的研究，发现了硝化过程中NO-2的累积现象，并首次提出了短程硝化反硝化生物(shēngwù)脱氮的概念；
1997年，Mulder提出了用SHARON来处理城市污水二级处理系统中污泥消化上清液和垃圾滤出液等高氨废水,可使硝化系统中HNO2的积累达到100%；
1998年，Helling等采用一个容积为15L的无污泥回流的完全混合反应器进行废水生物(shēngwù)脱氮处理，氨氮平均去除率为80%～85%。同时也表明，SHARON这种好氧/缺氧的运行方式不可能保证出水氨氮浓度较低，该工艺更适合于处理氨氮质量浓度高于500mg/L的废水；
1998年初第1个生产规模的SHARON工程在荷兰鹿特丹的Dokhaven废水处理场建成并投入运行。该SHARON的进水氨氮质量浓度为1g/L，进水氨氮的总量为1200kg/d，氨氮的去除率为85%。ⅢANAMMOX工艺(gōngyì)简介ANAMMOX是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子(diànzǐ)供体，以NO2-或NO3-为电子(diànzǐ)受体，将NH4+、NO2-或NO3-直接转变为N2的生物化学过程。ANAMMOX、传统的硝化反硝化与亚硝化生物脱氮途径见图1。Strous用SBR工艺对厌氧氨氧化菌进行了定量研究，确定了几个重要的生理学参数：
形态学特征：球状菌，具蛋白质的S层，细胞壁上存在漏斗状结构，无肽聚糖，内部有一细胞器Anammoxosome；
反应式：NH4++NO2--N→N2+2H2O；
中间产物：联胺，羟胺；
酶：羟胺氧化还原酶(HAO)；
好氧速率：0nmol/(mg.min)；Graaf通过同位素15N示踪的研究结果证明，ANAMMOX是通过生物氧化的途径实现的。其中羟胺(NH2OH)最有可能作为电子受体，NH2OH和NO2-生成N2O，而N2O可以进一步转化(zhuǎnhuà)为氮气。
Jetten等通过同位素15N示踪的研究结果表明，羟胺和联氨（N2H4）是ANAMMOX反应的重要中间产物。氨和羟胺反应生成联氨，联氨被转化(zhuǎnhuà)为氮气并生成4个还原性[H]，还原性[H]被传递到NO-2还原系统形成羟胺。
ANAMMOX的反应模型见图2、图3-1、图3-2以及图4。厌氧氨氧化(yǎnghuà)涉及的化学反应为
NH2OH+NH3→N2H4+H20
N2H4→N2+4[H]
HNO2+4[H]→NH2OH+H2O
NH3+HNO2→N2+2H2O
HNO2+H2O+NAD+→HNO3+NADH2图3-1厌氧氨氧化(yǎnghuà)细菌的细胞结构模型图图3－2ANAMMOX工艺的细胞(xìbāo)反应模型图4ANAMMOX工艺(gōngyì)的生化反应模型与传统的硝化/反硝化相比，厌氧氨氧化更具有明显的优势：
无需外加有机物作电子供体，既节省费用又可防止二次污染；
硝化反应每氧化1molNH4十耗氧2mol，而在厌氧氨氧化反应中，每氧化1molNH4+只需要0.75mol氧，耗氧下降62.5(不考虑(kǎolǜ)细胞合时)，使能耗大大降低；
传统的硝化反应氧化lmolNH4+可产生2mo1H十，反硝化还1molNO3-或NO2-将产生1molOH-，而氨厌氧氧化的生物产酸量大为下降，