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污水处理中硝化和反硝化反应

2021-04-08 08:41:09 苏州苏尔科环保工程有限公司 9

一、硝化反应

1、在硝化细菌的作用下,氨态氮进一步分解、氧化,就此分两个阶段进行。首先,在亚硝化细菌的作用下,使氨(NH4 + )转化为亚硝酸氮,亚硝酸氮在硝酸菌的作用下,进一步转化为硝酸氮。(亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属)

反应式如下:55HN4+ + 76O2   +109HCO3-                   

               C5H7O2N +54NO2- + 57H2O +104H2CO3


 400NO2-+NH4++5H2CO3+195O2         C5H7O2N + 400NO3-+3H2O+H+

根据计算:每氧化1mg  NH4+-N为NO3- -N,需要消耗碱7.07mg(以CaCO3计),如果没有足够的碱度,硝化反应将导致PH下降,使反应速度减缓,氧化1mg  NH4+-N为NO2- -N需要氧3.16mg,  氧化1mg  NO2--N为NO3- -N需要氧1.11mg,  所以共需要氧4.27mg.所以要有足够的氧量。

2、 硝化反应需要的环境条件:

好氧条件,并保持一定的碱度,反应池内溶解氧含量的高低,影响硝化反应的进程(溶解氧在1.2~2.0mg/L) 。 在硝化反应中,释放H+离子,使PH值下降,消化菌对PH值十分敏感,为了保持适宜的PH值,应当在水中保持足够的碱度,对消化菌的适宜的PH值为8.0~8.4。

混合液中有机物不应太高,消化菌是自养型菌,有机质浓度并不是它的增殖限制因素,若BOD值过高,增值速度较高的异养型菌迅速增殖,,从而使消化菌不能成为优势菌种。

硝化反应的适宜温度是20~30度,15度以下硝化反应速度下降,5度是完全地停止。

停留时间,生物固体在反应器内停留时间(污泥龄)必须大于生物最小的时代时间,一般取之应为消化菌最小世代时间的2倍以上,消化菌的最小世代时间在适宜的条件下是3天,一次应取6天。

对硝化反应有抑制的因素有重金属、高浓度的 NH4+-N、 高浓度的  NO3- -N  、 高浓度的有机基质、高浓度的絡和阳离子 。 


二、 反硝化反应:

1、生物反硝化是指污水中的硝态氮( NO3- -N )  和亚硝态氮 ( NO2—N ) 在无氧或低氧条件下,被微生物还原为 N2 的过程,反硝化菌是大量存在污水中的异养型兼性细菌,主要是变形补菌、假单胞菌、小球菌、芽孢杆菌、无色杆菌属、嗜气杆菌属、产碱杆菌属等,这些菌属在无氧条件下,同时存在硝酸和亚硝酸离子时,能利用这些离子中的氧进行呼吸,反硝化又叫脱氮反应或硝酸呼吸。

化学反应式:

NO2- +3H  (电子供给体-有机物)     1/2N2  +H2O  +OH-

NO3- +5H (电子供给体-有机物)         1/2N2  +   2 H2O  +OH-

2、 反硝化工作机理

反硝化过程中 NO-2 和  NO-3 的转化,是通过反硝化细菌的同化作用(合成代谢)和异化作用(分解代谢)来完成。 

同化作用是NO-2和  NO-3 被还原转化为NH3-N, 用于微生物细胞合成,氮成为细菌细胞的组成部分。

异化作用是NO-2 和  NO-3 被还原转化为N2,这是反硝化的主要过程,异化作用是以NO-3在能量代谢过程中提供氮,作为电子接收体,以有机物作为电子供给体,使NO-2 和  NO-3 转化为N2,见上反应式,异化作用取出的氮一般占总去处量的70%~75%。

3、 反硝化反应需要的环境条件:

碳源:反硝化是异样型细菌,所以所需要的碳源较多,在实际生产中提供碳源两类:  一是废水中所含的碳源,当原废水BOD/TN>3~5时即可认为碳源充足;二是外加碳源,主要加甲醇,因为甲醇易于分解,分解后产物为CO2和H2O,不留任何降解中间产物。

PH:对反硝化最适宜的 PH 值是 6.5~7.5 , PH 值高于8或低于6,反硝化速度将大大降低。

溶解氧:反硝化菌是异养型兼性厌氧菌,主要是利用在无氧分子并同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下,他们利用这些离子中的氧进行呼吸,使硝酸盐还原。 但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下才能够合成,因此反硝化反应易于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行,溶解氧应控制在0.5mg/l以下。

温度:反硝化最适宜的温度是20~40 度。低于15度反硝化速度降低,在冬季一般采取:提高生物固体平均停留时间,降低负荷,提高废水停留时间。