低COD_N_NH_4比废水的同时硝化反硝化生物处理策略
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炼油废水、某些制药废水和食品工业废水、以及垃圾
填埋场渗漏水等, 都含有大量的氨态氮; 特别是炼油
废水、垃圾填埋场渗漏水和有些制药废水及食品工业
废水, 不仅氨氮含量高, 而且多数情况下 N值 ( N=
COD
/
N
-N
H
+ 4
)
比较低,
如炼油废水经常出现 NF 2. 0,
有些垃圾填埋场渗漏水水质趋于稳定后的也易出现 N
hig h am monia landfill lea chate
( av era ge
C
O
N
/
N
-N
H
+ 4
=
2. 3)
is pr esent ed.
Keywords: N itr ificatio n D enitrificatio n Stoichiometr y
氨氮是水体富营养化和环境污染的一种重要污染
113f s 7 ( 5+ 2f s)
Y∈ [ 0. 0, 2. 306]
G=
32 7
( 1-
45 113
Y)
( 5)
240 ( 1- f s)
7 ( 10+ 3f s)
G∈ [ 0. 0, 3. 429]
113fs 160 ( 1- fs )
Y∈ [ 0. 0, ∞]
339f s 14 ( 10+ 3f s)
1. 1 微生物去除氨氮的两个过程
微生物脱氨氮过程需经过两个阶段:
N
H
+ 4
→N
O
2
→N O-3
→N
O
2
→N 2 ↑
( 1)
û
( 1)
û
( 2)
û
第 1 阶段 为 硝 化 过 程, 在 Nit rosomo nas 菌 和
Nit robact er 菌的作用下完成; 第 2 阶段为反 硝化过
程, 在反硝化菌 ( 异养、自养微生物均有发现且种类 很多) 作用下完成〔1〕。由 ( 1) 不难看出, 氨氮的生物
给出当细胞以 C5H7 O2 N 为分子式时, N O X 反硝化的
计量学方程式:
( 1)
N
O
3
以
N
O
3
为氮源,
进行完全反硝化:
1 4
( COD)
+
2
8- 23fs 14 0
N
O
3
=
2f s8C5H7 O 2N +
1- f s 10
N 2 ↑+ ( 其他)
( 6)
( 2)
N
O
3
以
N
O
3
为氮源,
反硝化成
方程式 No
G/ gO 2/ gN -N H+4
Y X/ O/ gV SS / gO 2
Y X/N/ gV S S/ gN -N H+4
G～Y X/N
( 4)
160 ( 1- f s)
7 ( 5+ 2f s)
G∈ [ 0. 0, 4. 57]
113fs 160 ( 1- fs )
Y∈ [ 0. 0, ∞]
fs 20
C
5H
7
O
2N
+
1 6
N
O
2
+
51
3fs 5
H
+
+
10+ 9fs 60
H
2
O
( 5)
其中, f s 为电子供体用于合成细胞的分量, 其取
值范围为 0. 0～1. 0。由 ( 4) 、( 5) 可推得表 1 的计量
关系式。
表 1 生物硝化反应 ( 细胞分子式取 C5H7O2N 时) 的计量学关系 式及其取值区间
N～Y X/ C
( 6)
20
7( 1- 23 f s/ 28)
113f s 224
565fs 14( 28- 23 fs )
7( 1- f s) 20
28( 1- f s) 28- 23 fs
N=
7( 1-
20 184 Y X/C/ 113)
N∈[ 2. 857, 16. 0] YX/ C∈[ 0. 0, 0. 505] YX/ N∈[ 0. 0, 8. 071] Y N/C ∈[ 0. 35, 0. 0] Y N/ N∈[ 1. 0, 0. 0]
硝化与生物反硝化可以有两个基本途径, 即硝基氮
(
N
O
3
)
与亚硝基氮
(
N
O
2
)
途径:
N
H
+ 4
→N
O
3
→N 2↑
( 2)
N
H
+ 4
→N
O
2
→N 2↑
( 3)
1. 2 生物硝化反应的计量方程式与计量关系式 笔者已推得生物硝化反应计量方程式为〔2〕:
第一作者: 周少奇, 男, 1965 年出生, 1993 年于大连理工大学毕业并获工学博士学位。副教授。 * 本研究理论部分得到广东省自然科学基金 ( 980598) 、广东省重点科技攻关项目、广州市重点科技攻关项目 ( 98-K -005-01) 资助。
of this kind wa st ewater ar e follow s: ( 1) to reg ulat e the nit rificatio n and denitr ificat ion t hr oug h N O-2 pathw ay by
contr ol t he O 2 compr essed into the system;
表 2 生物反硝化反应 ( 细胞分子式取 C5H7O2N 时) 的计量学关系式及其取值区间
方程式 No
N/ gCO D/ gN -N O X
Y X/ C / gV S S/ gCO D Y X/ N/ gV SS / gN -N O X Y N/ C/ gN 2/ gCO D
Y N/ N/ gN 2/ gN -N O X
值偏低的情况, 这些给氨氮的无害化处理带来了困难。
因为, 从机理上说, 硝化反应虽不需要消耗 COD, 但
反硝化反应需要消耗大量的 CO D, 如果经过 N O-3 途
径则需要 NE 2. 86。因此, 低 CO D / N -N H+4 比高氨氮
有机废水的有效处理是一个值得探讨的问题。
1 生物硝化、反硝化的机理
( 7)
8
7( 1- 26 f s/ 28)
113f s 224
113fs 7( 28- 26 f s)
/
Y N′/N=
28(1- fs ) 28- 26 fs
N=
7( 1-
8 208 Y X/C/ 113)
N∈[ 1. 143, 16. 0] YX/ C∈[ 0. 0, 0. 505] YX/ N∈[ 0. 0, 8. 071]
·18·
周少奇 低 COD/ N-NH4 比废水的同时硝化反硝化生物处理策略
1
4
f
s
O
2
+
5+ 4
2f 0
s
N
H
+ 4
+
fs 4
H
C
O
3
=
fs 20
C
5H
7
O
2N
+
1 8
N
O
3
+
5- 4f 20
sH
+
+
5+ 6fs 40
H
2
O
( 4)
1
4
f
s
O
2+
10+ 3fs 60
N
H
+ 4
+
fs 4
HC
O
3
=
( 9)
20
7( 1- f s)
113f s 160
113fs 56( 1- fs )
7( 1- f s) 20
N∈[ 2. 857, ∞]
YX/ C∈[ 0. 0, 0. 706]
YX/ N∈[ 0. 0, ∞]
YN/C∈[ 0. 35, 0. 0]
1
N=
7( 1-
20 160 Y X/C/ 113)
·1 9·
环境污染与防治 第 22 卷 第 1 期 2000 年 2 月
2 低 COD/ N-NH+4 废水的同时硝化反硝化策略
由计量方程式不难看出, 微生物硝化过程耗氧、耗
碱度、无需 COD; 而反硝化过程在多方面与硝化过程
相反并互补: 厌氧、产生碱度、需消耗大量的 COD。所
以, 如能在同一个反应器里实现同时硝化反硝化并达
关键词 硝化 反硝化 计量学
Biotreatment of low COD/ N-NH4 ratio wastewater by simultaneous nitrification and denitrif ication process Zhou
Shaoqi , D ep t. of Envir onmental Science and Engineer ing , S outh China U niver sity of T echnology , Guangz hou 510640
Y∈ [ 0. 0, 1. 863]
G=
24 7
( 1-
182 339
Y)
其中: G= $ O 2/ $ H-N H+4 , 即反应所消耗的 “氧氮比”, Y X/O 代表以 O 2 消耗为基准的微生物得率, Y X/ N代表以 N H+4 -N 消耗为基准的微生物得 率。
