微生物脱氮原理幻灯片

脱氮原理及影响脱氮的因素
? 一、生物脱氮原理
? 污（废）水中的氮一般以氨氮和有机氮的形式存在 ，通常是只含有少量或不含亚硝酸盐和硝酸盐形态 的氮，在未经处理的污水中，氮有可溶性的氮，也 有非溶性的氮。可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸 的形式存在；一部分非溶性有机氮在初沉池中可以 去除。在生物处理过程中，大部分的可溶性有机氮 转化成氨氮和其他无机氮，却不能有效地去除氮。 废水生物脱氮的基本原理就在于，在有机氮转化为 氨氮的基础上，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态 氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮 气从水中逸出，从而达到除去氮的目的。即完整的 生物脱氮反应共分成三个步骤：有机氮氨化反应 — —硝化反应 ——反硝化反应。
微生物脱氮
基本概念
一、名词解释
? 1、 总氮(TN)：水中各种形态无机和有机氮的总量。包括 NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等 有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营 养物质污染的程度。通常可以简单的理解为水体中各种形态 氮的总和。
? 2、总凯氏氮（TKN）：包括氨氮和能转化为铵盐而被测定的 有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、 肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化 合物。通常可以简单的理解为水中氨氮和有机氮的总和。
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? 2、 硝化作用
? （1）概念
? 硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝态氮的 生物化学反应，
? （2）细菌 ? 这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。
? 亚硝化菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和 亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝化杆菌属、硝化球菌属。 亚硝酸菌和硝化菌统称为硝化菌 。
? （3）反应过程 ? 包括亚硝化反应和硝化反应概念 ? 氨化作用是指将有机氮化合物转化为氨态氮的过程，也称为矿化作用。 ? （2）细菌 ? 参与氨化作用的细菌成为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性
的荧光假单胞菌和灵杆菌，兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。 ? （3）降解方式（分好氧和厌氧） ? 在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸
? 硝化过程总反应过程如下 ：
? 该式包括了第一阶段、第二阶段的合成及氧化，由总反 应式可知，反应物中的 N大部分被硝化为 NO3-，只有 2.1%的N合成为生物体，硝化菌的产量很低，且主要在 第一阶段产生（占 1/55）。若不考虑分子态以外的氧合 成细胞本身，光从分子态氧来计量，只有 1.1%的分子 态氧进入细胞体内 ,因此细胞的合成几乎不需要分子态 的氧。
3、 反硝化作用
? （1）概念 ? 反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）条件
下，硝态氮、亚硝态氮及其其它氮氧化物被用作电子受体而还 原为氮气或氮的其它气态氧化物的生物学反应。 ? （2）细菌 ? 这个过程反硝化菌完成。 ? 反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋菌属和无色 杆菌属等。它们多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化 菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体。在无分子 态氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+ 作为电子受体。O2-作为受氢体生成H2O和OH- 碱度，有机物 则作为碳源及电子供体提供能量，并得到氧化稳定。 ? 反硝化过程中亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同 化作用和异化作用来完成的。异化作用就是将NO2- 和NO3还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。而同化作用是 反硝化菌将NO2- 和NO3- 还原成为NH3-N供新细胞合成之用 ，氮成为细胞质的成分，此过程可称为同化反硝化。
? 硝化过程总氧化式为：
? （4）特点 ? 从上式可以看出硝化过程的三个重要特点： ? ⑴NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.57gO2；
? ⑵硝化过程细胞产率非常低，且难以维持较高胜物浓度，特别是在低温的 冬季；
? ⑶硝化过程中产生大量的的质子（H+），为了使反应能顺利进行，需要大 量的碱中和，其理论上大约为每氧化1g的NH3-N需要碱度7.14g(以CaCO3计)。
为： ? 1. 第一阶段： ? 生化氧化： ? 生化合成： ? 则第一阶段的总反应式（包括氧化和合成）为：
? 2. 第二阶段： ? 生化氧化： ? 生化合成： ? 则第二阶段的总反应式为：
? 第一阶段反应放出能量多，该能量供给亚硝酸菌,将NH4+合成 NO2-，维持反应的持续进行，第二阶段反应放出的能量较小。 从NH4+→NO3-的反应历程如下表所示。
? （3）反硝化过程 ? 反硝化反应式如下： ?
? [H]可以是任何能提供电子，且能还原 NO3―及 NO2―为的物质，包括有机物、硫化物、 H+等。
? 反硝化反应历程如下：
二、生物脱氮过程的影响因素
? 1、 硝化反应影响因素 ? （1）有机碳源 ? 硝化菌是自养型细菌，有机物浓度不是它的生长限制因素，故在混合液中
生成酮酸和氨：
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丙氨酸
亚氨基丙酸
丙酮酸
? 另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细 菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们式好氧菌，其反 应式如下：
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? 在厌氧条件或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱 氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。
? 3、 氨氮（NH3-N）：又名氨态氮，是指水中以游离氨（ NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。
? 4、 硝态氮：是指硝酸盐及亚硝酸盐中所含有的氮元素 ? 以上四者之间的关系图如下：
? 二、脱氮基本概念
? 废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮，而其中以 氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异 养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成氨氮，而后经 硝化过程转化变为NO2-N 和NO3-N ，最后通过反硝化作用 使硝态氮转化成氮气，而逸入大气，从而降低废水中N的含 量。