生物脱氮原理
主讲：贾文林
氮素污染的危害
造成水体的富营养化(eutrophication)现象；
水生植物
和
藻类
异常增殖
水华
赤潮
氮素污染的危害
造成水体的富营养化(eutrophication)现象；
水华
氮素污染的危害
造成水体的富营养化(eutrophication)现象；
赤潮
水体中氮素的来源
自然来源
人类活动
大气降水降尘
非市区径流
生物固氮
城市污水
浸滤液
大气沉降
地表径流
水体
氮在水体中的存在形态
有机氮
无机氮
蛋白质(C, O, N, H, N=15~18%)
多肽
氨基酸尿素[CO(NH 2)2]
其他(硝基、胺及铵类化合物)COOH H R
C NH2
氨氮(NH 3-N, NH 4+-N)
亚硝态氮(NO 2--N)硝态氮(NO 3--N)
氨氮(NH 3-N, NH 4+-N)
亚硝态氮(NO 2--N)
硝态氮(NO 3--N)
总氮(TN)
有机氮
无机氮
凯氏氮(TKN ，Kjeldahl nitrogen)= 有机氮+ 氨氮水污染控制中经常提到的几个术语
TN = TKN + NOx-N
自然来源
人类活动
大气降水降尘
非市区径流
生物固氮
城市污水
浸滤液
大气沉降
地表径流
水体
面源污染控制技术
修建污水厂
大气污染物控制技术
废水脱氮技术
物化法
生物法
吹脱(气提)法
折点加氯法
离子交换法磷酸氨镁沉淀法其它方法
有机氮
(氨化作用)氨化菌
NH 4+-N (氨氧化过程)
NO 2--N 亚硝酸菌+O 2
硝酸菌+O 2
(硝化过程)
NO 3--N
反硝化菌+有机碳(反硝化作用)
N 2
生物脱氮原理
氨化反应
微生物分解有机氮化合物产生氨的过程称为氨化作用。很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋白质及其含氮衍生物，其中分解能力强，并释放出氨的微生物称为氨化微生物，在氨化微生物的作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。
以氨基酸为例：
3
22NH RCOHCOOH O H COOH RCHNH +→+3
222NH CO RCOCOOH O COOH RCHNH ++→+
O
H 2H 4NO 23222
24
++−−−−→−++
-+
AOB
O NH 亚硝酸菌--−−−→−+3
22
NO
2O 2NO 2NOB
硝酸菌总反应式为：
O
H H 2NO O 2NH 23
24
++−−−→−++
-+
硝化细菌
硝化反应：
1.每氧化1gNH 4+-N 为NO 3−-N 需要消耗碱度7.14g (以CaCO 3计)。
2.不计细菌增值，每氧化1gNH4-N 为NO 3--N ，共需要氧4.57g 。
亚硝酸菌和硝酸菌（亚硝酸盐氧化菌）
项目亚硝酸菌（氨氧化菌）硝酸菌（亚硝酸盐氧化菌）细胞形状椭球或棒状椭球或棒状
细胞尺寸 1.0~1.5μm0.5~1.0μm
革兰氏染色阴性阴性
世代周期(h)8~3612~59自养性专性专性
需氧性严格好氧严格好氧
0.04~0.080.02~0.06
最大比生长速率
μm(h-1)
0.04~0.130.02~0.07
产率系数Y
(mg细胞/mg基质)
(mg/L)0.6~3.60.3~1.7
饱和常数K
S
影响硝化反应的环境因素
环境因素微生物对生化环境的要求工程参数
温度
4~45℃
亚硝酸菌: 30~35 ℃
硝酸菌: 35~42 ℃
15~35 ℃
溶解氧 1.5~2.0mg/L以上> 2.0mg/L
pH 亚硝酸菌: 7.0~7.8
硝酸菌: 7.7~8.1
7.2~8.0
有毒物质
重金属
高浓度的NH
4
+-N
高浓度的NO
2
--N
一般NH
4
+-N ≤
200mg/L,
最高≤400 mg/L；
NO2--N ≤ 100mg/L;
有机氮
(氨化反应)
NH 4+-N NO 2--N NO 3--N
(反硝化反应)
N 2
硝化反应
生物脱氮原理
Nar ：硝酸盐还原酶；Nir ：亚硝酸盐还原酶；Nor ：NO 还原酶；Nos ：N2O 还原酶
在缺氧的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮（N2）的过程。该过程是由反硝化细菌完成的。
