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生物方法脫氮

2023-02-10閱讀量：8636

（一）脫氮原理

氮化合物在自然界中以有機氮（動物蛋白、植物蛋白）、氨態氮（NH4+、NH3）、亞硝態氮（NO2-）、硝態氮（NO3-）以及氣態氮（N2）形式存在，水中總氮主要包括除氣態氮以外的四類。

1.氨化反應。在厭氧環境下，有機氮可以轉換成氨態氮。通常廠外污水是通過管道輸送到污水處理廠的，管道內部基本是厭氧環境，所以通過較長距離的輸送，有機氮的含量將大大降低。

2.硝化反應。指利用化能自養微生物在好氧條件下將氨氮轉化成硝酸鹽的一個過程。這個過程中，氨氮在硝化菌和亞硝化菌的作用下，被部分轉化為硝態氮和亞硝態氮。

3.反硝化反應。在缺氧條件下，硝態氮和亞硝態氮在有機物相對較充足的前提下，在反硝化菌的作用下，轉變成氮氣。氮氣基本不溶于水，所以起到去除總氮的目的。

注：一般情況下，缺氧指0.1 mg/L＜DO≤0.5mg/L，厭氧≤0.1 mg/L。

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（二）硝化作用

生物的硝化作用是指利用化能自養微生物在好氧條件下將氨氮轉化成硝酸鹽的一個過程。

1.生物硝化的過程：生物硝化是由兩組自養型硝化細菌——亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌，將氨氮轉化為硝態氮的生化反應過程，硝化細菌幾乎存在于所有的污水處理過程中，他們都是革藍氏染色呈陰性，是一類不生芽孢的短桿菌和球菌，硝化細菌有強烈的好氧性，不能在酸性條件下生長。由于這兩組細菌生活時都不需要有機物作養料，且是通過氧化無機的氮化合物得到生長所需的能量，故他們是化能自養型細菌。

2.硝化的反應過程：

55NH4+ +76O2 + 109HCO3-= C5H7O2N + 54NO2- + 57H2O + 104H2CO3

400NO2- + NH4+ + 4H2CO3 +195O2 =C5H7O2N + 400NO3- + 3H2O

根據計算：每氧化1mgNH4+-N為NO3--N,需要消耗堿7.07mg（以CaCO3計），如果沒有足夠的堿度，硝化反應將導致PH下降，使反應速度減緩，氧化1mg NH4+-N為NO2- -N需要氧3.16mg,氧化1mgNO2--N為NO3--N需要氧1.11mg，所以共需要氧4.27mg.所以要有足夠的氧量。

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（三）反硝化

生物的反硝化作用是指污水中硝酸鹽在缺氧條件下被微生物還原成氮氣的一個反應過程。

1.生物反硝化的機理

生物反硝化是指污水中的硝態氮（ NO3- -N ）和亞硝態氮（ NO2--N ）在無氧或低氧條件下，被微生物還原為 N2 的過程，反硝化菌是大量存在污水中的異養型兼性細菌，主要是變形補菌、假單胞菌、小球菌、芽孢桿菌、無色桿菌屬、嗜氣桿菌屬、產堿桿菌屬等，這些菌屬在無氧條件下，同時存在硝酸和亞硝酸離子時，能利用這些離子中的氧進行呼吸，反硝化又叫脫氮反應或硝酸呼吸。

2.反硝化的工作原理

化學反應式：

NO2- + 3H+ (電子供給體-有機物）= 1/2N2 + H2O + OH-

NO3- +5H+ (電子供給體-有機物）= 1/2N2 + 2H2O + OH-

反硝化過程中 NO2- 和 NO3- 的轉化，是通過反硝化細菌的同化作用（合成代謝）和異化作用（分解代謝）來完成。

同化作用是NO2-和NO3- 被還原轉化為NH3-N, 用于微生物細胞合成，氮成為細菌細胞的組成部分。