環(huán)境管理_廢水生物處理基本原理

第二章 廢水生物處理基本原理第一節(jié) 廢水好氧生物處理原理一、好氧生物處理的基本生物過程所謂“好氧”：是指這類生物必須在有分子態(tài)氧氣（O2）的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動物以及我們?nèi)祟?；所謂“厭氧”：是能在無分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。好氧生物處理過程的生化反應(yīng)方程式： 分解反應(yīng)（又稱氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝） 異氧微生物 CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +能量（有機物的組成元素） 合成反應(yīng)（也稱合成代謝、同化作用） C、H、O、N、S + 能量 C5H7NO2微生物 內(nèi)源呼吸（也稱細(xì)胞物質(zhì)的自身氧化） C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +能量在正常情況下，各類微生物細(xì)胞物質(zhì)的成分是相對穩(wěn)定的，一般可用下列實驗式來表示：細(xì)菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻類：C5H8NO2；原生動物：C7H14NO3分解與合成的相互關(guān)系：1）二者不可分，而是相互依賴的；a、分解過程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)；b、分解過程是一個產(chǎn)能過程，合成過程則是一個耗能過程。2)對有機物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；3）合成量的大小，對后續(xù)污泥的處理有直接影響（污泥的處理費用一般可以占整個城市污水處理廠的4050%）。不同形式的有機物被生物降解的歷程也不同：一方面：結(jié)構(gòu)簡單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另一方面：有機物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過程也會不同，如：糖類；脂類；蛋白質(zhì)二、影響好氧生物處理的主要因素 溶解氧（DO）： 約12mg/l； 水溫：是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞；最適宜溫度 1530C； 40C 或 10C后，會有不利影響。 營養(yǎng)物質(zhì)：細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占9097%；其余310%為無機元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要，一般對于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P；其它無機營養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等； pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.58.5之間；pH 4.5時，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。 有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）：重金屬；氰化物；H2S；鹵族元素及其化合物；酚、醇、醛等； 有機負(fù)荷率：污水中的有機物本來是微生物的食物，但太多時，也會不利于微生物； 氧化還原電位：好氧細(xì)菌：+300 400 mV， 至少要求大于+100 mV；厭氧細(xì)菌：要求小于+100 mV，對于嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，則-100 mV，甚至-300 mV。第二節(jié) 廢水厭氧生物處理原理廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵；是指在厭氧條件下由多種（厭氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機物分解并產(chǎn)生CH4和CO2的過程。一、厭氧生物處理中的基本生物過程階段性理論1、兩階段理論：20世紀(jì)3060年代，被普遍接受的是“兩階段理論”圖1厭氧反應(yīng)的兩階段理論圖示內(nèi)源呼吸產(chǎn)物堿性發(fā)酵階段酸性發(fā)酵階段水解胞外酶胞內(nèi)酶產(chǎn)甲烷菌胞內(nèi)酶產(chǎn)酸菌不溶性有機物可溶性有機物細(xì)菌細(xì) 胞脂肪酸、醇類、H2、CO2其它產(chǎn)物細(xì)菌細(xì)胞CO2、CH4第一階段：發(fā)酵階段，又稱產(chǎn)酸階段或酸性發(fā)酵階段；主要功能是水解和酸化，主要產(chǎn)物是脂肪酸、醇類、CO2和H2等；主要參與反應(yīng)的微生物統(tǒng)稱為發(fā)酵細(xì)菌或產(chǎn)酸細(xì)菌；這些微生物的特點是：1）生長速率快，2）對環(huán)境條件的適應(yīng)性（溫度、pH等）強。第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱堿性發(fā)酵階段；是指產(chǎn)甲烷菌利用前一階段的產(chǎn)物，并將其轉(zhuǎn)化為CH4和CO2；主要參與反應(yīng)的微生物被統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌（Methane producing bacteria）；產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要特點是：1）生長速率慢，世代時間長；2）對環(huán)境條件（溫度、pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。2、三階段理論對厭氧微生物學(xué)的深入研究后，發(fā)現(xiàn)將厭氧消化過程簡單地劃分為上述兩個過程，不能真實反映厭氧反應(yīng)過程的本質(zhì)；厭氧微生物學(xué)的研究表明，產(chǎn)甲烷菌是一類十分特別的古細(xì)菌（Archea），除了在分類學(xué)和其特殊的學(xué)報結(jié)構(gòu)外，其最主要的特點是：產(chǎn)甲烷細(xì)菌只能利用一些簡單有機物作為基質(zhì)，其中主要是一些簡單的一碳物質(zhì)如甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，兩碳物質(zhì)中只有乙酸，而不能利用其它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類；上世紀(jì)70年代，Bryant發(fā)現(xiàn)原來認(rèn)為是一種被稱為“奧氏產(chǎn)甲烷菌”的細(xì)菌，實際上是由兩種細(xì)菌共同組成的，一種細(xì)菌首先把乙醇氧化為乙酸和H2（一種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌），另一種細(xì)菌則利用H2和CO2產(chǎn)生CH4（一種真正意義上的產(chǎn)甲烷細(xì)菌嗜氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌）；因而，Bryant提出了厭氧消化過程的“三階段理論”：說明：1）I、II、III為三階段理論，I、II、III、 IV為四類群理論； 2）所產(chǎn)生的細(xì)胞物質(zhì)未表示在圖中III發(fā)酵性細(xì)菌脂肪酸、醇類產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌II同型產(chǎn)乙酸菌IV有機物乙酸H2+CO2CH4I產(chǎn)甲烷菌圖2厭氧反應(yīng)的三階段理論和四類群理論水解、發(fā)酵階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2/CO2；產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4；一般認(rèn)為，在厭氧生物處理過程中約有70%的CH4產(chǎn)自乙酸的分解，其余的則產(chǎn)自H2和CO2。3、四階段理論（四菌群學(xué)說）：幾乎與Bryant提出“三階段理論”的同時，又有人提出了厭氧消化過程的“四菌群學(xué)說”：實際上，是在上述三階段理論的基礎(chǔ)上，增加了一類細(xì)菌同型產(chǎn)乙酸菌，其主要功能是可以將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實際上這一部分由H2/CO2合成而來的乙酸的量較少，只占厭氧體系中總乙酸量的5%左右?？傮w來說，“三階段理論”、“四階段理論”是目前公認(rèn)的對厭氧生物處理過程較全面和較準(zhǔn)確的描述。4、 多階段理論 但是，當(dāng)利用厭氧生物處理工藝處理含有復(fù)雜有機物的時候，在厭氧反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)會遠(yuǎn)比上述“三階段理論”、“四階段理論”中所描述的反應(yīng)過程復(fù)雜，可以參見“厭氧復(fù)雜體系示意圖”。二、厭氧消化過程中的主要微生物 主要介紹其中的發(fā)酵細(xì)菌（產(chǎn)酸細(xì)菌）、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等。1、發(fā)酵細(xì)菌（產(chǎn)酸細(xì)菌）：發(fā)酵產(chǎn)酸細(xì)菌的主要功能有兩種： 水解在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物； 酸化將可溶性大分子有機物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類等；主要的發(fā)酵產(chǎn)酸細(xì)菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；水解過程較緩慢，并受多種因素影響（pH、SRT、有機物種類等），有時回成為厭氧反應(yīng)的限速步驟；產(chǎn)酸反應(yīng)的速率較快；大多數(shù)是厭氧菌，也有大量是兼性厭氧菌；可以按功能來分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌等。2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的主要功能是將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2；為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供合適的基質(zhì)，在厭氧系統(tǒng)中常常與產(chǎn)甲烷細(xì)菌處于共生互營關(guān)系。主要的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)有：乙醇： 丙酸： 丁酸： 注意：上述反應(yīng)只有在乙酸濃度很低、系統(tǒng)中氫分壓也很低時才能順利進(jìn)行，因此產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸反應(yīng)的順利進(jìn)行，常常需要后續(xù)產(chǎn)甲烷反應(yīng)能及時將其主要的兩種產(chǎn)物乙酸和H2消耗掉。主要的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌多為：互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等；多數(shù)是嚴(yán)格厭氧菌或兼性厭氧菌。3、產(chǎn)甲烷菌20世紀(jì)60年代Hungate開創(chuàng)了嚴(yán)格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)之后，對產(chǎn)甲烷細(xì)菌的研究才得以廣泛進(jìn)行；產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要功能是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進(jìn)行；主要可分為兩大類：乙酸營養(yǎng)型和H2營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌，或稱為嗜乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌和嗜氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌；一般來說，在自然界中乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類較少，只有Methanosarcina（產(chǎn)甲烷八疊球菌）和Methanothrix（產(chǎn)甲烷絲狀菌），但這兩種產(chǎn)甲烷細(xì)菌在厭氧反應(yīng)器中居多，特別是后者，因為在厭氧反應(yīng)器中乙酸是主要的產(chǎn)甲烷基質(zhì)，一般來說有70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解；典型的產(chǎn)甲烷反應(yīng)： 根據(jù)產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)和生理生態(tài)特征，可將其分類如下：產(chǎn)甲烷桿菌目產(chǎn)甲烷桿菌科產(chǎn)甲烷球菌目產(chǎn)甲烷球菌科產(chǎn)甲烷微菌目產(chǎn)甲烷微菌科產(chǎn)甲烷八疊球菌科產(chǎn)甲烷桿菌屬產(chǎn)甲烷桿短菌屬甲酸產(chǎn)甲烷桿菌瘤胃產(chǎn)甲烷桿菌產(chǎn)甲烷球菌屬范氏產(chǎn)甲烷球菌產(chǎn)甲烷微菌屬產(chǎn)甲烷菌屬產(chǎn)甲烷螺菌屬產(chǎn)甲烷八疊球菌屬產(chǎn)甲烷絲菌屬運動產(chǎn)甲烷微菌黑海產(chǎn)甲烷微菌亨氏產(chǎn)甲烷螺菌巴氏產(chǎn)甲烷八疊球菌索氏產(chǎn)甲烷絲菌屬最新的分類（Bergys細(xì)菌手冊第九版），共分為：三目、七科、十九屬、65種；產(chǎn)甲烷菌有各種不同的形態(tài)，常見的有：產(chǎn)甲烷桿菌；產(chǎn)甲烷球菌；產(chǎn)甲烷八疊球菌；產(chǎn)甲烷絲菌；等等。在生物分類學(xué)上，產(chǎn)甲烷菌（Methanogens）屬于古細(xì)菌（Archaebacteria），大小、外觀上與普通細(xì)菌（Eubacteria）相似，但實際上，其細(xì)胞成分特殊，特別是細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)較特殊；在自然界的分布，一般可以認(rèn)為是棲息于一些極端環(huán)境中（如地?zé)崛?、深海火山口、沉積物等），但實際上其分布極為廣泛，如污泥、瘤胃、昆蟲腸道、濕樹木、厭氧反應(yīng)器等；產(chǎn)甲烷菌都是嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，要求氧化還原電位在-150-400mv，氧和氧化劑對其有很強的毒害作用；產(chǎn)甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代時間長，可達(dá)46天，因此，一般情況下產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化的限速步驟三、厭氧生物處理的影響因素產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化過程的控制階段，因此，一般來說，在討論厭氧生物處理的影響因素時主要討論影響產(chǎn)甲烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等。1、溫度：溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著；厭氧細(xì)菌可分為嗜熱菌（或高溫菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相應(yīng)地，厭氧消化分為：高溫消化（55C左右）和中溫消化（35C左右）；高溫消化的反應(yīng)速率約為中溫消化的1.51.9倍，產(chǎn)氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低；當(dāng)處理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或污泥時，高溫消化可取得較好的衛(wèi)生效果，消化后污泥的脫水性能也較好；隨著新型厭氧反應(yīng)器的開發(fā)研究和應(yīng)用，溫度對厭氧消化的影響不再非常重要（新型反應(yīng)器內(nèi)的生物量很大），因此可以在常溫條件下（2025C）進(jìn)行，以節(jié)省能量和運行費用。2、pH值和堿度：pH值是厭氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產(chǎn)甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一般認(rèn)為，其最適pH值范圍為6.87.2，在8.2時，產(chǎn)甲烷菌會受到嚴(yán)重抑制，而進(jìn)一步導(dǎo)致整個厭氧消化過程的惡化；厭氧體系中的pH值受多種因素的影響：進(jìn)水pH值、進(jìn)水水質(zhì)（有機物濃度、有機物種類等）、生化反應(yīng)、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體系是一個pH值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；一般來說：系統(tǒng)中脂肪酸含量的增加（累積），將消耗，使pH下降；但產(chǎn)甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產(chǎn)生，使系統(tǒng)的pH值回升。堿度曾一度在厭氧消化中被認(rèn)為是一個至關(guān)重要的影響因素，但實際上其作用主要是保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，維持合適的pH值；厭氧體系一旦發(fā)生酸化，則需要很長的時間才能恢復(fù)。3、氧化還原電位：嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行正常生理活動的基本條件；非產(chǎn)甲烷菌可以在氧化還原電位為+100 -100mv的環(huán)境正常生長和活動；產(chǎn)甲烷菌的最適氧化還原電位為-150 -400mv，在培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于-330mv；4、營養(yǎng)要求：厭氧微生物對N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；多數(shù)厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或氨基酸的功能，所以有時需要投加：K、Na、Ca等金屬鹽類；微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；有機微量物質(zhì)：酵母浸出膏、生物素、維生素等。5、F/M比：厭氧生物處理的有機物負(fù)荷較好氧生物處理更高，一般可達(dá)510kgCOD/m3.d，甚至可達(dá)5080 kgCOD/m3.d；無傳氧的限制；可以積聚更高的生物量。產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于產(chǎn)甲烷階段，因此必須十分謹(jǐn)慎地選擇有機負(fù)荷；高的有機容積負(fù)荷的前提是高的生物量，而相應(yīng)較低的污泥負(fù)荷；高的有機容積負(fù)荷可以縮短HRT，減少反應(yīng)器容積。6、有毒物質(zhì)：常見的抑制性物質(zhì)有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機物；硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化過程中被還原成硫化物；可溶的硫化物達(dá)到一定濃度時，會對厭氧消化過程主要是產(chǎn)甲烷過程產(chǎn)生抑制作用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-，或從系統(tǒng)中吹脫H2S可以減輕硫化物的抑制作用。氨氮：氨氮是厭氧消化的緩沖劑；但濃度過高，則會對厭氧消化過程產(chǎn)生毒害作用；抑制濃度為50200mg/l，但馴化后，適應(yīng)能力會得到加強。重金屬：使厭氧細(xì)菌的酶系統(tǒng)受到破壞。氰化物：有毒有機物：四、厭氧生物處理的主要特征1、厭氧生物處理過程的主要優(yōu)點： 能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）； 污泥產(chǎn)量很低；厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率Y為0.150.34kgVSS/kgCOD，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產(chǎn)率約為0.250.6kgVSS/kgCOD。 厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進(jìn)行降解或部分降解； 反應(yīng)過程較為復(fù)雜厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個連續(xù)的微生物過程；2、厭氧生物處理過程的主要缺點： 對溫度、pH等環(huán)境因素較敏感； 處理出水水質(zhì)較差，需進(jìn)一步利用好氧法進(jìn)行處理； 氣味較大； 對氨氮的去除效果不好；等等第三節(jié) 廢水生物脫氮原理一、廢水生物脫氮的基本過程氨化（Ammonificaton）：廢水中的含氮有機物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程；硝化（Nitrification）：廢水中的氨氮在好氧自養(yǎng)型微生物（統(tǒng)稱為硝化菌）的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2- 和NO3-的過程；反硝化（Denitrification）：廢水中的NO2- 和/或NO3-在缺氧條件下在反硝化菌（異養(yǎng)型細(xì)菌）的作用下被還原為N2的過程。二、硝化反應(yīng)（Nitrification）1、硝化反應(yīng)的基本原理硝化反應(yīng)分為兩步進(jìn)行：； 。是由兩組自養(yǎng)型硝化菌分兩步完成的： 亞硝酸鹽細(xì)菌（或稱為氨氧化細(xì)菌）（Nitrosomonas）； 硝酸鹽細(xì)菌（或稱為亞硝酸鹽氧化細(xì)菌）（Nitrobacter）；到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)有任何一種細(xì)菌可以直接將氨氮通過一步氧化到硝酸鹽。這兩種硝化細(xì)菌的特點： 都是革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短桿菌和球菌； 強烈好氧，不能在酸性條件下生長； 無需有機物，以氧化無機含氮化合物獲得能量，以無機C（CO2或HCO3-）為碳源； 化能自養(yǎng)型； 生長緩慢，世代時間長。2、硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式 亞硝化反應(yīng)：如果加上細(xì)胞合成，則：亞硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.146g/g NH4+-N（113/55/14）；氧化1mg NH4+-N為NO2-N，需氧3.16mg（7632/55/14）；氧化1mg NH4+-N為NO2-N，需消耗7.08mg堿度（以CaCO3計）（10950/55/14） 硝化反應(yīng)： 如果加上細(xì)胞合成，則：硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)率是：0.02g/gNO2-N(113/400/14)氧化1mg NO2-N為NO3N，需氧1.11mg(195*32/400/14)幾乎不消耗堿度總的硝化反應(yīng)： 如加上細(xì)胞合成，則： 總的細(xì)菌產(chǎn)率是： 0.02g/gNO2-N(113/400/14)；氧化1mg 為，需氧4.27mg(1.86*32/14)；氧化1 mg 為，需消耗堿度7.07mg(以CaCO3計)；污水中必須有足夠的堿度，否則硝化反應(yīng)會導(dǎo)致pH值下降，使反應(yīng)速率減緩或停滯；如果不考慮合成，則：氧化1 mg NH4+-N為NO3-N，需氧4.57mg，其中亞硝化反應(yīng)3.43mg，硝化反應(yīng)1.14mg，需消耗堿度7.14mg(以CaCO3計)3、硝化反應(yīng)所需要的環(huán)境條件兩種硝化菌對環(huán)境的變化都很敏感，要求較苛刻，主要如下： 好氧條件(DO不小于1mg/l)，并能保持一定的堿度以維持穩(wěn)定的pH值(適宜的pH為8.08.4)； 進(jìn)水中的有機物的濃度不宜過高，一般要求BOD5在1520mg/l以下； 硝化反應(yīng)的適宜溫度是2030C，15C以下時，硝化反應(yīng)的速率下降，小于5C時，完全停止； 硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間即污泥齡，必須大于其最小的世代時間(一般為310天)； 高濃度的氨氮、亞硝酸鹽或硝酸鹽、有機物以及重金屬離子等都對硝化反應(yīng)有抑制作用。三、反硝化反應(yīng)（Denitrification）1、反硝化反應(yīng)及反硝化細(xì)菌反硝化反應(yīng)是指硝酸鹽或亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氣態(tài)氮（N2）的過程；反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，并不是一類專門的細(xì)菌，它們大量存在于土壤和污水處理系統(tǒng)中，如變形桿菌、假單胞菌等，土壤微生物中有50%是這一類具有還原硝酸鹽能力的細(xì)菌；反硝化菌能在缺氧條件下，以或為電子受體，以有機物為電子供體，而將氮還原；在反硝化菌的代謝活動下，或中的N可以有兩種轉(zhuǎn)化途徑： 同化反硝化，即最終產(chǎn)物是有機氮化合物，是菌體的組成部分； 異化反硝化，即最終產(chǎn)物是氮氣（N2）或笑氣（N2O）。2、反硝化反應(yīng)過程及反應(yīng)方程式 反應(yīng)過程示意圖： 反應(yīng)方程式： 以H為電子供體： 第一步：第二步：總反應(yīng)： 以甲醇為電子供體： 第一步：第二步：總反應(yīng)：3、反硝化反應(yīng)的影響因素 碳源：一是原廢水中的有機物，當(dāng)廢水的BOD5/TKN大于35時，可認(rèn)為碳源充足；二是外加碳源，多采用甲醇； pH值：適宜的pH值是6.57.5，pH值高于8或低于6，反硝化速率將大大下降； 溶解氧：反硝化菌適于在缺氧條件下發(fā)生反硝化反應(yīng)，但另一方面，其某些酶系統(tǒng)只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化反應(yīng)宜于在缺氧、好氧交替的條件下進(jìn)行，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/l以下； 溫度：最適宜溫度為2040C，低于15C其反應(yīng)速率將大為降低。4、生物脫氮反應(yīng)過程中各項生化反應(yīng)特征生化反應(yīng)類型去除有機物硝化反硝化亞硝化硝化微生物好氧菌及兼性菌Nitrosomonas自養(yǎng)型菌Nitrobacter自養(yǎng)型菌兼性菌異養(yǎng)型菌能源有機物化能化能有機物氧源(電子受體)O2O2O2NO2- 、NO3-溶解氧12mg/l以上2mg/l以上2mg/l以上00.5mg/l堿度無變化氧化1mgNH4+-N需要7.14mg/l堿度無變化還原1mgNO3-N或NO2-N生成3.57mg堿度耗氧分解1mg有機物（BOD5）需氧2mg氧化1mgNH4+-N需氧3.43mg氧化1mg NO2-N需氧1.14mg分解1mg有機物(COD)需NO2-N 0.58mg，NO3-N0.35mg所提供的化合態(tài)氧最適pH值6878.567.568最適水溫1525C30C30C3437C增殖速度(d-1)1.23.50.211.080.281.44好氧分解的1/21/2.5分解速度70870mgBOD/gMLSS.h7mgNH4+-N/gMLSS.h28mg NO3-N /gMLSS.h四、新型生物脫氮途徑與工藝1、短程生物脫氮工藝2、SHARON工藝3、ANAMMOX工藝4、SHARONANAMMOX組合工藝5、OLAND工藝6、CANON工藝7、同時硝化反硝化（SND）工藝第四節(jié) 廢水生物除磷原理一、磷在廢水中的存在形式通常磷是以磷酸鹽（、）、聚磷酸鹽和有機磷等的形式存在于廢水中；細(xì)菌一般是從外部環(huán)境攝取一定量的磷來滿足其生理需要；有一類特殊的細(xì)菌磷細(xì)菌，可以過量地、超出其生理需要地從外部攝取磷，并以聚合磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞體內(nèi)，如果從系統(tǒng)中排出這種高磷污泥，則能達(dá)到除磷的效果。二、生物除磷的基本過程1、除磷菌的過量攝取磷 好氧條件下，除磷菌利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚b-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細(xì)胞體內(nèi)。2、除磷菌的磷釋放在厭氧條件下，除磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚b-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外。3、富磷污泥的排放在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統(tǒng)而達(dá)到除磷的目的。三、生物除磷過程的影響因素1、溶解氧：在除磷菌釋放磷的厭氧反應(yīng)器內(nèi)，應(yīng)保持絕對的厭氧條件，即使是NO3-等一類的化合態(tài)氧也不允許存在；在除磷菌吸收磷的好氧反應(yīng)器內(nèi)，則應(yīng)保持充足的溶解氧。2、污泥齡：生物除磷主要是通過排除剩余污泥而去除磷的，