精选课件第四讲-缺氧(反硝化)反应.ppt

反硝化在废水处理中的作用 提 纲 反硝化的作用机理 缺氧反硝化的影响因素 反硝化反应的化学计量学 反硝化的反应动力学 缺氧反硝化在生物处理工艺脱氮中的典型应用 外加碳源除氮 缺氧反硝化对难降解有机物的去除 有机物在不同生化环境下的降解 O2 H2O，CO2 N2，CO2 Fe(II), CO2 H2S, CO2 CH4, CO2 一、反硝化的作用机理 反硝化作用的定义 生物反硝化过程是指在无氧或低氧条件下，微生物将硝酸盐氮（NO3--N）和亚硝酸盐氮（NO2--N）还原成气态氮的过程。 参与这一过程的微生物称为反硝化菌，是一类兼性厌氧微生物。 反硝化菌 反硝化菌在环境中存在于土壤、沉积物、地表水、地下水中 大部分反硝化菌以有机物为电子供体，是异养菌； 部分反硝化菌可以H2和还原态硫为电子供体，是自养菌。 反硝化反应中氮的转化 反硝化反应中氮的转化 反硝化反应方程式（异养反硝化菌,以甲醇为碳源） 反硝化反应方程式（自养反硝化菌） 二、缺氧反硝化的影响因素 反硝化工艺的影响因素 溶解氧浓度的影响 溶解氧以两种方式影响反硝化 抑制氮还原酶的基因（DO大于2.5-5mg/L时） 抑制氮还原酶活性（ DO大于n/10 mg/L时） 当DO大于零时反硝化可以发生 反硝化中间产物的积累 较低浓度电子供体； 较高浓度DO（较高浓度DO对亚硝酸还原酶和氧化氮还原酶的抑制作用大于对硝酸还原酶的抑制作用） 最适7pH8，当pH低于6.0一6.5时，最终产物中N 2O占优势。当pH大于8时,会出现NO2-的积累，并且pH愈高，NO2-的积累愈严重．原因是高pH值抑制了亚硝酸盐还原酶的活性。 硝酸盐对亚硝酸盐还原酶有抑制作用 NO和N2O的还原 NO和N2O的还原一般较快； 但在有些情况会有N2O的积累，如低温、高浓度有毒物质存在等不利条件下。 N2O的温室效应 大气中的三种主要温室气体：CO2、CH4、N2O； N2O对温室效应的贡献是CH4的2.5倍，等摩尔浓度N2O的增温潜势是CO2的150倍，其在大气中的浓度增加一倍，将导致全球升温0.3℃。 目前大气中N2O的浓度为619μg/L，并正以每年0.25%~0.31%的速度增长。 反硝化过程中N2O的逸出 N2O还原酶的合成滞后于NO3-还原酶，因此反硝化初期， N2O不能及时还原为氮气，而扩散到大气中； N2O还原酶竞争电子的能力弱，因此当电子供体不足时，引起N2O积累而逸出； 有些特殊的反硝化菌反硝化的最终产物就是N2O。 三、反硝化反应的化学计量学 反硝化反应的化学计量学 反硝化反应的化学计量学 反硝化所需碳源量 bsCODr＝bsCODsyn+bsCODo bsCODr : 被利用的溶解性可生物降解COD bsCODsyn：用于细胞合成的溶解性可生物降解COD bsCODo ：被氧化的溶解性可生物降解COD 反硝化所需碳源量 由于 bsCODsyn＝1.42Yn*bsCODr bsCODr＝bsCODsyn+bsCODo 故 bsCODr＝1.42Yn bsCODr+bsCODo 推出 bsCODo＝(1-1.42Yn) bsCODr 反硝化所需碳源量 由于 bsCODo ＝2.86NOx NOx: 被还原的NO3－N 所以 2.86 NO3-N＝ (1-1.42Yn) bsCODr 推出 四、反硝化的反应动力学 异养反硝化菌与好氧异养菌有相似的动力学特征； 氧呼吸从O2转为NO3-或NO2-,电子供体用于细胞合成的比例fs和产率系数Y的降低程度均不大，因此，在有机物去除方面，反硝化与好氧过程类似。 四、反硝化的反应动力学 许多研究表明,当有机碳源充足时，反硝化速率与硝酸盐浓度呈零级动力学