改良水解微孔曝气一体化氧化沟处理低碳氮比城市污水中试分析-环境工程专业论文.docxVIP

华中科技大学硕士学位论文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 PAGE 10 PAGE 10 1 绪 论 1.1 水体中氮素来源及其危害 水中的氮的主要存在形式有两种：有机氮、无机氮。其中有机氮主要包括蛋白 质、多肽、氨基酸和尿素等含氮有机物，这些有机氮在好氧或者厌氧条件下经微生 物分解变成无机氮。无机氮的主要形式包括 NH4+-N、NO2--N、和 NO3--N[1]。过多的 氮化合物进入天然水体会导致水质恶化，影响渔业发展，危害人体健康，氮元素主 要危害有[2]： 1）氨氮会消耗水体中溶解氧。 排入水体的氨氮可在硝化细菌的作用下由 NH4+-N 氧化为 NO3--N，此反应消耗 水体中的溶解氧，且 1 ㎎氨氮氧化成硝态氮会消耗溶解氧 4.57 ㎎[3]。 2）氮化合物对人和生物有毒害作用 游离氨会影响鱼鳃的氧传递，当水中的游离氨浓度超过 1.0 ㎎/L 时，鱼类会死 亡[4]。此外，硝酸盐和亚硝酸盐可能转化为亚硝胺，亚硝胺是三致物质，对人的健康 有潜在威胁。 3）导致水体富营养化 富营养化是水质衰老的一种现象，人类的生命活动使得过量的植物性营养元素 氮、磷排入湖泊、海湾、河口等水生态系统，加速了水体的富营养化过程[5]。在光照 和其他环境条件适宜的情况下，水中所含的营养物质导致藻类过量生长，在藻类死 亡和随之而来的异氧微生物代谢活动中，水体中溶解氧被耗尽，使水质恶化，水体 使用功能部分或完全丧失，水质恶化以及 水生态环境结构被破坏。 它的危害主要表现在以下几个方面[6]： （1）氨对某些金属有腐蚀作用，对给水投氯消毒会有不利影响，增加给水处理 成本。 （2）藻类的代谢，恶化了水体的感官，降低水体的美学价值。为脱色、除嗅、 除味而是化学药剂投加量增加，滤池反冲洗次数亦增加。 4）污染地下水 生活污水以及含氮工业废水的未达标排放及其渗漏、农村地区大量使用氮素花 费，都会导致地下水中含氮量升高，这会危害我国以地下水为主要引用水源的人的 身体健康。而引用氮素超标的水，可能会导致食道癌等各种癌症。 1.2 生物脱氮原理及技术 1.2.1 传统生物脱氮原理 自然界中，氮化合物是以有机物（动物蛋白，植物蛋白）、氨态氮（NH4，NH3）、 亚硝酸氮（NO2-）、硝酸氮（NO3-）形式存在的。 传统的生物脱氮原理是指在好氧条件下，硝化菌通过硝化反应将废水中的氨态 氮转化为硝态氮和亚硝态氮，在缺氧或厌氧条件下，反硝化菌通过反硝化作用将硝 态氮和亚硝态氮转化为氮气。这两个过程不能同时发生，只能序列式进行。以上过 程包括氨化、硝化、同化和反硝化作用[7]。、 （1）氨化作用 未经处理的新鲜污水中，含氮化合物主要存在形式有：①有机氮，如蛋白质、 氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等；②氨态氮（NH3，NH4+） 氨化作用是指在氨化菌的作用下，有机氮化物分解转化为氨态氮，其主要方式 有：氧化脱氨、还原脱氨、水解脱氨、减饱和脱氨[8]。氨化菌为异氧菌，在有氧或者 缺氧条件下都可以进行。 （2）硝化作用 在硝酸菌的作用下，氨态氮进一步分解氧化，该反应分两步完成，首先氨（NH4+） 在亚硝化菌的作用下，转化为亚硝酸氨 NH4+ +3/2 O2→N2O- +H2O+2H+ -△F （△F=278.42KJ） （1.1） 然后亚硝酸氮在硝酸菌作用下进一步转化为硝酸氮， NO2- +1/2 O2→NO3- -△F （△F=72.27KJ） （1.2） 亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，硝化菌是专性好氧、化能自养菌。从无机物 CO2、HCO3-、CO3-获取碳源，以 NH4+、NO2-为电子供体、O2 为电子受体，从无机 物的氧化中获取能量，在自然界的氮元素循环中起着非常重要的作用[9]。 （3）同化作用 污水生物处理过程中，进水中的 N（氨氮或有机氮）通过新陈代谢转化成自身 组成成分。按照细胞干重计算，微生物细胞中含氮量约占 12.5%，即使溶菌作用和微 生物自身的内源呼吸作用会使活性污泥中的氮元素又以有机氮和氨氮形式释放到污 水中，仍有大量的存在微生物细胞和内源呼吸残留物中的氮通过排除剩余活性污泥 的方式排出污水处理系统[10]。 （4）反硝化作用 反硝化反应是指 NO3-N 和 NO2-N 在反硝化菌的作用下，被还原成 N2 的过程。 反硝化菌属于异养型兼性厌氧菌的细菌，在厌氧条件下，营厌氧呼吸，以硝酸盐或 亚硝酸盐中的氧为电子受体，以有机碳源为电子供体[11]。在反硝化反应过程中，硝 酸氮通过反硝化菌的代谢活动，有如下几种形式。 ①同化反硝化 同化反硝化是指硝酸盐被还原成亚硝酸和氨，氨再被同化成氨基酸的过程。同 化反硝化是耗能过程，最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分，整个过程不 会积累硝酸盐，也不会产生氨。反应过程如式（1.3）所示