脱氮作用之反硝化作用综述 环境工程系专业VIP免费

脱氮作用之反硝化作用综述环境工程系专业摘要：自然界中包括土壤、水体、污水、及工业废水都含有硝酸盐。植物及其他微生物把硝酸盐作为氮源。兼性厌氧的硝酸盐还原细菌及一些好氧细菌将硝酸盐、氨氮还原为氮气即反硝化作用[1]关键词：反硝化作用、氨氮、短程硝化反硝化、好氧反硝化、厌氧氨氧化在现代污水处理工艺当中，降解污水当中的有机物的技术已经相当成熟了，但是除去污水当中的氮工艺还不够成熟，现在大多数污水处理厂的出水都很清澈，对其出水进行监测分析发现其中COD很低，但是氨氮却很高，还有如果我们对城市中小河流进行监测分析，我们会发现同样的结果：COD很低，氨氮很高。所以降解水中的氨氮已经成为我们急待解决的问题。如果用传统的加化学药剂的方法，会产生二次污染，而且处理成本很高。利用细菌的反硝化作用降解污水当中的氨氮是一种很好的生物处理方法。这种生物处理方法成本较低，更重要的不会产生二次污染。据统计，从上世纪60年代至今，全国有环境监测的432条河流，80％受到不同程度的污染，全国2800多座湖泊大多出现富营养化现象。随着水体氮磷的积累，“赤潮”“水华”现象更加频繁，虽经治理，效果并不理想。上述治理形势之所以严峻，关键是缺乏有效、经济的治理技术和方法。而处理高难度有机废水中的氮磷等污染物，本身就是一道世界性难题[2]，垃圾填埋场的渗滤液属高浓度氨氮废水，后期渗滤液的氨氮浓度达2000mg/L以上，如利用生物法脱氮，反硝化需7500mg/L以上的碳源，而渗滤液本身所能提供的碳源明显不足，外加碳源则会增加处理成本。因此，研究高效脱氮工艺具有重要意义。近些年来在生物脱氮理论方面有了许多进展，亚硝酸盐硝化反硝化受到重视，发现了厌氧氨氧化和好氧反硝化微生物的生物化学作用，从而为高浓度氨氮废水的高效生物脱氮提供了可能的途径[3]。细菌的反硝化作用应用在水处理当中的研究是很有前景的。细菌的反硝化作用是通过微生物的活动，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为气态分子氮或气态氮氧化物的过程。废水中氮的去除通常有离子交换、反渗透、氨的吹脱、化学反硝化、化学沉淀、生物反硝化、同化等物理、化学和生物处理方法。但是这些方法中生物反硝化效果最好，处理成本较低。反硝化作用是指经脱氮假单胞菌（Pseudomonasdenitrificans）、脱氮微球菌（Micrococcusdenitri-ficans）等反硝化细菌把硝酸或亚硝酸转变成氮气而释放的作用。氮气全部是来源于无机态硝酸或亚硝酸，按图1氮元素转化NO3ˉ—→NO2ˉ—→NO—→N2O—→N2的顺序进行还原[4]。除生成N2以外，有时也附带生成N2O、NO等。一般认为在呼吸中是以硝酸中的氧来作为电子受体的氧进行能量调节的。通常高等植物或其他细菌类进行的硝酸或亚硝酸的还原过程都是同化过程。相反，反硝化作用则是异化过程，两者是有区别的。生物反硝化可分为有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化(如图1)。图2溶解氧与反硝化反应速率的关系生物硝化反硝化是应用最广泛的脱氮方式。由于氨氮氧化过程中需要大量的氧气，曝气费用成为这种脱氮方式的主要开支（反硝化反应速率与溶氧的关系见图2[5]）。反硝化反应速率还受温度影响见图3[5]。短程硝化反硝化（将氨氮氧化至亚硝酸盐氮即进行反硝化），不仅可以节省氨氧化需氧量而且可以节省反硝化所需炭源。[6]图3反应速率还受温度影响Ruiza等[7]用合成废水（模拟含高浓度氨氮的工业废水）试验确定实现亚硝酸盐积累的最佳条件。要想实现亚硝酸盐积累，pH不是一个关键的控制参数，因为pH在6.45～8.95时，全部硝化生成硝酸盐，在pH<6.45或pH>8.95时发生硝化受抑，氨氮积累。当DO＝0.7mg/L时，可以实现65％的氨氮以亚硝酸盐的形式积累并且氨氮转化率在98％以上。DO<0.5mg/L时发生氨氮积累，DO>1.7mg/L时全部硝化生成硝酸盐。刘俊新等[8]对低碳氮比的高浓度氨氮废水采用亚硝玻型和硝酸型脱氮的效果进行了对比分析。试验结果表明，亚硝酸型脱氮可明显提高总氮去除效率，氨氮和硝态氮负荷可提高近1倍。此外，温度、pH和氨氮浓度等因素对脱氮类型具有重要影响。刘超翔等[9]短程硝化反硝化处理焦化废水的中试结果表明，进水COD、氨氮、TN和酚的浓度分别为1201.6、51...