反硝化菌的反应原理

                                                                                                               ——XRT@反硝化菌

一、生化处理工艺的选择

        废水经过预处理后，这时出水可生化性好，氨氮较高，近年开发了一些处理此类废水的工艺技术，如AO活性污泥工艺、氧化沟活性污泥法、SBR、CASS工艺等。

在进入二级生化处理前增加厌氧水解工艺，使环链或长链的不易生物降解的有机物水解为短链低分子容易降解的有机物，改善污水的可生化性，破坏染料发色基团，可以明显提高全流程的COD和色度的去除效率。

        活性污泥法是目前我国废水处理中应用最普遍且最成熟的方法。活性污泥法主要由曝气池、二次沉淀池、曝气系统以及污泥回流系统等组成。污水经初次沉淀池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，并氧化成为最终产物。非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代谢和利用。废水由此得到净化。净化后 与活性污泥在二次沉淀池内进行分离，上层出水排放；分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。

        对于总氮指标的降解，成本最低的且最环保的方式为微生物法。

        反硝化反应是由一群异养型微生物完成的生物化学过程。在缺氧(不存在分子态溶解氧)的条件下，将亚硝酸根和硝酸根还原成氮气、一氧化氮或氧化二氮。参与反硝化过程的微生物是反硝化菌。反硝化菌属兼性菌，在自然环境中几乎无处不在，在废水处理系统中许多常见的微生物都是反硝化细菌。当有溶解氧存在时，反硝化菌分解有机物利用分子态氧作为最终电子受体。在无溶解氧的情况下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N(V)和N(III)作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。

生物反硝化过程可用以下二式表示：

2NO2- + 6H( 电子供体有机物) → N2 + 2H2O + 2OH- (1)

2NO3- + 10H( 电子供体有机物) → N2 + 4H2O + 2OH- (2)

        反硝化过程中亚硝酸根和硝酸根的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。同化作用是指亚硝酸根和硝酸根被还原成氨氮，用来合成新微生物的细胞、氮成为细胞质的成分的过程。异化作用是指亚硝酸根和硝酸根被还原为氮气、一氧化氮或一氧化二氮等气态物质的过程，其中主要成分是氮气。

        反硝化过程的产物因参与反硝化反应的做生物种类和环境因素的不同而有所不同。例如，pH 值低于7.3时，一氧化二氮的产量会增加。当游离态氧和化合态氧同时存在时，微生物优先选择游离态氧作为含碳有机物氧化的电子受体。因此，为了保证反硝化的顺利进行，必须确保废水处理系统反硝化部分的缺氧状态。废水中的含碳有机物可以作为反硝化过程的电子供体。如果废水中不含溶解氧，为使反硝化进行完全，所需碳源、有机物(以BOD5表示)总量可用下式计算：

C=1. 71[NO2-N] + 2.86[NO3N]                 (3)

式中：C——反硝化过程有机物需要量(以BOD5表示)，mg/L；

      [NO2- –N]——亚硝酸盐浓度，mg/L；

      [NO3- N]——硝酸盐浓度，mg/L。

        当废水中碳源有机物不足时，可补充投加易于生物降解的碳源有机物，如甲醇、醋酸钠、葡萄糖等。同时考虑同化及异化两个代谢过程的反硝化反应可用下式表示：

NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7NO2+0.48N2+1.23H2O+HCO3-(4)

NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+HCO3-(5)

        为了降低运行成本，当然可以用城市废水或工业废水作为碳源。废水中一部分易生物降解的有机碳可以作为反硝化的碳源被微生物利用。另一部分有机物则是可慢速生物降解的颗粒性或溶解性有机物，虽可作为反硝化的碳源，但会使反硝化的速率降低。

        根据有机碳源的不同，Barnard提出反硝化速率可以分为三个不同的速率阶段。第一阶段在5~15min内，反硝化速率为50mg/(L·h)，该阶段利用易生物降解的可溶性有机物作为碳源。第二阶段速率为16mg/(L·h)，用不溶或复杂的可溶性有机物作碳源，这一阶段一直延续到外部碳源用尽为止。第三阶段反硝化速率为5.4mg/(L·h)，用微生物内源代谢产物作碳源。