污水生物脱氮除磷原理

生物脱氮原理

生物脱氮过程主要涉及到多个环节的微生物作用，在污水中的氮以有机氮和氨氮等多种形式存在，例如生活污水里面含有的蛋白质就包含有机氮。而生物脱氮就是将这些含氮污染物通过一系列微生物反应转化为无害的氮气从而从水体中去除。

- 氨化作用：这是生物脱氮的起始步骤。有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮，这一过程也称为矿化作用。在好氧条件下，有两种主要的降解方式，一是基于氧化酶催化下的氧化脱氨；另一种是在水解酶的催化作用下的水解脱氨反应。在厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。像氨基酸在氨化过程中发生反应：RCH(NH₂)COOH RCH₂COOH + NH₃；CH₃CH(NH₂)COOHCH₃CH(OH)COOH + NH₃；CH₂(OH)CH(NH₂)COOHCH₃COCOOH + NH₃ 。

- 硝化作用：氨氮进一步被硝化细菌转化为硝酸盐氮。这一过程由亚硝酸菌（负责将氨氮氧化为亚硝态氮）和硝酸菌（将亚硝态氮氧化为硝态氮）共同完成，是个分为亚硝化和硝化两个步骤的反应过程。在硝化反应时，细菌能分别从氧化NH₃ - N和N₂O - - N的过程中获取能量，且它们的碳源为无机碳化合物，像CO₃²⁻、HCO⁻、CO₂等。硝化过程具有一些重要特征：首先，NH₃的生物氧化对氧气量需求大，大约每去除1g的NH₃ - N需要4.2gO₂；其次，硝化过程细胞产率很低，难以维持较高的物质浓度，在低温冬季更容易出现这种状况；再者，硝化过程中会产生大量的质子（H⁺），理论上每氧化1gNH₃ - N大概需要5.57g（以Na₂CO₃计）的碱来中和反应过程，以确保反应的顺畅进行 。

- 反硝化作用：在厌氧或缺氧（DO在0.3 - 0.5mg/L之间异常时可以抑制反硝化反应）条件下，NOₓ - - N及其它氮氧化物被用作电子受体被还原为氮气或氮的其它气态氧化物，这一过程由反硝化菌完成。反应历程为：NO₃⁻NO₂⁻NON₂ON₂，以NO₃⁻为例：NO₃⁻+5 1/2N₂+2H₂O+OH⁻，对于NO₂⁻：NO₂⁻+3 1/2N₂+2H₂O+OH⁻。进行这类反应的细菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，在自然界它们分布广泛用于净化水体的反硝化。

生物除磷原理

磷在自然界中存在可溶态或颗粒态，生物除磷主要是把水中溶解性磷转化为颗粒性磷，实现磷水分离。在污水处理生物过程中，厌氧条件下聚磷菌的正常生长受到抑制，聚磷菌为了能自身继续生长，就会释放出其细胞中的聚磷酸盐，在这个过程里同时会产生获取废水中简单的溶解性有机基质所需的能量。然后将摄取大量磷的微生物从废水中去除，就能达到除磷的目的。微生物中的细菌，如不动杆菌属(Acinetobacter)、气单胞菌(Aeromonas)、棒杆菌属(Corynebacterium)、微丝菌(Microthrix.sp)等，在营养丰富环境中能形成多聚磷酸盐并积累起来，供后续合成核酸使用。并且当细菌经过对数生长期进入静止期，核酸合成停止后，若环境还有磷源剩余且自身有能量时，依然可以从外界吸取磷积累在细胞内。而当细菌处于厌氧等不利生活条件时，例如好气细菌处于厌氧环境下，其体内积累的多聚磷酸盐会分解并释放到环境中来，同时释放能量供其维持生存所需，体内多聚磷酸盐逐渐消失转为可溶性单磷酸盐排到体外环境中 。