污水中除氮除磷

『壹』 急急急！！！污水中氮和磷對環境有哪些危害分析生物脫氮除磷過程中不同階段微生物作用的特點

第1 卷第1 期
2 0 0 0 年2 月

環境污染治理技術與設備
Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control
Vol . 1 , No . 1
Feb . , 2 0 0 0
生物脫氮除磷工藝中的
微生物及其相互關系
X
郭勁松 黃天寅 龍騰銳
(重慶建築大學城市建設學院,重慶400045)
摘 要
本文著重對近年來脫氮除磷微生物學方面的研究進展進行了綜述,分析了生物脫氮除磷
反應器中各類功能微生物間的相互作用關系,營養物代謝機理和對處理效率的貢獻,討論了
脫氮除磷生物學應深入研究的一些問題。
關鍵詞:廢水處理 脫氮除磷 微生物
一、前 言
生物方法脫氮除磷由於其處理效率高、運行成本較低、污泥相對易處理,受到廣泛重
視。目前已經發展了諸如A/ O、A2/ O、Bardenpho 、UCT、VIP、SBR 及氧化溝等較為成功
的脫氮除磷工藝。在生物脫氮除磷過程中,微生物的種類、數量和代謝活性以及它們之間
相互作用關系所形成的微生態系統的特徵,直接影響著廢水處理的效率。因此,分析研究
脫氮除磷微生物的種類及其相互作用的關系,對於生物脫氮除磷工藝的優化控制管理和
開發新工藝將會起到重要作用。
二、生物脫氮除磷活性污泥微生物組成
11 脫氮微生物
一般生物廢水處理反應器內的微生物都能降解蛋白質、多肽、氨基酸、尿素等含氮化
合物以獲得生命活動所需能量和其它小分子物質,並生成氨氮,這個過程稱為氨化[1 ] 。
蛋白質的分解過程如下[2 ] :
蛋白質
蛋白酶
蛋白腖
蛋白酶
多肽
肽酶
氨基酸
不同微生物所具有的蛋白酶也不盡相同,如枯草桿菌有明膠酶和酪蛋白酶,而大腸桿
菌沒有這兩種酶,因此不能分解明膠和酪蛋白。污水中能分解蛋白質的微生物種類很多,
特別是假單胞菌屬、牙孢菌屬中某些種均能產生蛋白酶。真菌中的麴黴、毛霉和木霉也能
X 本研究得到國家自然科學基金資助(59838300)
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產生蛋白酶分解蛋白質。
氨基酸被吸收進入微生物細胞後,有的轉化為另一種氨基酸用於合成菌體蛋白質或
某些含氮化合物的合成。而另一部分氨基酸的降解主要通過脫氨基和脫羧基兩種方式。
由於微生物類型、氨基酸種類與環境條件不同,脫氨方式也不同,主要有:
a. 氧化脫氮:在有氧條件下好氧微生物將氨基酸氧化成酮基酸和氨。
b. 還原脫氮:在厭氧條件下,專性厭氧菌和兼性厭氧菌將氨基酸還原成飽和脂肪酸和
氨。
c. 水解脫氮和減飽和脫氮:不同氨基酸經此兩種方式脫氨生成不同的產物。如大腸
桿菌及變形桿菌水解色氨酸,生成吲哚、丙酮酸及氨;糞鏈球菌使精氨酸產生瓜氨酸;大腸
桿菌、變形桿菌、枯草桿菌和酵母菌等能將半胱氨酸分解為丙酮酸、氨和硫化氫。
硝化反應是在好氧狀態下由亞硝酸菌( Nit rosomonas ) 與硝酸菌( Nit robacter) 共同完
成的。亞硝酸菌有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺桿菌屬和硝酸球菌屬等,硝酸菌有硝酸桿
菌、螺菌屬和球菌屬等,兩者都屬專性好氧菌。硝化細菌幾乎生活在所有污水處理過程
中,它們都是革藍氏染色陰性,具有強烈的好氧性,不能在酸性條件下生長,由於這兩類細
菌不需要有機物作為養料,且是通過氧化無機的氮化合物得到所需的能量,故它們是化能
自養型的細菌[3 ] 。亞硝酸菌和硝酸菌以無機化合物CO2 -
3 、HCO -
3 及CO2 等為碳源,以
NH+
4 及NO -
2 為電子供體,O2 為電子受體,使氨氮氧化並合成新細胞,反應式可表示為:
55NH+
4 + 76O2 + 109HCO-
3
亞硝酸菌
C5H7NO2 + 54NO -
2 + 57H2O + 104H2CO3
400NO -
2 + NH+
4 + 4H2CO3 + HCO -
3 + 195O2
硝酸菌
C5H7NO2 + 3H2O + 400NO -
3
污水生物處理系統中微生物在無氧條件下大多具有反硝化能力,常見的有變形桿菌、
微球菌屬、假單胞菌屬、芽胞桿菌屬等[4 ] 。這些細菌利用硝酸鹽中的氧進行呼吸,氧化分
解有機物,將硝態氮還原為N2 或N2O ,其過程如下[5 ] :
NO -
3
硝酸鹽還原酶
NO -
2
亞硝酸鹽還原酶
NO
氧化氮還原酶
N2O
氧化亞氮還原酶
N2
Payne[6 ] (1973) 系統回顧了具有反硝化能力的廢水處理微生物,指出有些類群只具有
硝酸鹽還原酶,故只能將NO -
3 還原至NO-
2 ,如無色桿菌屬、放線桿菌屬、氣單胞菌屬、瓊
脂桿菌屬、芽孢桿菌屬等;而其它類群由於具有反硝化中的全部酶系,因此能將NO-
3 還
原成N2 ,如微球桿菌屬、丙酸桿菌屬、螺菌屬等。在所有反硝化菌中,有些是專性好氧菌,
有些是兼性厭氧菌。它們在好氧、厭氧或缺氧條件下,即使利用相同的有機基質,但通過
不同的呼吸途徑,產生的能量不同,同時細胞產量也不同。此外,少數專性和兼性自養細
菌也能還原硝酸鹽,如硫桿菌屬細菌能以氫氣還原性H2S 等無機物為電子供體,在厭氧
條件下利用NO -
3 作為電子受體來氧化還原性硫。
Kuenen J G等[7 ] (1987) 及Robert son L A. 等[8 ] (1992) 發現,許多異養型硝化細菌能
進行好氧反硝化反應,在產生NO -
3 和NO -
2 的過程中將這些產物還原,這為在同一反應
器中在同一條件下完成生物脫氮提供了可能。Vandegraaf 等[9 ] (1995) 研究發現異養硝
化、好氧反硝化細菌Thiosphaera pantot ropha 能把NH+
4 氧化成NO-
2 ,爾後通過反硝化途
徑將NO-
2 (與外源提供的NO -
2 和NO -
3 一起) 還原為N2 ,從而完成脫氮。
1 期 郭勁松等:生物脫氮除磷工藝中的微生物及其相互關系 9
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Mnlder A 等[10 ] (1995) 發現氨確實可以直接作為電子供體進行反硝化反應,並稱之
為Anaerobic Ammonium Oxidation (厭氧氨生物氧化) 。Vandegraaf 等[11 ] (1996) 通過研
究,證實了厭氧氨生物氧化是一個微生物過程,在厭氧分批培養中,氨與硝酸鹽同時被轉
化,僅有微量的亞硝酸鹽積累,一旦硝酸鹽耗盡,氨轉化即停止,但其中起作用的菌屬還待
進一步研究。
21 除磷微生物
在有氧條件下攝取磷,在厭氧條件下釋放磷原理[12 ,13 ,14 ,15 ] ,目前已被普遍接受。
Fuhs 等[16 ] (1975) 對Baltimore Black River 和Seneca Falls 這兩個具有很好除磷效果的污
水廠曝氣池中的活性污泥進行檢測,發現不動桿菌屬( Acinetobacter) 與磷的去除密切相
關。Buchan[17 ] (1983) 研究分析了除磷效果良好的幾個試驗裝置及污水廠的曝氣活性污
泥,表明不動桿菌是其中的優勢菌種,他認為廢水生物除磷過程首先是富集不動桿菌屬,
然後通過該菌過量吸收磷達到除磷的目的。此後,Lotter[18 ] (1985) ,Cloete 等[19 ] (1985) ,Bay2
ly 等[20 ] (1989) 和Beacham[21 ] (1990) 也分別在除磷活性污泥中檢測到了大量的不動桿菌屬。
然而,Brodich 等[22 ] (1983) 發現其生物除磷試驗裝置活性污泥的微生物中,不動桿菌屬是少
數菌屬,只佔總量的1 %～10 %,而優勢菌屬為氣單胞菌屬和假單胞菌屬。Hiraishi 等[23 ]
(1989) 比較了生物除磷工藝活性污泥與非除磷工藝活性污泥的微生物組成,發現兩者中的
不動桿菌都不佔優勢,在除磷A/ O 法活性污泥中不動桿菌屬只佔大約1 %。由此可見不動
桿菌並不是唯一的除磷微生物,還有其它微生物的除磷能力也不容忽視。
Mino[24 ] (1987) 提出內源糖通過EMP 途徑(酵解途徑) 降解,獲得的能量用來吸收醋
酸以合成PHB(聚羥基丁酸鹽) ,除磷菌在厭氧段降解內源糖的反應式為:
CH2O + 0. 083C6H10O5 (CH) + 0. 44HPO2 -
3 + 0. 023H2O

1. 33CH1. 5O0. 5 (PHB) + 0. 17CO2 + 0. 44H3PO4
圖1 厭氧狀態放磷[ 21 ]
在好氧或有NO -
3 存在條件下,因消耗
PHB 及內源碳而建立起的三羧酸循環和呼
吸鏈產生氫離子,為維持細胞質子動力pmf
的恆定趨向,細胞吸收過量磷,並合成豐富的
Poly - P[25 ] 。除磷菌生化反應模型如圖2 所
示。
31 具有反硝化能力的除磷菌(DPB)
在污水生物處理中,生物除磷通常是與
生物脫氮(硝化與反硝化) 工藝一起應用。如
圖2 所示,有些除磷菌亦能利用NO -
3 作為電子受體,在吸收磷的同時進行反硝化。許多
研究者[27 ] [28 ,29 ,30 ]在活性污泥系統和實驗室培養中發現了具有反硝化能力的除磷菌
(DPB) 。NO -
3 被用來氧化細胞內儲存的PHB ,然後以氮分子的形式從廢水中排除。這樣
引起水體富營養化的氮、磷兩大主要元素都被去除。Kuba[31 ] (1994) 發現DPB 除磷能力
與傳統A/ O 工藝中普通除磷菌相似,同時也具有建立在內源PHB 和糖類物質(Carbohy2
drate) 基礎上類似的生物代謝機理。在特定的條件下,除磷菌具有很強的反硝化能力。
1 0 郭勁松等:生物脫氮除磷工藝中的微生物及其相互關系 1 卷
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Kuba[32 ] (1997) 在Holten 污水處理廠的研究表明,約有50 %的除磷菌參與了反硝化活動。
圖2 好氧/ 缺氧狀態吸磷[ 26 ]
三、生物脫氮除磷工藝反應器中微生物關系
一般來說[33 ] ,微生物的相互關系有三種可能:第一,一種微生物的生長和代謝對另一
種微生物的生長產生有利影響,或者相互有利,形成有利關系,如生物間的共生和互生;第
二,一種微生物的生長與代謝對另一種微生物的生長產生不利影響,或者相互有害,形成
有害關系,如微生物間的拮抗、競爭、寄生和捕食;第三,兩種微生物生活在一起,兩者間發
生無關緊要、沒有意義的相互影響,表現出彼此對生長和代謝無明顯的有利或有害影響,
形成中性關系,如種間共處。
11 有利關系
微生物之間的有利關系可分為互生關系和共生關系。互生關系是微生物間比較鬆散
的聯合,在聯合中可以是一方得利,即一方為另一方提供或改善生活條件,或者是雙方都
得利。而共生關系是兩種微生物緊密地結合在一起,當這種關系高度發展時,就形成特殊
的共同體,在生理上表現出一定的分工,在組織和形態上產生新的結構。
生物脫氮系統中,互生關系主要表現為在化學水平的協作,即微生物間相互提供生長
因子、代謝刺激物或降解對方的代謝抑制物,平衡pH 值,維持適當的氧化還原電位或消
除中間產物的累積。氨化細菌,亞硝酸菌,硝酸菌及反硝化菌之間就表現為互生關系。在
氮素轉化過程中,氨化細菌分解有機氮化合物產生氨,為亞硝酸菌創造了必需的生活條
件,但對氨化細菌則無害也無利。亞硝酸菌氧化氨,生成亞硝酸,又為硝酸菌創造了必要
的生活條件。Chai Sung Gee 等[34 ]研究了亞硝化單胞菌屬與硝化桿菌在反應器內的相互
作用,運用懸浮生長實驗獲得的穩態氨和亞硝酸氧化的數據確定了這兩種細菌數量的生
長參數,得出結論:硝化桿菌的活性依賴於硝化桿菌對亞硝化單胞菌的數量比例,而亞硝
化單胞菌的活性則不受兩者之間數量比例的影響。可以斷定這兩個種群之間必然存在著
酶促共棲或生物化學的能量轉移。反硝化菌則在厭氧條件下將NO-
3 、NO -
2 還原為N2 氣
體,從污水的液相中排出,為亞硝化菌和硝化菌解除抑制因子,同時反硝化過程還提高了
反應器內的鹼度,部分地補充了硝化過程所消耗的鹼度,有利於反應器內pH 值穩定在硝
化菌活性較大的范圍內。

『貳』 污、廢水為什麼要脫氮除磷敘述污、廢水脫氮、除磷的原理。

污水處理的目的就是要保持水體中的物質能夠保持在一個相對穩定的程度上，也就是專說能夠成為人文環境屬的一個基礎，為人們的生活提供一個良好的保障。微生物生長需要大量氮磷，尤其是藻類，在氮磷充足的情況下，會大量生長，同時造成水體缺氧，使水中的動物很難存活，造成大量死亡。脫氮除磷原理很簡單，通過硝化反硝化去氮，厭氧好氧生物處理去磷

『叄』 如何去除廢水中的磷，氨氮

這個問題太籠統了，氨氮，磷的值是多少？處理方法有很多，現在的工藝大部分都有處理的效果，A/A/O,SBR是最常用的，你搞清楚去氮除磷的原理就簡單了

『肆』 請問水處理中厭氧池脫氮除磷的原理，比如污水中的氨氮是通過怎樣的反應去除的，反應的方程式是什麼

1、生物脫氮

反硝化細菌在缺氧條件下，還原硝酸鹽，釋放出分子態氮（）或一氧化二氮（N2O）的過程。微生物和植物吸收利用硝酸鹽有兩種完全不同的用途，一是利用其中的氮作為氮源，稱為同化性硝酸還原作用：NO3-→NH4+→有機態氮。許多細菌、放線菌和黴菌能利用硝酸鹽做為氮素營養。另一用途是利用NO2-和NO3-為呼吸作用的最終電子受體，把硝酸還原成氮（N2），稱為反硝化作用或脫氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。能進行反硝化作用的只有少數細菌，這個生理群稱為反硝化菌。大部分反硝化細菌是異養菌，例如脫氮小球菌、反硝化假單胞菌等，它們以有機物為氮源和能源，進行無氧呼吸，其生化過程可用下式表示：
C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量
CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量
少數反硝化細菌為自養菌，如脫氮硫桿菌，它們氧化硫或硝酸鹽獲得能量，同化二氧化碳，以硝酸鹽為呼吸作用的最終電子受體。可進行以下反應：
5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4
反硝化作用使硝酸鹽還原成氮氣，從而降低了土壤中氮素營養的含量，對農業生產不利。農業上常進行中耕鬆土，以防止反硝化作用。反硝化作用是氮素循環中不可缺少的環節，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-減少，消除因硝酸積累對生物的毒害作用。

2.生物除磷

1）生物除磷只要由一類統稱為聚磷菌的微生物完成，由於聚磷菌能在厭氧狀態下同化發酵產物，使得聚磷菌在生物除磷系統中具備了競爭的優勢。

2）在厭氧狀態下，兼性菌將溶解性有機物轉化成揮發性脂肪酸；聚磷菌把細胞內聚磷水解為正酸鹽，並從中獲得能量，吸收污水中的易講解的COD，同化成細胞內碳能源存貯物聚β-羥基丁酸或β-羥基戊酸等

3）在好氧或缺氧條件下，聚磷菌以分子氧或化合態氧作為電子受體，氧化代謝內貯物質PHB或PHV等，並產生能量，過量地從無水中攝取磷酸鹽，能量以高能物質ATP的形式存貯，其中一部分有轉化為聚磷，作為能量貯於胞內，通過剩餘污泥的排放實現高效生物除磷目的

『伍』 污水中BOD,氮磷的處理順序

你這個概念問題很嚴重，污水處理是一個兼顧性的問題，SBR擁有同時脫氮除磷的能力，如果你僅僅用它去除BOD，那麼就浪費了他的功用
脫氮需要碳源，除磷也需要碳源，你把COD消耗光了，那麼N，P就無法用生物方法脫除了，或者說如果你向繼續脫除那麼就要人工補充碳源，這對成本提高很大。
因此脫氮除磷時要兼顧的，除磷的話只能靠化學除磷了，但是由於你沒有厭氧條件，P的濃度很低，效果也不會太好。實在不行只能考慮塘（當時場地佔用大），或者使用土地處理法，但是同樣耗費土地。

『陸』 污水處理中脫氮除磷的問題如何控制

脫氮除磷是污水處理工藝的重要環節,也是比較容易出問題的地方。對於傳統的sbr工藝內氮磷的去除存容在著一些難度,主要是厭氧硝化時間上存在問題。污水未經過厭氧硝化直接進入主反應區,雖然在主反應階段有厭氧耗氧交替的過程,但是還是存在一些問題,對於進水n含量較高的水體來講去除就有些難度。雖然如此,經過大量的改進,現在在傳統sbr工藝的基礎上有了很大的進步,前段加了兼(厭)氧迴流等措施,一定程度上解決了sbr工藝脫氮除磷的問題。在實際的運行操作過程中,需要注意污泥迴流比、進水速度、進水量等。

『柒』 脫氮除磷的定義是什麼

植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的揮發作用、銨根離子的陽離子交換作用等。人工濕地對磷的去除機理包括：基質吸附、植物吸收和微生物去除，而磷最終從系統中去除依賴於濕地植物的收割和飽和基質的更換。氨氮通過好氧亞硝化、硝化作用生成亞硝酸根、硝酸根，亞硝酸根、硝酸根通過缺氧反硝化生產氮氣，從水中逸出。除磷菌在厭氧條件下釋放磷，再在好氧條件下過度吸磷，通過排泥除磷。在一般系統中，提高除磷效率往往伴隨著脫氮率的下降，因此有研究者設想如果將反硝化與除磷這兩個需碳源的過程合二為一，即在缺氧環境下利用亞硝酸鹽作為電子受體，同時進行反硝化和超量聚磷，這樣可大大減少碳源需求量。已有研究者觀察到這種現象，並認為存在反硝化聚磷菌（DNPAO）可同時進行反硝化作用和超量聚磷，但在不同環境條件下，DNPAO的誘導增殖與代謝途徑的變化規律等仍有待研究。

『捌』 試述廢水生物脫氮除磷的原理

廢水生物脫氮的基本原理就是在將有機氮轉化為氨態氮的基礎上，先利用專好氧段經硝化作用，由硝屬化細菌和亞硝化細菌的協同作用，將氨氮通過硝化作用轉化為亞硝態氮、硝態氮，即，將 轉化為 和 。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，即，將 （經反亞硝化）和 （經反硝化）還原為氮氣，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環。水中含氮物質大量減少，降低出水的潛在危險性，達到從廢水中脫氮的目的。
該過程可分為三步:
第一步是氨化作用，即水中的有機氮在氨化細菌的作用下轉化成氨氮。（在普通活性污泥法中，氨化作用進行得很快，無需採取特殊的措施）
第二步是硝化作用，即在供氧充足的條件下，水中的氨氮首先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽，然後再在硝酸菌的作用下進一步氧化成硝酸鹽。
三步是反硝化作用，即在缺氧或厭氧的條件下，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣。

『玖』 廢水中脫氮除磷的意義

這個主要是從廢水中的氮和磷能夠與微生物反應生產對生物有害的物質，另一個方面是氮與磷發生反應的過程中，需要消耗大量的氧氣，從而導致水體氧氣濃度大幅度下降，使得水中的魚蝦等生存受到嚴重影響。

『拾』 在生活污水處理，化工污水處理過程中，如何脫氮除磷

眾所復周知，氮和磷是生物制的重要營養源，那為什麼在生活污水處理和化工污水處理過程中，進行脫氮除磷呢？又需要用什麼方法來進行脫氮除磷？
氮和磷是生物的重要營養源，這是沒錯，但是如果排放的生活污水或化工污水中的氮、磷含量過高，沒經過處理的污水排放到天然水體中去，直接導致天然水體中的氮和磷含量升高，水體中藍藻、綠藻大量繁殖，水體缺氧並產生毒素，使水質惡化，對水生生物和人體健康產生很大的危害。赤潮就是由於水中氮和磷含量過高而導致的水體富營養化現象。那在生活污水處理過程和化工污水處理過程中，要如何去除氮和磷呢？
一：A2O工藝
A2O工藝也被稱作活性污泥法。在該工藝流程內，BOD5、SS和以各種形式存在的氮和磷將一一被去除。A2O生物脫氮除磷系統的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌組成。在好氧段，硝化細菌
將入流中的氨氮及有機氮氨化成的氨氮，通過生物硝化作用，轉化成硝酸鹽；在缺氧段，反硝化細菌將內迴流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用，轉化成氮氣逸入到大氣中，從而達到脫氮的目的；在厭氧段，聚
磷菌釋放磷，並吸收低級脂肪酸等易降解的有機物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，並通過剩餘污泥的排放，將磷除去。