有机氮废水
氮循环的和技术去除过程
各种含氮化合物及其变换之间的关系提出了图10.2作为氮循环。转换的反应包括固定、ammonifi阳离子、同化、硝化和反硝化。原则化合物在氮循环氮气、铵、有机氮和硝酸盐(德·伦佐·1978)。
大气中作为水库的N2气体自然放电(闪电)和转换固氮生物。此外,N2气体是固定的一个技术生产过程称为Haber-Bosch自1915年以来的合成工艺。工业固定最初发达的生产化肥和炸药:
N2 + 3 h2 ^ 2氨(10.1)
NH3 o2 + 2 ^硝酸+水(10.2)
硝酸C6H5CH31) + 3 ^ C6H2CH3 (NO2) 32) + 3 H2O (10.3)
氮的固定状态,可以继续通过各种反应。氮气返回到大气的爆炸反应混合物与NH4Cl NaNO3和Ca(3号)2 N2气体(Foerst 1965)。氮气也形成了通过反硝化生物减少。氮循环的适用于地表水和土壤/地下水环境中,可能发生许多改变的反应。氮可以添加通过降水和落尘,地表径流、人工化肥和废水的直接排放(图10.2)。
国内废水包含有机含氮化合物和铵。这些来自人体的蛋白质代谢。新鲜国内废水,大约60%的有机氮和40%的无机形式,如NH +。有机化合物,包括氨基酸,蛋白质,ADP / ATP和尿素作为基本有机氮、磷的来源。
生物硝化和反硝化作用在一起构成了大多数有用的过程去除氮。在硝化作用,首先是铵氧化亚硝酸盐或硝酸盐有氧chemolitho-autotrophic细菌。亚硝酸盐和硝酸盐然后N2气体反硝化过程由chemoorgano-heterotrophic反硝化细菌下缺氧条件下。发生在硝化反硝化细菌在自然界和生活在生物废水处理流程。
在微生物学部分10.2.2 10.2.5我们讨论,基本反应动力学和性能的硝化和反硝化生物脱氮过程。
1)甲苯、2)TNT = 2, 4, 6-Trinitrotoluene
图10.2中主要化合物氮循环氮气,铵、有机氮和硝酸盐。
图10.2中主要化合物氮循环氮气,铵、有机氮和硝酸盐。
硝化作用
10.2.2.1硝化细菌和化学计量学
自养细菌氧化无机氮组件获取能源对经济增长和维护,当他们获得细胞构建碳的减少二氧化碳。主要属在活性污泥法,亚硝化单胞菌和硝化菌属,负责氧化铵亚硝酸盐(nitritifi-cation)和亚硝酸盐,硝酸盐(nitratification),分别。
亚硝化单胞菌和硝化菌属的基本生理和结构特点提出了在表10.2。
分解代谢的化学计量学NH4和NO2氧化:
NH + 1.5 + o2 ^没有- +水+ 2 h + + AG0 (10.4)
不——+ O.5O2 ^不——+ AG0 (10.5)
与AG0 = -240…-350 kJ mol-1亚硝化单胞菌和AG0 = -65…-90 kJ mol-1硝化菌属(Halling-S0rensen和J0rgensen 1993;Wiesmann和天秤座1999)。
表10.2基本比较硝化和反硝化细菌(Gerardi和迈克尔2002;Halling-Sorensen和约根森1993)。
表明硝化细菌脱氮剂
亚硝化单胞菌硝化菌属
碳源细胞形状细胞大小O2要求tG pH值范围
生长温度范围
无机(CO2)球菌(球面)1.0×1.5 m ^严格有氧5.8 - -8.5 h 8-36 30°C
芽孢杆菌(杆状)
严格好氧
12-60 h
有机碳
兼性好氧6.5 - -8.5 0.25 - -0.5 h
由两组的整体氧化铵通过添加方程式。(10.4)和(10.5):
NH + + h 2 o2 ^没有- + 2 + +水(10.6)
需要大量的氧气和水的pH值降低缓冲容量较低pH值如果没有控制执行。
相比,硝化作用的分解代谢,合成代谢具有更复杂的化学反应。由于使用二氧化碳作为碳源,硝化生物量增长率更低,很难研究cellbuilding相比,好氧异养生物生长,尤其是硝化的cell-building属必须单独决定。因此,中有重大偏差方程描述的新陈代谢nitritification和nitratification (Sherrad 1977;东布罗夫斯基1991;美国环保局1993;Grady et al . 1999;Henze et al . 2002年)。
化学计量反应合成代谢的NH +和-氧化如下,假设细菌细胞的经验公式C5H7O2N(Halling-S0rensen和J0rgensen 1993;Henze et al . 2002年):
细菌
10没有二氧化碳——+ 5 + NH + + 2水^ 10不——+ C5H7O2N + H + (10.8)
细菌
分解代谢的NH +相比,更少的能量用于硝化菌属的增长相比,亚硝化单胞菌(见方程式。10.4和10.5)。合成代谢反应通常发生在5.5 < pH值< 8.3;因此,情商。(10.9)必须考虑(参见4.3节):
二氧化碳+水^ HCO - + H +
化学计量反应的NH +和-氧化分解代谢和anabo-lism 1摩尔NH +和- Eq。分别为(10.10)和(10.11)式。(Wiesmann和天秤座1999):
0.0182 c5h7o2n没有+ 0.98 - 1.89 + 1.04水+ h2co3 (。)
没有- + 0.02 h2co3 o2 + 0.48 + 0.005 nh + + 0.005 hto - ^ ^ ^
0.005 c5h7o2n + - + 0.015 v水1
氨和亚硝酸盐作为能源和二氧化碳作为硝化细菌的碳源。氨氧化为亚硝酸盐在三个步骤和硝酸盐亚硝酸盐氧化是一个步骤(Eq。10.12)。中间hy-droxylamine与亚硝酸盐是未知的(Henze et al . 2002年)。
NH + - *回复能剧吗?- ^没有- - d * (10.12)
假定,每一个反应步骤,几乎相同数量的能源生产。从铵氧化亚硝酸盐产生的能量大约3.0 - -3.8的系数大于从亚硝酸盐转变为硝酸盐的(见方程式。10.4和10.5)。基于这一事实,生物质产量系数YXa / NH4或YXa / NO2必须对应于这个关系(见方程式。10.18和10.19)。许多作家测量亚硝化单胞菌、硝化菌属和描述其化学计量学的发展,但价值观非常不同。新细胞的生长活性污泥法是称为增加混合酒挥发性悬浮固体(MLVSS)。硝化细菌获得一个相对少量的能源从铵的氧化和亚硝酸盐,导致长时间代和一个小人口MLVSS。
硝化细菌的比生长速率活性污泥是比有氧organo-heterotrophs低很多。硝化细菌的能力差,形成的絮体和被淘汰的风险可以克服系统的低增长率的可能性被吸附到其他絮状物粒子的表面。这个特点是通常用于硝化生物膜反应器(见第7章)。使用膜生物反应器(见第12章)对硝化作用也是非常有益的。硝化细菌的生长受到多种环境参数如溶解氧浓度c’, pH值和抑制剂的存在(见部分10.2.2.3)。
为了确定NH4氧化的速率在装运箱,假设稳态,使用以下表达式:
0 - Q0 (SNH4-N 0 - SNH4-N) rNH4-NV (1°。13)
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