生物脱氮：概念，原理，影响因素

一、基本概念1、名词解释1.1总氮(TN)：水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH...



 一、基本概念

1、名词解释

1.1 总氮(TN)：水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。通常可以简单的理解为水体中各种形态氮的总和。

1.2 总凯氏氮（TKN）：包括氨氮和能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物。此类有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素以及合成的氮为负三价形态的有机氮化合物。通常可以简单的理解为水中氨氮和有机氮的总和。

1.3 氨氮（NH3-N）：又名氨态氮，是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。

1.4 硝态氮：是指硝酸盐及亚硝酸盐中所含有的氮元素

以上四者之间的关系图如下：



2、脱氮基本概念

废水中存在着有机氮、氨氮、硝态氮等形式的氮，而其中以氨氮和有机氮为主要形式。在生物处理过程中，有机氮被异养微生物氧化分解，即通过氨化作用转化为成氨氮，而后经硝化过程转化变为NO3-N和NO2-N，最后通过反硝化作用使硝态氮转化成氮气，而逸入大气，从而降低废水中N的含量。

二、生物脱氮原理

污（废）水中的氮一般以氨氮和有机氮的形式存在，通常是只含有少量或不含亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮，在未经处理的污水中，氮有可溶性的氮，也有非溶性的氮。可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸的形式存在；一部分非溶性有机氮在初沉池中可以去除。在生物处理过程中，大部分的非溶性有机氮转化成氨氮和其他无机氮，却不能有效地去除氮。废水生物脱氮的基本原理就在于，在有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气从水中逸出，从而达到除去氮的目的。

2.1、氨化作用

（1）概念：氨化作用是指将有机氮化合物转化为氨态氮的过程，也称为矿化作用。

（2）细菌：参与氨化作用的细菌成为氨化细菌。在自然界中，它们的种类很多，主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌，兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等。

（3）降解方式（分好氧和厌氧）：在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨。例如氨基酸生成酮酸和氨：



另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽孢杆菌等，它们式好氧菌，其反应式如下：

在厌氧条件或缺氧的条件下，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。

2.2、硝化作用

　　（1）概念：硝化作用是指将氨氮氧化为亚硝酸氮和硝态氮的生物化学反应，

（2）细菌：这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成。硝化菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝化杆菌属、硝化球菌属。亚硝酸菌和硝化菌统称为硝化菌。

（3）反应过程：包括亚硝化反应和硝化反应两个阶段。该反应历程如下，

①第一阶段：

生化氧化：



生化合成：则第一阶段的总反应式（包括氧化和合成）为：②第二阶段：

生化氧化：生化合成：则第二阶段的总反应式为：第一阶段反应放出能量多，该能量供给亚硝酸菌,将NH4+合成NO2-，维持反应的持续进行，第二阶段反应放出的能量较小。从NH4+→NO3-的反应历程如下表所示。

硝化过程总反应过程如下：该式包括了第一阶段、第二阶段的合成及氧化，由总反应式可知，反应物中的N大部分被硝化为NO3-，只有2.1%的N合成为生物体，硝化菌的产量很低，且主要在第一阶段产生（占1/55）。若不考虑分子态以外的氧合成细胞本身，光从分子态氧来计量，只有1.1%的分子态氧进入细胞体内,因此细胞的合成几乎不需要分子态的氧。

硝化过程总氧化式为：



（4）特点

从上式可以看出硝化过程的三个重要特点：

①NH3的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；

②硝化过程细胞产率非常低，且难以维持较高胜物浓度，特别是在低温的冬季；

③硝化过程中产生大量的的质子（H+），为了使反应能顺利进行，需要大量的碱中和，其理论上大约为每氧化1g的NH3-N需要碱度7.14g(以CaCO3计)。

2.3、反硝化作用

　　（1）概念：反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO

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