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yanww_219版主 (知名作家)
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[交流]
关于同步硝化反硝化脱氮除磷原理及技术的讨论
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同步硝化反硝化脱氮除磷，听起来的确很好，能同时脱氮除磷，而且生物法，成本低，近年来发展有一些，但进展似乎很慢，请大家尤其是感兴趣的行家知道的多发表相关意见、理论和实际工程等，资料尤其是好的文献，望能指出，呵呵。期待你的真诚讨论，非常感谢。 本人先来，很长时间一直想讨论这个话题，望大家放开讨论。 反硝化除磷机理 近年的研究发现，一种反硝化聚磷菌（DPB，denitrifying phosphorus removing bacteria）能在缺氧条件（无氧，存在硝酸盐）下过量吸磷。DPB的生物吸/放磷作用被荷兰Delft工业大学和日本东京大学研究人员合作研究确认，并冠名“反硝化除磷”（denitrifying dephosphatation）。在磷的生物吸/放磷过程中，反硝化除磷细菌以硝酸氮取代氧作为电子受体，也就是说反硝化除磷细菌能将反硝化脱氮和生物除磷这两个认为彼此独立的作用合二为一。反硝化除磷中硝酸盐代替氧作为电子受体。硝酸盐作为电子受体可从许多文献中得到证明，国内也对此进行了大量研究。硝酸盐作为生物除磷的电子受体的研究已有许多，但对亚硝酸盐是否可以作为生物除磷电子受体的研究却不多见。1999年，Jens Meinhold等人证明了亚硝酸盐可作为电子受体，但他们试验得出的亚硝酸盐的峰顶浓度较低，约为8 mgNO2--N/L。而2003年，新加坡的J.Y.Hu等人研究得到的亚硝酸盐峰顶浓度则较高，为115 mgNO2--N/L。这使得我们在亚硝酸盐存在的缺氧环境下仍能开发生物除磷工艺。 反硝化除磷工艺的发展 反硝化除磷工艺中有单级、双级两种系统。单级污泥系统中，DPB、硝化菌及非聚磷异养菌同时存在于同一悬浮污泥相中，共同经历了厌氧、缺氧和好氧环境，其中最具代表的工艺有BCFs；而在双级污泥系统中，硝化菌则独立于DPB而单独存在于固定膜生物反应器或好氧硝化SBR反应器中。双级污泥系统有Dephanox和A2NSBR等。其中BCFs工艺已运用于工程实践，而双级污泥系统仍停留在小试阶段，离实际运用尚有不少距离。虽然在单、双级污泥系统中DPB都可利用由硝化产生的硝酸盐作为电子受体在缺氧环境中实现反硝化除磷，但后者运行更稳定、处理效果也更好，其原因是双污泥系统为硝化菌和反硝化除磷菌创造了最佳的生长环境，且硝化和反硝化聚磷各系统的SRT可根据实际运行要求来选定（硝化的SRT较长不利于反硝化和除磷，主要原因是聚磷菌体内相当一部分PHB会因长时间的曝气而被消耗掉，从而导致后续反硝化所需碳源的不足）。进一步说，在双污泥系统中可采用生物膜反应器进行硝化来提供NO3-电子受体，这样不仅给生长速率较慢的硝化菌创造了稳定的生长环境，增加了系统中硝化菌量，提高了硝化率，也可减少水力停留时间和反应器体积；同时在无需大规模污泥回流的前提下就能使出水保持较低的硝酸盐浓度。 |
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yanww_219
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反硝化作用（denitrification）也称脱氮作用。反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。在pH低和氧浓度高的环境中，一氧化二氮（N2O）是主要产物；在pH为中性至弱碱性的厌氧环境中，氮气（N2）是主要产物。 微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途，一是利用其中的氮作为氮源，称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4+→有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮（N2），称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。一些化能自养型和化能异养型微生物可进行硝化作用，反硝化细菌在分类学上没有专门的类群，有较强的生物多样性N2O。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为碳源和能源，进行无氧呼吸，其生化过程可用下式表示： C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量 5CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量 少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或氢获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。可进行以下反应： 5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4 反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量。反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少，消除因硝酸积累对生物的毒害作用。 |
10楼2015-12-12 19:06:46
zh1984
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yanww_219: 金币+5, 非常感谢，希望能继续深入交流学习 2015-12-10 18:30:27
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没有干货，纯瞎扯一下别介意，SND和反硝化聚磷是两种概念吧，你的意思是要把这两方面整合成一种方案来脱氮除磷？这个貌似还真没有。 反硝化除磷在原理上无新意，无非是用NO3代替O2来当电子受体，反硝化菌本身就具备这个能力。 真正让人奇怪的是SND，现在的几种解释我觉着都有些牵强，谈下自己的一种假设：从脱氮的过程看，NH4要先逐步氧化到NO3，再还原到N2，这个过程是个弯路，从吉布斯自由能来看，NH4直接氧化到N2的反应理论上可以自发，至少能说明这个反应可以提供能量，SND有没有可能是存在这样一种未知菌群来通过这个反应供能？若真能证明如此，将会给脱氮乃至氮循环提供一条全新的路径，发篇NATURE也不为过吧。 |
2楼2015-12-10 18:10:22
yanww_219
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3楼2015-12-10 18:31:15
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