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电子供体关于AO脱氮工艺的浅谈

发布时间 : 2025-07-20

作者 : 小编

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关于AO脱氮工艺的浅谈

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北极星水处理网讯:1、基本原理

A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮波还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的自的。硝化反应：

NH4+＋2O2→NO3-＋2H++H2O

反硝化反应：

6NO3-＋5CH3OH（有机物）→5CO2↑＋7H2O+6OH-+3N2↑A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。

2、A/O内循环生物脱氮工艺特点

根据以上对生物脱氮基本流程的叙述，结合多年的废水脱氮的经验，我们总结出(A/O)生物脱氮流程具有以下优点：

(1)效率高。

该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果。当总停留时间大于54h，经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀，可将COD值降至100mg/L以下，其他指标也达到排放标准，总氮去除率在70%以上。

(2)流程简单，投资省，操作费用低。

反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好，反硝化反应充分；曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水水质；A段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免DO的增加。O段的前段采用强曝气，后段减少气量，使内循环液的DO含量降低，以保证A段的缺氧状态。该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源。尤其，在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后，碳氮比有所提高，在反硝化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。

(3)缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率。

如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有机物的去除率分别为62%和36%，故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程。

(4)容积负荷高。

由于硝化阶段采用了强化生化，反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术，有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度，与国外同类工艺相比，具有较高的容积负荷。

(5)缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。

当进水水质波动较大或污染物浓度较高时，本工艺均能维持正常运行，故操作管理也很简单。通过以上流程的比较，不难看出，生物脱氮工艺本身就是脱氮的同时，也降解酚、氰、COD等有机物。结合水量、水质特点，我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮(内循环) 工艺流程，使污水处理装置不但能达到脱氮的要求，而且其它指标也达到排放标准。

3、A/O法存在的问题

（1）由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；

（2）若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。从外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。

4、污水脱氮的影响因素

1、酸碱度（pH值）

大量研究表明，氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的适宜的pH分别为7.0～8.5和6.0～7.5，当pH值低于6.0或高于9.6时，硝化反应停止。硝化细菌经过一段时间驯化后，可在低pH值（5.5）的条件下进行，但pH值突然降低，则会使硝化反应速度骤降，待pH值升高恢复后，硝化反应也会随之恢复。

反硝化细菌最适宜的pH值为7.0～8.5，在这个pH值下反硝化速率较高，当pH值低于6.0或高于8.5时，反硝化速率将明显降低。此外pH值还影响反硝化最终产物，pH值超过7.3时终产物为氮气，低于7.3时终产物是N2O。硝化过程消耗废水中的碱度会使废水的pH值下降（每硝化1g氨氮将消耗7.14g碱度，以CaCO3计）。相反，反硝化过程则会产生一定量的碱度使pH值上升（每反硝化1g硝酸盐将产生3.57g碱度，以CaCO3计）但是由于硝化反应和反硝化过程是序列进行的，也就是说反硝化阶段产生的碱度并不能弥补硝化阶段所消耗的碱度。因此，为使脱氮系统处于最佳状态，应及时调整pH值。

2、温度（T）

硝化反应适宜的温度范围为5～35℃，在5～35℃范围内，反应速度随温度升高而加快，当温度小于5℃时，硝化菌完全停止活动；在同时去除COD和硝化反应体系中，温度小于15℃时，硝化反应速度会迅速降低，对硝酸菌的抑制会更加强烈。

反硝化反应适宜的温度是15～30℃，当温度低于10℃时，反硝化作用停止，当温度高于30℃时，反硝化速率也开始下降。

有研究表明，温度对反硝化速率的影响取与反应设备的类型、负荷率的高低都有直接的关系，不同碳源条件下，不同温度对反硝化速率的影响也不同。

3、溶解氧（DO）

在好氧条件下硝化反应才能进行，溶解氧浓度不但影响硝化反应速率，而且影响其代谢产物。为满足正常的硝化反应，在活性污泥中，溶解氧的浓度至少要有2mg/L，一般应在2～3mg/L，生物膜法则应大于3mg/L。当溶解氧的浓度低于0.5～0.7mg/L时，硝化反应过程将受到限制。

传统的反硝化过程需在较为严格的缺氧条件下进行，因为氧会同竞争电子供体，且会抑制微生物对硝酸盐还原酶的合成及其活性。但是，在一般情况下，活性污泥生物絮凝体内存在缺氧区，曝气池内即使存在一定的溶解氧，反硝化作用也能进行。研究表明，要获得较好的反硝化效果，对于活性污泥系统，反硝化过程中混合液的溶解氧浓度应控制在0.5mg/L以下；对于生物膜系统，溶解氧需保持在1.5mg/L以下。

4、碳氮比（C/N）

在脱氮过程中，C/N将影响活性污泥中硝化菌所占的比例。因为硝化菌为自养型微生物，代谢过程不需要有机质，所以污水中的BOD5/TKN越小，即BOD5的浓度越低硝化菌所占的比例越大，硝化反应越容易进行。硝化反应的一般要求是BOD5/TKN＞5，COD/TKN＞8,下表是GradyC.P.L.Jr推荐的不同的C/N对脱氮的效果的影响：

氨氮是硝化作用的主要基质，应保持一定的浓度，但氨氮浓度超过100～200mg/L时，会对硝化反应起抑制作用，其抑制程度随着氨氮浓度的增加而增加。

反硝化过程需要有足够的有机碳源，但是碳源种类不同亦会影响反硝化速率。反硝化碳源可以分为三类：第一类是易于生物降解的溶解性的有机物；第二类是可慢速降解的有机物；第三类是细胞物质，细菌利用细胞成分进行内源硝化。在三类物质中，第一类有机物作为碳源的反应速率最快，第三类最慢。

有研究认为，废水中BOD5/TKN≥4~6时，可以认为碳源充足，不必外加碳源。

5、污泥龄（SRT）

污泥龄（生物固体的停留时间）是废水硝化管理的控制目标。为了使硝化菌菌群能在连续流的系统中生存下来，系统的SRT必须大于自养型硝化菌的比生长速率，泥龄过短会导致硝化细菌的流失或硝化速率的降低。在实际的脱氮工程中，一般选用的污泥龄应大于实际的SRT。有研究表明，对于活性污泥法脱氮，污泥龄一般不低于15d。污泥龄较长可以增加微生物的硝化能力，减轻有毒物质的抑制作用，但也会降低污泥活性。

6、内回流比（r）

内回流的作用是向反硝化反应器内提供硝态氮，使其作为反硝化作用的电子受体，从而达到脱氮的目的，循环比不但影响脱氮的效果，而且影响整个系统的动力消耗，是一项重要的参数。循环比的取值与要求达到的效果以及反应器类型有关。有数据表明，循环比在50％以下，脱氮率很低；脱氮率在200％以下，脱氮率随循环比升高而显著上升；内回流比高于200％以后，脱氮效率提高较缓慢。一般情况下，对低氨氮浓度的废水，回流比在200％～300％最为经济。

7、氧化还原电位（ORP）

在理论上，缺氧段和厌氧段的DO均为零，因此很难用DO描述。据研究，厌氧段ORP值一般在－160～－200mV之间，好氧段ORP值一般在+180mV坐右，缺氧段的ORP值在－50～－110mV之间，因此可以用ORP作为脱氮运行的控制参数。

8、抑制性物质

某些有机物和一些重金属、氰化物、硫及衍生物、游离氨等有害物质在达到一定浓度时会抑制硝化反应的正常进行。游离氨的抑制允许浓度：亚硝酸（Nitosomonas）为10～150mg/L，硝酸盐(Nitrobacter)为0.1～1mg/L。有机物抑制硝化反应的主要原因：一是有机物浓度过高时，硝化过程中的异养微生物浓度会大大超过硝化菌的浓度，从而使硝化菌不能获得足够的氧而影响硝化速率；二是某些有机物对硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。

9、其他因素影响

生物脱氮系统涉及厌氧和缺氧过程，不需要供氧，但必须使污泥处于悬浮状态，搅拌是必需的，搅拌所需的功率对竖向搅拌器一般为12～16W/m3，对水平搅拌器一般为8W/m3。

10、生物脱氮过程中氮素的转化条件

生物脱氮过程包括氨氧化、亚硝化、硝化及反硝化，有机物降解碳化过程亦伴随着这些过程同时完成。综合考虑各项因素（如菌种及其增值速度、溶解氧、pH值、温度、负荷等）可有效减化和改善生物脱氮的总体过程。生物脱氮反应与有机物好氧分解反应条件与特性

原标题:关于AO脱氮工艺的浅谈！

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五大关键突破助力生命起源探秘

记者刘霞

地球生命是如何起源的，一直是一个引人入胜的谜题。科学家不断追寻，提出了一些解释，但仍有一些问题没有得到解答。

近年来，科学家竞相在实验室中模拟约40亿年前早期地球的环境，试图重现生命诞生的化学反应。物理学家组织网在近期报道中，总结了最近5年有关生命起源的五大关键突破，人们或许可管窥其中独特的奥秘。

早期细胞内的反应自我维持

导致生命起源的化学反应靠什么能源推动呢？德国杜塞尔多夫大学科学家试图解开这一谜团。

该团队使用早期地球上可能存在的一些最常见元素，深入探究了402种制造生命基本组成部分核苷酸的已知反应。这些反应不仅存在于现代细胞中，也被认为是所有物种分化前最后一个共同祖先“露卡”的核心代谢机制。

针对每一个反应，研究人员都计算了自由能的变化。自由能决定了某个反应能否在没有其他外部能量来源的情况下进行。结果发现，其中很多反应都可以在没有三磷酸腺苷等外部能源的情况下进行。这就是说，生命基本组成部分的合成不需要外部能量，它可以自我维持。

地热热流推动生命分子集结

在地球的原始环境中，生命是如何诞生的？答案可能与地球早期地质结构的一项特征——岩石裂缝有关。这些裂缝在早期地球上普遍存在，热流经常穿过这些裂缝，形成温度梯度。

德国路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学团队在稍早时间出版的《自然》杂志上发表论文称，穿过岩石裂缝的热流，能净化与生命化学起源相关的分子。该研究可解释生命最初的基本成分是如何从复杂的化学混合物中形成的。

研究人员构建了一个模拟这种自然现象的实验装置。该装置含有仅170微米的裂缝，以模拟地壳中的裂缝网络。他们使用这个装置，对一个包含氨基酸、核碱基和核苷酸等在内的混合物进行了处理。通过在裂缝中创建温度梯度，研究人员成功从该混合物中分离出50多种与生命起源相关的分子。这一成果证明，即使是微小的温差，也足以根据分子结构的细微差异，实现特定分子的分离和集结。

火山玻璃促进RNA合成

RNA可能是地球上最早出现的遗传物质，但其在地球上如何出现一直让研究人员困惑不已。

2022年，来自美国应用分子演化基金会的科学家宣布，他们在实验室内产生了稳定的RNA链。研究表明，核苷三磷酸盐经由玄武岩玻璃的过滤，就会形成长度为100—200个核苷酸的RNA长链。这些RNA链足够长，可以存储和传输信息。

论文合著者史蒂文·班纳指出，由于频繁的陨石撞击和活跃的火山活动，火山玻璃遍布于早期地球上。这一研究的意义在于贯通了早期地球小有机分子转变成RNA的整个过程，表明一两个含碳分子即便只经历单一地质学过程，也能形成足够长的RNA，并有进一步演化的可能。

热液喷口或是有机分子形成的温床

无机物变成有机物的化学反应被称为“固碳作用”。固碳作用对于构建组成生命的基础分子不可或缺。那么，最初的无机物是如何转化为有机物的？

驱动这种反应需要供体提供电子。在早期地球上，氢气可能是电子供体。研究表明，现代生物会通过乙酰辅酶A途径，将氢和二氧化碳结合形成有机分子。但现代生物是利用11种由15000个氨基酸组成的酶来运行乙酰辅酶A途径，而地球原始有机体不存在这种“酶”。

一个国际科研团队发表研究论文指出，这种反应可以自发发生，类似早期深海碱性热液喷口周围的环境，为反应提供了助推力，他们使用微流体设备完成了这项试验工作。

细胞膜构建块可自发形成

不管生命是在陆地上的温泉中还是深海内出现，如果没有细胞膜，促进生命形成的反应都不会走得很远。

现代细胞膜主要由名为磷脂的化合物组成，磷脂含有一个亲水性的头部和两个疏水性的尾部。它们是双层结构，亲水性的头朝外，疏水性的尾朝内。

研究表明，磷脂的一些成分，如构成尾部的脂肪酸，能在一系列环境条件下自行组装成这些双层细胞膜。但早期地球上存在细胞膜构建块——脂肪酸吗？

英国纽卡斯尔大学开展的一项新研究中，研究人员将可能存在于古代碱性热液喷口的富氢液体，与类似于早期海洋中存在的富含二氧化碳的水结合，重新展示了这些分子的自发形成过程。这一研究与假说相吻合，即稳定的脂肪酸可能起源于碱性热液喷口，并发育成活细胞。

来源：科技日报

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