表151细菌的需氧量

群体呼吸实例意义

需氧菌有氧(O2)

兼性厌氧菌

严格厌氧生物

有氧(O2)或无氧

厌氧;被O2杀死

亚硝化单胞菌硝化菌属

芽孢杆菌假单胞菌

产甲烷球菌属甲烷八叠球菌属

硝化cBOD去除反硝化絮凝物形成

厌氧消化器中甲烷的生产生物学和操作用途。这些目的是(1)氧化cBOD为细胞活动、生长和繁殖(产生MLVSS)提供碳和能量，(2)氧化cBOD为细胞提供能量内源呼吸(3) nBOD氧化或硝化。

在已知影响硝化细菌或硝化作用的许多操作要求中，溶解氧(DO)浓度是最重要的要求之一。然而，实现硝化作用的最佳DO浓度相对较低，从2到3毫克/升，不幸的是，很多活性污泥法过度充气以达到硝化作用。

过曝气的做法不具有成本效益，可能有助于絮凝颗粒的剪切或提高泡沫产量。为了有效硝化，应调整曝气池中DO的数量，以确保符合许可和可接受的混合液体流出浓度铵离子，亚硝酸盐离子,硝酸根离子．除了曝气池中DO的浓度外，还必须保持足够的混合以防止DO分层(图15.1)，并且DO必须渗透到絮凝颗粒的核心。

因为硝化细菌是严格的需氧菌，它们只能在溶解氧的存在下硝化(表15.2)。当DO浓度<0.5 mg/l时，几乎没有发生硝化作用。造成这种有限数量硝化作用的因素是缺乏氧气通过絮凝颗粒扩散和其他生物对氧气的竞争。随着DO浓度的增加，硝化作用加速。

增加溶解氧浓度可以更好地渗透

图15.1 DO分层。溶解氧(DO)分层可发生在曝气池由于流动短路或缺乏清洁。溶解氧分层在曝气池内形成溶解氧浓度不同的区域。DO分层可能会造成操作成本的增加，以实现硝化或发生不完整的硝化作用．DO分层可通过定期监测曝气池的溶解氧剖面来确定，并可通过使用挡板或常规清洗曝气池来纠正。

图15.1 DO分层。溶解氧(DO)分层可发生在曝气池由于流动短路或缺乏清洁。溶解氧分层在曝气池内形成溶解氧浓度不同的区域。为了实现硝化或发生不完全硝化，DO分层可能导致操作成本增加。DO分层可通过定期监测曝气池的溶解氧剖面来确定，并可通过使用挡板或常规清洗曝气池来纠正。

并促进更多的硝化作用(图15.2)。在0.5 ~ 1.9 mg/l的DO范围内，硝化加速，但效率不高。在DO浓度为2.0至2.9时，硝化作用显著，而DO浓度为3.0 mg/l时，硝化作用最大(图15.3)。但是，如果曝气池中保持较高的DO浓度，并且由于较高的DO浓度，cBOD被更快地去除，将提供更多的硝化时间，并可以实现额外的硝化。

因为硝化细菌必须减少氧化碳(CO2)来进行细胞生长和繁殖，从氧化碳中获得的能量很少

表15.2 DO浓度和达到的硝化效果

做的浓度	硝化作用实现的
< 0.5 mg / l	即使有，也很少发生硝化作用
0.5 ~ 1.9 mg/l	发生硝化作用，但效率低
2.0至2.9毫克/升	发生了显著的硝化作用
3.0毫克/升	最大的硝化作用

O存在溶解氧的细菌;硝化细菌氧化NH4+和N02”

缺乏溶解氧的细菌;硝化细菌不氧化NH4+和N02”

图15.2絮凝颗粒的DO穿透和硝化作用。硝化作用只在有游离分子氧存在的情况下发生。只要絮凝颗粒周边存在溶解氧，絮凝颗粒周边的细菌就可以利用溶解氧降解cBOD或氧化铵离子和亚硝酸盐离子。当溶解氧穿透絮凝颗粒时，絮凝颗粒内的细菌利用溶解氧并可能耗尽任何剩余的溶解氧。在没有溶解氧的情况下，絮凝颗粒核心的细菌处于缺氧状态。而且，在没有的情况下溶解氧，硝化作用不能发生。

氧化铵离子和亚硝酸盐离子，它们竞争不好有机营养菌用于曝气池中的DO。因此，应仔细监测曝气池内的DO水平，不允许低于1.5 mg/l。低于这个值，硝化活性就会减弱。

硝化细菌在没有DO的情况下只能存活相对较短的时间。当DO恢复时，缺少DO少于4小时不会对硝化细菌的活性产生不利影响。当DO恢复后，缺少DO超过4小时会对硝化细菌的活性产生不利影响。没有DO 24小时或更长时间可以破坏硝化细菌种群。

完全硝化需氧量大。对于大多数城市活性污泥工艺，需求将显著增加所需的氧气供应和电力需求。这

(毫克/ 1)

每天每磅MLVSS氧化*磅铵离子图15.3 DO浓度和硝化随着溶解氧(DO)浓度的增加，溶解氧的含量增加硝化速率增加。在实验室研究中，硝化速率最终在溶解氧浓度为30 mg/l时趋于平稳。然而，在曝气池中，如果溶解氧浓度增加到30 mg/l以上，有助于更快地去除曝气池中的cBOD，则可以改善硝化作用。曝气池中cBOD的去除速度更快，为硝化提供了更多的时间。是硝化作用时间的增加，而不是溶解氧浓度的增加，对硝化作用的改善负责。

增加的原因是每磅铵离子氧化为硝酸盐离子消耗大约4.6磅氧气(表15.3)。

一磅铵离子氧化为一磅硝酸盐离子所消耗的4.6磅氧是理论值。实际或观察到的耗氧量为4.2磅或略低于理论值，这是由于一些铵离子没有被氧化，而是被同化为细胞物质(C5H7NO2)。

表15.3硝化过程耗氧量(理论耗氧量)

生化反应	消耗的氧气
1磅NHJ换1磅NOg	3.43
1磅NOg到1磅NO3	1.14
1磅NH4+换1磅NO3	4.57

的影响废水在城市中，活性污泥工艺通常含有15至30毫克/升的铵离子。由于这些工艺需要实现稳定运行，即BOD去除率达到85%，因此无论是否需要硝化许可，这些工艺都很容易发生硝化。

与cBOD降解相比，硝化所需的额外氧气可能相当多，即高出30%至40%。虽然在活性污泥工艺中处理BOD的需氧量取决于HRT, MCRT和曝气池的温度，但有几个一般的意见适用。首先，增加HRT、MCRT和温度会增加氧气需求。第二，随着HRT, MCRT，和温度、硝化在曝气池中更容易发生。硝化作用增加了需氧量。第三，氧化1磅cBOD需要大约1磅氧气，氧化1磅nBOD需要4.2磅氧气。

废水通常是碱性的。它的碱度来自饮用水供应，渗入地下水，化学化合物排放到下水道系统。

碱度是在硝化过程中在活性污泥过程中丢失。这种损失是通过硝化细菌使用碱度作为碳源以及在硝化过程中产生氢离子(H+)和亚硝酸盐离子对碱度的破坏而发生的。当铵离子被氧化为亚硝酸盐离子时产生氢离子(式16.1)。通过铵离子的氧化而损失的碱度明显大于将碱度用作碳源。

NH+ + 1.5O2 -亚硝基单胞菌!2h + + no22 + 2h2o (16.1)

当铵离子氧化产生氢离子时，亚硝酸(HNO2)也会产生(公式16.2)。亚硝酸破坏碱性。产生的亚硝酸盐和亚硝酸盐离子的数量取决于曝气的pH值罐(图16.1)。

因为碱性丧失了在活性污泥工艺中曝气池pH值下降到6.7以下时，的值明显下降

1000

图16.1游离亚硝酸盐浓度与pH曝气池内游离亚硝酸盐离子浓度受曝气池pH值的影响。pH值的增加导致亚硝酸盐离子浓度的增加，而亚硝酸盐离子浓度的降低。pH值的降低会导致亚硝酸盐浓度的增加和亚硝酸盐离子浓度的降低。

硝化作用(图16.2)。因此，在曝气池中保持足够量或剩余的碱性缓冲液，以提供稳定的pH值，并确保硝化细菌无机碳的存在是很重要的。完全硝化后曝气池中所需的剩余碱度至少为50mg /l。

碱度是指废水中能够中和酸的化学物质或碱度。种类繁多废水中的化学物质提供碱性。这些化学物质包括碳酸氢盐(HCOj)、碳酸盐(CO2~)和钙、镁和钠的氢氧化物(OH~)(表16.1)。

这些碱为硝化细菌提供无机碳(CO2)。硝化细菌喜欢碳酸氢盐碱度。二氧化碳溶解在废水中，与水反应生成碳酸(H2CO3)(式16.3)。碳酸在废水中解离形成氢离子和碳酸氢盐离子(式16.4)。碳酸氢盐离子提供碱性。

图16.2pH值和硝化作用．随着pH值的增加，硝化速率增加。随着pH值的增加，硝化速率的提高是由于碱度的增加和硝化细菌内酶系统的更有效运行。

图16.2 pH值与硝化作用。随着pH值的增加，硝化速率增加。随着pH值的增加，硝化速率的提高是由于碱度的增加和硝化细菌内酶系统的更有效运行。

虽然废水中的碱度是由多种化学物质提供的，所有化学物质都被分组在一起，碱度计算时就好像碱度都是碳酸钙(表16.2)。大约7.14毫克(理论)碱性CaCO3破坏每毫克铵离子氧化。实际碱性破坏量为7.07 mg。有些铵离子

表16.1废水中的碱

化学名称	化学公式
碳酸氢钙	Ca (HCO3) 2
碳酸钙	碳酸钙垢
氢氧化钙	Ca (OH) 2
碳酸氢镁	毫克(HCO3）2
碳酸镁	氧化物
氢氧化镁	毫克(OH) 2
碳酸氢钠	NaHCO3
碳酸钠	Na2CO3
氢氧化钠	氢氧化钠

表16.2碱度为CaCO3

化学名称	碳酸钙等效
碳酸氢钙	0.62
碳酸钙	1.00
氢氧化钙	1.35
碳酸氢镁	0.68
碳酸镁	1.19
氢氧化镁	1.13
碳酸氢钠	0.60
碳酸钠	0.94
氢氧化钠	1．25

不被氧化，但作为氮的营养物被吸收。如果铵离子被同化，碱度就不会被破坏。

碱度是在活性污泥过程中有机氮化合物脱氨和硝酸盐离子在反硝化过程中被破坏时产生的。碱度在活性污泥处理过程中产生或返回的碱度反硝化作用是每毫克硝酸盐离子还原为分子氮的CaCO3含量为3.57毫克。反硝化过程中返回的碱度大约是硝化过程中损失的碱度的一半。因此，活性污泥过程中通过细菌活性的净碱度变化是的函数

•有机氮化合物脱氨，

•铵离子转化为亚硝酸盐离子;

•铵离子被同化为新的细胞或MLVSS，和

•反硝化过程中硝酸盐离子被破坏。

活性污泥处理过程中需要充分缓冲碱度，以抵消其随着时间的推移而通过硝化而变得更酸的趋势，这对于成功的硝化是至关重要的。为确保曝气池在硝化过程中保持足够的碱度，建议完全硝化后碱度的残留浓度或目标值至少为50 mg/l。如果没有这个碱度值，则应将碱度添加到曝气池中。

虽然可以使用许多化学品来加碱，但常用的加碱化学品列在表16.3中。

表16.3适用于加碱的碱
化学名称	公式	普通的名字
碳酸氢钠	NaHCO3	小苏打
碳酸钙	碳酸钙垢	方解石
		石灰石
		涂白粉笔
碳酸钠	Na2CO3	苏打粉
氢氧化钙	Ca (OH) 2	石灰
氢氧化钠，50%	氢氧化钠	烧碱

通过使用碳酸钙向曝气池添加碱度的情况如式16.5所示。

H2O + CO2 + caco !Ca(HCO3)2 $ Ca2+ + 2HCO3 (16.5)

除了温度外，生物所处环境的氢离子浓度或pH值对生物的影响最大。在pH值较低的情况下，硝化作用进行得要慢得多，在大多数环境中，pH值低于5.0的硝化作用可能不是由于硝化细菌，而是由于有机营养体，包括真菌。在中性pH值下，硝化细菌占主导地位，而在碱性pH值下，硝化作用如果不是完全由硝化细菌引起，则主要是由于硝化细菌。

低废水pH值对硝化细菌有主要作用，通过抑制酶活性和a二次效应关于碱度的可用性。活性污泥的硝化过程在pH值6.7以上开始加速(表16.4)，最优硝化的pH值范围是7.2到8.0。在pH值为7.2至8.0的范围内，假定硝化速率是恒定的，并且许多被激活

表16.4 pH值和硝化作用

pH值	对硝化作用的影响
4.0至4.9	存在硝化细菌;发生了有机营养硝化
5.0至6.7	硝化细菌硝化;硝化速率缓慢
6.7至7.2	硝化细菌硝化;硝化速率增加
7.2 ~ 8.0	硝化细菌硝化;假定硝化速率
	常数
7.5至8.5	硝化细菌的硝化作用

污泥过程在pH值接近中性时硝化。虽然较高的pH值似乎更适合硝化作用，但较高的pH值会对降解cBOD所需的许多有机营养体产生不利影响。幸运的是，硝化细菌能够慢慢适应低于最佳pH值的环境。raybet雷竞技最新然而，这种驯化可能需要逐渐增加或降低pH值。硝化细菌适应的pH值必须保持在稳定状态。raybet雷竞技最新

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