硝化-反硝化

在好氧條件下，通過(guò)自養型微生物亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過(guò)程，稱(chēng)為生物硝化作用。硝化反應包括亞硝化和硝化兩個(gè)步驟:

在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過(guò)程，稱(chēng)為反硝化。反硝化菌為異養型微生物，在缺氧狀態(tài)時(shí)，反硝化菌利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機物作為電子供體提供能量并被氧化穩定。反硝化反應方程式為：
NO2-+3H(電子供給體-有機物)  →  0.5 N2+H2O+OH-NO3-+5H(電子供給體-有機物)  →  0.5 N2+2H2O+OH-

短程硝化是指NH3生成亞硝酸根，不再生產(chǎn)硝酸根；而由亞硝酸根直接生成N2，稱(chēng)為短程反硝化。短程硝化反硝化是指NH3---NO2----N2，即可以從水中氨氮去除的一種工藝。

影響因素：

  1. pH硝化反應的適宜的pH值為7.0～8.0之間，其中亞硝化菌7.0～7.8時(shí)，活性最好；硝化菌在7.7～8.1時(shí)活性最好。當pH降到5.5以下，硝化反應幾乎停止。反硝化細菌最適宜的pH值為7.0～7.5之間?？紤]到硝化和反硝化兩過(guò)程中堿度消耗與產(chǎn)生的相互性，同步硝化與反硝化的最適的pH值應為7.5左右。
  2.溶解氧（DO）硝化過(guò)程的DO應保持在2～3mg/L，反硝化過(guò)程的DO應保持0.2～0.5mg/L。反應池內溶解氧的高低，必將影響硝化反應的進(jìn)程，溶解氧質(zhì)量濃度一般維持在2～3mg/L，不得低于1mg/L，當溶解氧質(zhì)量濃度低于0.5～0.7mg/L時(shí)，氨的硝態(tài)反應將受到抑制。反硝化通常需在缺氧條件下進(jìn)行，溶解氧對反硝化有抑制作用，主要是由于氧會(huì )與硝酸鹽競爭電子供體，同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì )抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。

  3.溫度生物硝化反應適宜的溫度在20～30℃，反硝化適宜溫度在30℃左右。亞硝酸菌最佳生長(cháng)溫度為35℃，硝酸菌的適宜溫度為20～40℃。15℃以下時(shí)，硝化反應速度急劇下降。溫度對反硝化速率的影響很大，低于5℃或高于40℃，反硝化的作用幾乎停止。

  4. 堿度一般污水處理廠(chǎng)堿度應維持在200mg/L左右。NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3通過(guò)上述反應過(guò)程的物料衡算可知，在硝化反應過(guò)程中，將1g氨氮氧化為硝酸鹽氮需約需耗7.14g碳酸氫鹽（以CaCO3計）堿度。NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3-在反硝化過(guò)程中，將1g硝酸鹽氮還原成氮氣，約產(chǎn)生3.57g堿（以CaCO3計），需要有機物（BOD5）約為2.86g。微生物降解1 mg有機碳源BOD5，約產(chǎn)生0.1 mg堿度（以CaCO3計）。

  5.碳氮比（C/N）控制硝化過(guò)程的5<bod5 tkn<8。硝化細菌為自養菌，在硝化池中有機碳含量不宜過(guò)高，否則異養好氧菌繁殖速率過(guò)快，硝化菌難成為優(yōu)勢菌種；反硝化細菌為異養菌，有機碳源是反硝化細菌的電子供體提供者。有機碳源越充分，c="" bod5="" tn="">3時(shí)，碳源充足，無(wú)需補充外加碳源；BOD5/TN<3時(shí)，需要補充外加碳源。

  6. 水力停留時(shí)間（HRT）硝化過(guò)程HRT可控制在4h～10h之間，反硝化HRT可控制在1h～4h之間。因HRT過(guò)短，反應池中各微生物種群沒(méi)有充分的時(shí)間生長(cháng)，污泥流失過(guò)快，硝化反應和反硝化反應都沒(méi)有得到充分的進(jìn)行。當HRT達到一定的值時(shí)，再增加HRT，對脫氮作用沒(méi)有顯著(zhù)的效果。因為長(cháng)HRT條件下，系統的有機負荷率降低，會(huì )使生物的內源呼吸加劇，影響污泥的活性，最終降低系統對污染物去除效果。

  7. 污泥停留時(shí)間（SRT）硝化過(guò)程的泥齡（SRT）一般控制在10～20d。硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長(cháng)速率為 0.3～0.5d-1，為了維持池內一定量的硝化菌群，污泥停留時(shí)間必須大于硝化菌的最小世代時(shí)間。但是污泥停留時(shí)間太長(cháng)，會(huì )導致系統有機負荷過(guò)低，許多微生物由于得不到所需要的營(yíng)養會(huì )死亡。比生長(cháng)速率μ ：每小時(shí)單位質(zhì)量的菌體所增加的菌體量稱(chēng)為菌體比生長(cháng)速率
  8. 氧化還原電位（ORP）硝化段ORP值一般在+180mV左右，反硝化段的ORP值在－50～－110mV之間。 氧化還原電位就是用來(lái)反映水溶液中所有物質(zhì)表現出來(lái)的宏觀(guān)氧化-還原性。越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱。通過(guò)控制ORP可以間接控制溶解氧濃度，尤其氧化還原電位其在DO濃度比較低時(shí)，DO較小的改變反映在氧化還原電位上變化較大。