一、硝化與反硝化基礎知識

廢水中的氮常以合氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數(shù)有機氮轉(zhuǎn)化為氨，然后可進一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

一、硝化與反硝化

(一) 硝化

在好氧條件下，通過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程，稱為生物硝化作用。

反應過程如下：

亞硝酸鹽菌（8-36h）

NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-△E E=278.42KJ

第二步亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽：

酸鹽菌 （12-59h）

NO-+1/2O2 →NO3--△E △E=278.42KJ

這兩個反應式都是釋放能量的過程，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并不是去除氮而是減少它的需氧量。上訴兩式合起來寫成：

NH4++2O2 →NO3-+2H++H2O-△E △E=351KJ

綜合氨氧化和細胞體合成反應方程式如下：

NH4++1.83O2+1.98HCO3- →0.02C5H7O2N+0.98 NO3-+1.04 H2O+1.88H2CO3

由上式可知：(1)在硝化過程中，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時需氧4.57g；(2)硝化過程中釋放出H+，將消耗廢水中的堿度，每氧化lg氨氮，將消耗堿度(以CaCO3計) 7.lg。

（3）水中BOD不宜過高，20mg/L以下，否則會使增值速率較大的異氧細菌迅速增殖，使自養(yǎng)型的硝化細菌受到排擠，難以形成優(yōu)勢菌種，使硝化反應難以進行。

影響硝化過程的主要因素有：

(1)pH值 當pH值為8.0～8.4時(20℃)，硝化作用速度最快。

由于硝化過程中pH將下降，當廢水堿度不足時，即需投加石灰，維持pH值在7.5以上；

(2)溫度 溫度高時，硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35℃，在15℃以下其活性急劇降低，故水溫以不低于15℃為宜；

(3)污泥停留時間 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長速率為 ＝0.3～0.5d-1(溫度20℃，pH8.0～8.4)。為了維持池內(nèi)一定量的硝化菌群，污泥停留時間 必須大于硝化菌的最小世代時間 。在實際運行中，一般應取 ＞2d ；

(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度太低將不利于硝化反應的進行。一般，在活性污泥法曝氣池中進行硝化，溶解氧應保持在2～3mg/L以上；

(5)BOD負荷 硝化菌是一類自養(yǎng)型菌，而BOD氧化菌是異養(yǎng)型菌。若BOD5負荷過高，會使生長速率較高的異養(yǎng)型菌迅速繁殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢，結(jié)果降低了硝化速率。所以為要充分進行硝化，BOD5負荷應維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

(二) 反硝化

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的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇作碳源為例，其反應式為：

6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O

6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-

綜合反應式為：

6NO3-+5CH3OH →5CO2+3N2+7H2O+6OH-

由上可見，在生物反硝化過程中，不僅可使NO2--N、NO3--N被還原，而且還可使有機物氧化分解。

1mg的硝酸鹽氮理論消耗2.87mg的BOD5，一般4mg的BOD5即可滿足反硝化的需求

影響反硝化的主要因素：

(1)溫度 溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要大些。一般，以維持20～40℃為宜�？嘣跉鉁剡^低的冬季，可采取增加污泥停留時間、降低負荷等措施，以保持良好的反硝化效果；

(2)pH值 反硝化過程的pH值控制在7.0～8.0；

(3)溶解氧 氧對反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應器內(nèi)溶解氧應控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；

(4)有機碳源 當廢水中含足夠的有機碳源，BOD5/TKN＞(3～5)時，可無需外加碳源。當廢水所含的碳、氮比低于這個比值時，就需另外投加有機碳。外加有機碳多采用甲醇�？紤]到甲醇對溶解氧的額外消耗，甲醇投量一般為NO3--N的3倍。此外，還可利用微生物死亡；自溶后釋放出來的那部分有機碳，即"內(nèi)碳源"，但這要求污泥停留時間長或負荷率低，使微生物處于生長曲線的靜止期或衰亡期，因此池容相應增大。

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