硝化与反硝化反应

硝化与反硝化反应
一、硝化反应
1、硝化：在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。

反应过程如下：
亚硝酸盐菌：
NH
4++ 3/2 O
2
→ NO
2
-+ 2H++ H
2
O - △E △E=278.42KJ
接着亚硝酸盐转化为硝酸盐：
NO
2-+ 1/2 O
2
→ NO
3
-- △E △E=278.42KJ
这两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。

上诉两式合起来写成：
NH
4++ 2 O
2
→ NO
3
-+ 2H++ H
2
O - △E △E=351KJ
综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：
NH
4++1.83O
2
+1.98HCO
3
-→0.02C
5
H
7
O
2
N+0.98NO
3
-+1.04H
2
O+1.88H
2
CO
3
上式可知：
在硝化过程中，1g 氨氮 NH
4+-N 氧化为转化为 NO
2
--N 需 3.43gO
2
，氧化
1gNO
2--N 需要 1.14gO
2
,所以氧化 1gNH
4
+-N 需要 4.57gO
2
；硝化过程中释放出
H+，将消耗废水中的碱度，每 lg 氨氮 NH
4+-N 氧化为 NO
3
-，将消耗碱度
2*50/14=7.l4g(以 CaCO
3
计)。

2、影响硝化过程的主要因素有：
(1)pH 值和碱度
当 pH 值为 8.0～8.4 时(20℃)，硝化作用速度最快，其中亚硝化
菌 6.0～7.5，硝化菌 7.0～8.5。

由于硝化过程中 pH 将下降，当废水碱
度≤70mg/l，则需投加石灰，维持 pH 值在 7.5 以上。

(2)温度
温度高时，硝化速度快。

亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃ ，在15℃以下
其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜；5℃时完全停止。

(3)污泥停留时间
硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为＝0.3～0.5d-1 (温度20℃ ，pH8.0～8.4)。

为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌
的最小世代时间。

在实际运行中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般应取 11～23d。

(4)溶解氧
氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。

一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在 2～ 3mg/L 以上；
(5)BOD 负荷
负荷过高，会硝化菌是一类自养型菌，而 BOD 氧化菌是异养型菌。

若 BOD
5
使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而自养型的硝化菌得不到优势，
负荷应维持在
结果降低了硝化速率。

所以 BOD
5
)/kg(MLVSS) ·d 以下，才能充分硝化。

0.3kg(BOD
5
/TKN＜3，比值越小，硝化菌所占比例越大。

(6)CN 比：BOD
5
生化处理中的营养比是根据污泥/生物膜中微生物需求来确定
的，自然界中,各类微生物需求的碳氮比是不同的,但是对于活性污泥这个
微生物群体而言有一个经验的值,好氧条件下是 100：5：1,厌氧条件下是 200：5：1。

碳氮磷都要以可生物吸收的量计算,因此,碳以 BOD
5
表示；N 一般指总凯氏氮（TKN）,包括有机氮和氨氮,但不包括亚硝氮和硝态氮, 因为除了反硝化细菌以外,大部分微生物都不能直接以亚硝氮和硝态氮作为氮源,而有机氮和氨氮则可被绝大多数微生物用做氮源；磷一般为磷酸盐。

最后我来解释一下这个比例的来源：
说法一：Mc Carty 于 1970 年将细菌原生质分子式定为 C
5H
7
O
2
N, 若包括磷
为 C
60H
87
N
12
O
23
P,其中 C、N、P 所占的百分数分别为 52.4%、 12.2%、2.3%。

对于
好氧生物处理过程来说,在被降解的 BOD
5
中,约有 20%的物质被用于细胞物质的
合成,80%被用来进行能量代谢所以进水中 BOD：N：P=（52.4%/20%）：12.2% ：2.3%=100：5：1。

说法二：细菌 C:N=4～5,真菌 C:N=10,活性污泥系统中的 C:N=8 （介于二
者之间）,同时由于只有40%的碳源进入到细胞中,所以这个比例就是 20,即 100：5，磷的比例参照一。

(7)抑制物浓度：NH
4+-N≤200，NO
2
--N≤150，NO
3
--N≤1mg/l；
(8)好氧段 ORP：+180mv。

二、反硝化反应
1、在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将 NO
2
--N
和 NO
3--N 还原成 N
2
的过程，称为反硝化。

反硝化过程中的电子供体(氢
供体)是各种各样的有机底物(碳源)。

以甲醇作碳源为例，其反应式为：
6 NO
3-+ 2 CH
3
OH→ 6 NO
2
-+ 2CO
2
+ 4H
2
O
6 NO
2-+ 3 CH
3
OH →3 N
2
+ 3CO
2
+ 3H
2
O + 6OH-综合反应式为：
6NO
3-+ 5CH
3
OH→3N
2
+ 5CO
2
+ 7H
2
O + 6OH-
由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使 NO
2--N、NO
3
--N 被还
原，而且还可使有机物氧化分解。

还原 1gNO
2--N 或 NO
3
--N，分别需要有机
物 1.71 和 2.86g，同时产生 3.57g 碱度（以 CaCO
3
计）。

如果废水中含有 DO，它会使部分有机物用于好氧分解，则完成反硝化反应
所需要的有机物总量 Cm=2.86【NO
3--N】+1.71【NO
2
--N】 +DO；
1.1 除碳工艺的碳源投加
除碳工艺（例如普通活性污泥法，只是单纯为了脱除 COD 的工艺）中 CNP 比 100:5:1，在实际污水处理中 TP 往往是过量的，很多需要配合化学除磷达标，所以以TP 计算的碳源往往会偏大，实际中以氨氮的量来计算碳源的投加量。

1.2 脱氮系统碳源投加
在硝化反硝化系统中，因内回流携带 DO 的影响，实际中投加碳源的量和
理论值相差很大，运营中往往是按照经验公式来计算的，简单方便快捷，脱氮
系统的 CN 比的经验值一般控制在 4～6，很多时间会采用中间值计算或者通过
对化验出水 TN 来调整投加量！
1.3 除磷系统碳源投加量
聚磷菌在厌氧阶段释磷所产生的能量，主要用于其吸收低分子有机基质以
作为厌氧条件下生存的基础。

因此，进水中是否含有足够的有机质，是关系到
聚磷菌能否在厌氧条件下顺利生存的重要因素。

一般认为，进水中COD/TP 要大
于 15，才能保证聚磷菌有足够的基质，从而获得理想的除磷效果。