硝化作用与反硝化作用

硝化作用与反硝化作用
一、硝化作用
硝化作用是指在有氧的条件下,经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用,将氨转化成硝酸的过程。

硝化作用分两个阶段进行,第一阶段是氨被氧化为亚硝酸,靠亚硝酸细菌完成;第二阶段是亚硝酸被氧化为硝酸,靠硝酸细菌完成。

亚硝酸细菌和硝酸细菌统称为硝化细菌。

大量施用铵盐或硝酸盐肥料,所产生的硝酸除了被植物吸收和微生物固定外,尚有相当一部分随水流失。

流失的硝酸不但造成氮索损失,也引起环境污染。

若硝酸盐进入地下水或流入水井,则会导致饮用水中硝酸盐浓度升高。

硝酸盐流入水体,使水体营养成分增加,导致浮游生物和藻类旺盛生长,这种现象称作富营养化。

硝化过程也产生相当数量的N2O,这是一种温室效应气体,可导致臭氧层的破坏。

二、反硝化作用
微生物还原硝酸为亚硝酸、氮和氮气的作用称为反硝化作用。

反硝化作用需要具有反硝化微生物,一般只在厌氧条件下进行。

反硝化作用是造成土壤中氮素损失的重要原因之一。

在农业上常采用中耕松土的办法,施用硝化抑制剂以抑制反硝化作用。

来源老燕说农，参考文献：【1】战忠玲.农业微生物【M】.北京：中国农业大学出版社，2019.89-91.以下节选自环保水处理
（1）pH值
硝化菌对pH值的变化非常敏感，最佳pH值是8.0～8.4。

在这一最佳pH值条件下，硝化菌最大的比增殖速度可达最大值；当pH值低于6或高于9.6时，硝化反应将停止进行。

反硝化菌最适宜的pH值是6.5～7.5，在这个pH值条件下，反硝化速率最高，当pH值高于8或低于6时，反硝化速率将很快下降。

（2）溶解氧（DO）
氧是硝化反应过程中的电子受体，反应器内溶解氧高低，必将影响硝化反应的进程。

在进行硝化反应的曝气池内，根据试验结果证实，
DO含量不得低于1mg/L，通常为1～2mg/L。

反硝化菌是异养兼性菌，只有在无分子氧而同时存在NO3-和NO2-的条件下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。

在有溶解氧存在时，反硝化菌首先利用溶解氧，这将阻碍反硝化反应的进行。

但当水中有少量溶解氧时，污泥絮体内部仍为厌氧状态，所以反硝化反应并不要求DO严格为零。

反硝化菌以在厌氧、好氧交替所谓“兼氧”的环境中生活为宜，DO应控制在0.5mg/L以下。

（3）碳源
硝化菌是自养型细菌，有机物浓度并不是它的生长限制因素，故含碳有机物浓度不应过高，一般BOD值应在20mg/L以下；若BOD 浓度过高，会使异养菌迅速增殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，不能成为优势种属，硝化反应较难进行。

在反硝化过程中，BOD/N是控制脱氮效果的一个重要因素。

能为反硝化菌所利用的碳源分为污水中所含的碳源以及外加碳源，前者可直接用于反硝化过程。

一般认为当污水中BOD5/TN＞3～5时，碳源充足，无需外加碳源；低于此值时应补充必要的外来碳源，通常补加甲醇、乙醛等可生化性好的物质。

（4）温度
硝化反应的适宜温度是20～30℃，15℃以下时，硝化速度下降，5℃时完全停止。

反硝化反应可在15～35℃的温度范围内进行，当温度低于10℃或高于30℃时，反硝化速率明显下降；当温度在3℃以下时，反硝化作用将停止。

（5）生物固体平均停留时间
生物脱氮工艺中的生物固体平均停留时间（污泥龄，SRT）主要由亚硝酸菌的世代期所控制。

一般生物脱氮工艺的污泥龄为2～4d，有时可高达10～15d，甚至30d。

较长的污泥龄可增加生物硝化的能力，并可减轻有毒物质的抑制作用，但过长的污泥龄将降低污泥的活性而影响处理效果。

SRT值与温度密切相关，温度低，SRT取值应显著提高。

（6）有毒物质
除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH4+-N、高浓度的NO2--N和NO3--N、有机物以及络合阳离子。