生物反硝化过程ppt课件
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：NH4++ 3/2 O2→ NO2-+ 2H++ H2O - △E △E=278.42KJ接着亚硝酸盐转化为硝酸盐：NO2-+ 1/2 O2→ NO3-- △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：NH4++ 2 O2→ NO3-+ 2H++ H2O - △E △E=351KJ综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.02C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3上式可知：在硝化过程中，1g 氨氮 NH4+-N 氧化为转化为 NO2--N 需 3.43gO2，氧化1gNO2--N 需要 1.14gO2,所以氧化 1gNH4+-N 需要 4.57gO2；硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每 lg 氨氮 NH4+-N 氧化为 NO3-，将消耗碱度2*50/14=7.l4g(以 CaCO3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。
硝化与反硝化
3.7 硝化与反硝化废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。
生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。
一、硝化与反硝化(一) 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NH4++3/2O2 NO2-+2H++H2O-△E △E=278.42KJ 第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐：硝酸盐菌NO-+1/2O2 NO3--△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：NH4++2O2 NO3-+2H++H2O-△E △E=351KJ综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：NH4+1.83O2+1.98HCO3- 0.02C5H7O2N+0.98 NO3-+1.04 H2O+1.88H2CO3 由上式可知：(1)在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g；(2)硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg 氨氮，将消耗碱度(以CaCO3计) 7.lg。
影响硝化过程的主要因素有：(1)pH值当pH值为8.0～8.4时(20℃)，硝化作用速度最快。
由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，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；(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，一般应取＞2 ；(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负荷硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。
缺氧(反硝化)反应
缺氧反应可以有效降低水体中的 硝酸盐和有机物含量，提高水质。
土壤修复
01
02
03
去除重金属
在缺氧条件下，土壤中的 重金属可以被还原为低毒 或无毒形态，降低对环境 和人体的危害。
修复农药污染
通过缺氧反应可以将农药 分解为无害物质，达到土 壤修复的目的。
提高土壤肥力
缺氧反应产生的有机酸和 气体可以促进土壤微生物 的生长和活动，提高土壤 肥力。
水力停留时间
水力停留时间的长短会影响缺氧(反硝化)反应的效率，太短或太长都不利于反应 的进行。
04
缺氧(反硝化)反应的应用
污水处理
01
02
03
反硝化脱氮
去除有机物
改善水质
在缺氧条件下，反硝化细菌将硝 酸盐还原为氮气，达到脱氮目的。
缺氧环境中的厌氧菌可将有机物 分解为小分子有机酸和气体，如 甲烷和二氧化碳。
微生物种群的研究
微生物种群多样性
研究缺氧(反硝化)反应过程中微生物种群的多样性和动态变化，揭 示不同微生物在缺氧环境中的生存策略和相互作用。
关键功能微生物
鉴定在缺氧(反硝化)反应中发挥关键作用的微生物种群，深入了解 其在反应过程中的作用和贡献。
微生物互作网络
研究缺氧(反硝化)反应过程中微生物之间的互作关系和网络结构， 揭示微生物群落的协同作用和生态平衡。
生物脱氮技术
降低能耗
与传统的物化脱氮技术相比，生物脱氮技术能耗低， 运行成本低。
减少二次污染
生物脱氮技术可以充分利用微生物的代谢作用，将污 染物转化为无害或低害的物质，减少二次污染。
适应性广
生物脱氮技术适用于各种类型的废水处理，包括生活 污水、工业废水和城市污水等。
第四讲-缺氧(反硝化)反应
0 . 1 C 3 C 2 0 . 1 H 5 O N 3 4 0 . 1 H O O 3 0 4 . 0 C 5 H 8 7 3 N 1 2 0 . 0 8 2 N O 2 0 . 6 1 2 H 3 5 2 0 . 1 H C 2 8 O 5 5 0 . 0 C O 2 4 6
率，其影响可用下式表示：
' D
m
CN DKsNCN
一般认为当废水中的BOD5/TKN大于3～5时，可无需外加碳源，否则需另外 投加有机碳源。外加碳源大多投加甲醇，因它被氧化分解后的产物为CO2和 H2O，不留下任何难以分解的中间产物，而且能获得最大的反硝化速率，一 般来说，该速率为无外加碳源时的四倍。以甲醇为碳源时，碳源浓度对反硝
NO3Fe(III) SO42-
N2，CO2
Fe(II), CO2
H2S, CO2 CH4, CO2
一、反硝化的作用机理
反硝化作用的定义
• 生物反硝化过程是指在无氧或低氧条件 下，微生物将硝酸盐氮（NO3--N）和亚 硝酸盐氮（NO2--N）还原成气态氮的过 程。
• 参与这一过程的微生物称为反硝化菌， 是一类兼性厌氧微生物。
0.349
0.601
0.575
1.212
0.084
表观C/N 2.37 2.05 1.40 1.79 1.91
1.72 2.12
城市污水的反硝化速率
第一阶段反硝化速率最快，为50mg(NO3—N)/L·h，共持续5—15min，第二阶段反 硝化速率为16 mg(NO3—N)/L·h，直至全部碳源耗光，第三阶段是内源呼吸反硝化 速率，为5.4 mg(NO3—N)/L·h。
化的影响可用Monod
公式进行模拟。
缺氧反硝化反应
缺氧反硝化反应的定义
• 缺氧反硝化反应是指在厌氧或微氧条件下，微生物 将硝酸盐作为电子受体，将有机物或硫化物作为电 子供体，通过一系列酶促反应将硝酸盐还原成氮气 的过程。
02 缺氧反硝化反应的原理
反硝化细菌的种类与特性
反硝化细菌种类
反硝化细菌是一类能够将硝酸盐和亚 硝酸盐还原为氮气的微生物，包括假 单胞菌属、芽孢杆菌属、梭菌属等。
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Hale Waihona Puke 03缺氧反硝化反应在污水处理中具有较高的脱氮效率，且操作 简单，成本较低。
在土壤修复中的应用
1
缺氧反硝化反应在土壤修复中主要用于去除土壤 中的硝酸盐和氮元素，以改善土壤质量。
2
通过缺氧反硝化反应，可以将土壤中的硝酸盐还 原成氮气，从而降低土壤中的氮含量，改善土壤 的理化性质。
3
缺氧反硝化反应在土壤修复中具有较好的应用效 果，且对环境友好，具有较好的生态效益。
探索不同环境条件下缺氧反硝化反应的规律和影 响因素，了解其在自然环境和工程应用中的实际 效果和限制因素，提高反硝化效率。
加强跨学科合作，结合环境科学、化学、生物学 等多学科的理论和方法，深入探究缺氧反硝化反 应的机理和过程，推动反硝化技术在实际应用中 的创新和发展。
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反硝化细菌的基因组学研究
随着测序技术的发展，越来越多的反硝化细菌基因组被解析，有助于深入了解 其代谢机制和生态适应性。
反硝化酶的分子机制研究
反硝化酶是实现反硝化过程的关键酶，对其分子机制的研究有助于揭示反硝化 过程的调控机制。
缺氧反硝化反应的强化技术
生物膜反应器
通过在反应器中添加载体或使用生物 膜技术，提高反硝化细菌的附着和生 长，从而提高缺氧反硝化反应的效率 。
生物脱氮除磷 短程硝化反硝化
硝酸菌 反硝化菌
短程硝化反硝化脱氮途径
反应方程式如下：
影响因素
Do浓度
1
污泥泥龄 5
2
自由氨
4
温度
3
pH值
短程硝化反硝化潜在优势
曝气量 • 硝化阶段无需将NO2-氧化成NO3-，节省的曝气量大约占25% • 反硝化阶段直接将NO2-转化为N2，节省大量碳源，大约为40%
碳源
• 亚硝化细菌世代周期比硝化细菌短，缩短硝化反应时间
昔日Dokhaven
荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂改造工程
设计负荷：47万人口 处理水量：9100m3/h（旱季）
19000m3/h（雨季） 原始处理工艺：AB法（吸附——生物降解工艺）
出水指标和实际出水参数
指标
BOD(mg/L) TKN(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) SS(mg/L)
1980年设计值 20 20 -* 30
分阶段排放标准 1995年起 20 20 1 30
2006年后 20 20 1 30
处理结果 目前出水水质
4 7.7 24 0.8 2
原始工艺设计（1980年）并未考虑对氮、磷的去除，而新的《市政污水排 放规范》明确规定从1995年起对磷的排放限制，而且从那时起对氮的限制也逐 渐由对TKN 的控制转向对总氮的控制。显然，原始的设计不能满足对营养物去 除的要求，需要进行升级。对脱氮来说，及时对污泥消化液采用了近年在荷兰 研发出来的SHARON和 ANAMMOX工艺。
生物脱氮技术
短程硝化反硝化
目录
CONTENTS
技术原理
技术背景
典型工艺
01 技 术 背 景
污水中氮的主要形态酸 盐氮
硝化反硝化
A、硝化反应过程：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。
他包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas sp）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobacter sp）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或NO2-的氧化还原反应获得能量。
硝化反应过程需要在好氧（Aerobic或Oxic）条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。
其相应的反应式为：亚硝化反应方程式：55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3硝化反应方程式：400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O硝化过程总反应式：NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1克氨氮氧化为硝酸盐氮需好氧4.57克（其中亚硝化反应需耗氧3.43克，硝化反应耗氧量为1.14克），同时约需耗7.14克重碳酸盐（以CaCO3计）碱度。
在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下几个过程：氨离子NH4-→羟胺NH2OH→硝酰基NOH→亚硝酸盐NO2-→硝酸盐NO3-。
B、反硝化反应过程：在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从无水中逸出，从而达到除氮的目的。
反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。
当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电子受体，O2-作为受氢体生成水和OH-碱度，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。
污水处理中的硝化与反硝化过程
污水处理厂的硝化与反硝化应用
污水处理厂是硝化与反硝化过程的重要应用场所，通过硝化反应将有机 氮转化为硝酸盐，再通过反硝化反应将硝酸盐转化为氮气，从而达到去 除氮污染物的目的。
硝化反应通常在好氧条件下进行，由硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐；反 硝化反应则在缺氧条件下进行，由反硝化细菌将硝酸盐还原成氮气。
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硝化反应的微生物学基础
硝化细菌是一类好氧性细菌，能够将氨氮氧化成硝酸盐。
硝化细菌主要包括亚硝化Байду номын сангаас菌和硝化细菌两类，分别负责亚硝化和硝化两个阶段 。
硝化反应的影响因素
溶解氧
硝化反应是好氧反应，充足的溶解氧是保证硝化 反应顺利进行的关键。
pH值
硝化细菌适宜的pH值范围为7.5-8.5。
ABCD
温度
硝化细菌对温度较为敏感，适宜的温度范围为 20-30℃。
应对气候变化
资源回收利用
探索污水处理过程中资源的回收利用，如能源、肥 料等，提高污水处理的经济效益和社会效益。
随着气候变化加剧，污水处理系统需应对极 端天气和自然灾害的挑战，保障硝化与反硝 化过程的稳定运行。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进先进技术与管理 经验，推动硝化与反硝化技术的创新发展。
害。
城市污水处理中的硝化与反硝化应用
城市污水中的氮污染物主要来源于生活污水和部分工业废水，硝化与反硝化过程在 城市污水处理中具有重要作用。
城市污水处理厂通常采用生物反应器进行硝化与反硝化反应，通过合理控制反应条 件，提高脱氮效率。
城市污水处理中的硝化与反硝化应用可以有效降低水体中氮污染物含量，改善城市 水环境质量。
硝化作用及反硝化作用
硝化作用及反硝化作用
硝化作用（nitrification）氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程。
氨转化为硝酸的氧化必须有O2参与，通常发生在通气良好的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。
硝化细菌,先是亚硝化细菌将铵根（NH4+）氧化为亚硝酸根（N02-）；然后硝化细菌再将亚硝酸根氧化为硝酸根（N03-）。
硝化作用所产生的硝酸盐（NO3-），因其自身的负电性而不容易被固定在正离子交换点（主要是腐殖质）多于负离子的土壤中。
反硝化作用，是指在厌氧条件下，微生物将硝酸盐及亚硝酸盐还原为气态氮化物和氮气的过程。
是活性氮以氮气形式返回大气的主要生物过程。
反硝化作用不仅在土壤中进行，还可在江河湖泊和海洋中进行。
发生反硝化作用的条件是：①反硝化微生物；②合适的电子供体，如有机碳化物、还原态硫
化物；③厌氧条件；④氮的氧化物。
土壤中已知能进行反硝化作用的微生物种类有24个属性。
绝大多数反硝化细菌是异养型细菌，亦有少数自养型细菌如反硝化硫杆菌。
影响反硝化作用的因素包括：①氧的供应，当氧的供应受到限制时发生反硝化作用；②碳的供应，如土壤有机质、根分泌物等；③硝酸盐的供应；④pH，在酸性土壤中，反硝化作用受到抑制。
硝化与反硝化
3C5H7O2N＋19H2O 式中C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。
反硝化还原和微生物合成的总反应式为： NO3－＋1.08CH3OH＋H＋―――→ 0.065C5H7O2N＋0.47N2＋0.76CO2＋ 2.44H2O 从以上的过程可知，约 96%的NO3--N经异化 过程还原，4%经同化过程合成微生物。
日出东方 希望中国
硝化与反硝化
（公用工程污水车间）
生物脱氮除磷技术
一、 废水中氮的处理技术
（一）概述
废水中氮的存在形式 有机氮 氨氮 亚硝酸氮 硝酸氮
生活污水中，主要含有有机氮和氨氮。
当污水中的有机物被生物降解氧化时，其 中的有机氮被转化为氨氮。
经活性污泥法处理的污水有相当数量的 氨氮排入水体，可导致水体富营养化。 水体若为水源，将增加给水处理的难度 和成本。
（三）生物脱氮工艺
1、三段生物脱氮工艺
2、Bardenpho生物脱氮工艺
3、A/O生物脱氮工艺
4、SBR工艺 5、氧化沟工艺
（四）物理化学脱氮技术
1、空气吹脱法脱氮工艺 2、折点氯氧化法脱氮工艺
谢谢大家
下降
下降
硝化菌的泥龄
硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作 用的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两 倍以上。
溶解氧
硝化反应对溶解氧有较高的要求，处理 系统中的溶
硝化菌受PH值的影响很敏感，适宜的 PH值7－8。 在废水中保持足够的碱度，以调节PH值 的变化。
（2）反硝化反应
定义 反硝化反应是指在无氧条件下，反硝 化菌将硝酸盐氮（NO3－）和亚硝酸盐氮（
NO2－）还原为氮气的过程。
6NO3－＋2CH3OH―――→6NO2－＋2CO2＋4H2O
污水处理中的反硝化过程
反硝化菌种的基因改造与优化
基因编辑技术
利用基因编辑技术对反硝化菌种进行定向改造，提高其反硝化性能 和适应性。
代谢途径重构
通过代谢途径的重构和优化，提高反硝化菌种的生长速率和反硝化 效率。
菌种协同作用
研究不同菌种之间的协同作用，构建高效反硝化菌群，实现反硝化过 程的优化。
反硝化过程与其他污水处理技术的结合
分离纯化
通过选择性培养基和分离 纯化技术，将反硝化菌种 从混合菌群中分离出来。
扩大培养
将分离纯化的反硝化菌种 进行扩大培养，以便在污 水处理中应用。
03
反硝化过程的影响因素
温度的影响
温度对反硝化细菌的生长和代谢 具有重要影响。
适宜的温度范围为20-30℃，当 温度低于15℃时，反硝化速率
明显降低。
02
反硝化菌种
反硝化菌种的分类
异养反硝化菌种
01
利用有机物作为电子供体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气的
细菌。
自养反硝化菌种
02
利用无机物如硫化物、亚铁化合物等作为电子供体，将硝酸盐
或亚硝酸盐还原为氮气的细菌。
兼性反硝化菌种
03
既能利用有机物作为电子供体，也能利用无机物作为电子供体
的反硝化细菌。
反硝化菌种的特性
反硝化过程能够将硝酸盐 还原为氮气，从而降低水 体中的硝酸盐含量，有助 于改善水质。
降低水体富营养化
通过反硝化过程减少水体 中的氮元素，有助于降低 水体的富营养化程度，防 止藻类过度繁殖。
提高污水处理效率
反硝化过程可以与硝化过 程协同作用，提高污水处 理厂的总体处理效率。
在农业中的应用
减少化肥流失
反硝化过程能够将土壤中的氮素转化为氮气，从而减少化肥的流 失，提高氮肥的利用率。
同步硝化反硝化
同步硝化反硝化
硝化反硝化作为地球上细菌尤其是微生物的重要代谢过程，在现有体系内具有重要的
作用，一般情况下，硝化反硝化是一种氮循环，也是营养元素硝酸盐在生物链内传递的主
要途径。
氮是地球生物体系生命活动的重要物质，它可以通过太阳能和硝酸盐等化合物
来进行氮循环，满足生物体系生成和运行的需要。
硝化变化是氮循环过程中不可缺少的一
部分，硝酸盐是生物体系中氮循环所必需的物质，硝酸盐的循环反应是硝化的反应形式。
硝化反硝化是一个相互关联的交互过程，硝化反应是一种气体交换过程，其基本原理
是硝化细菌将氮气还原为有机物化的氮的过程，而硝化反应则是将硝化产物释放到水中的
过程，也就是将氮气还原为无机水溶性硝酸盐的过程，这样就可以对硝酸盐在生物体系中
发生转化和迁移作出贡献。
硝化反硝化反应过程是相互协调的，它们之间具有很强的能力来协调氮循环的正常运行，氮的循环可以通过硝化和反硝化的过程来达到，而这些循环过程也可以持续进行，可
以更好地支持地球生物体系的支撑和发展。
硝化反硝化是进行氮循环和氮转化的必要依赖，它也支撑着整个生物圈的发展与演变，是氮圈形成和保存的重要过程，也是地球生物体系
稳定发展良性循环的维持。
同步硝化反硝化
LOGO
同步硝化反硝化
引言
氮是造成水体富营养化和环境污染的重要污染物 质,控制排放污水中的氮、磷越来越受到重视,研 究具有高效脱氮除磷功能的工艺越来越重要。 硝化两个独立过程实现的,由于对环境的要求不同, 两过程不能同时发生。 现行的生物脱氮工艺是把硝化和反硝化作为两个 独立的阶段分别安排在不同的反应器中(空间上) 或者利用间歇的好氧和厌氧条件(时间上)实现氮 的去除,往往造成系统复杂,能耗较大,且运行管理 不便。
具有一定大小尺寸(大于100μm)的颗粒污泥,特别是好氧 颗粒污泥,由于氧扩散的限制,其内部也能形成缺氧或厌氧 区,同样具有实现同步硝化反硝化的微观环境。 利用好氧颗粒污泥进行生物脱氮的优势在于:颗粒污泥具 有的良好活性以及沉降性能,可维持生物反应器内较高的 生物相浓度,从而提高生物脱氮的效率;与利用载体固定微 生物方法比较,好氧颗粒污泥天然的生物层分布确保了最 佳的生物反应效率,保证了高效的生物脱氮。近几年,借鉴 厌氧颗粒污泥培养的成功经验,利用水力筛分的方法,国内 外均有在SBR中培养出好氧颗粒污泥的报道。研究结果表 明:在SBR反应器中,NH3N、TN的去除率高达95%和60%,氨氮 负荷约18kgNH3N(m3·d)。但是,研究好氧颗粒污泥实现同 步硝化反硝化的报道还很少,目前尚处于探索阶段。
好氧反硝化细菌和异养硝化细菌的发现,打破了传统理论 认为的硝化反应只能由自养细菌完成和反硝化只能在厌氧 条件下进行的观点。Robertson还提出了好氧反硝化和异 养硝化的工作模型。同时,指出好氧反硝化和异养硝化的 反应速率随溶解氧浓度的增加而减小。
硝化作用和反硝化作用方程式
硝化作用和反硝化作用方程式硝化作用和反硝化作用是生物地球化学循环中重要的氮循环过程。
氮是生物体中不可或缺的元素，它在大气中占据了七成，但在生物体内的含量却相对较低。
硝化作用和反硝化作用是维持氮的循环平衡的关键过程。
硝化作用是指氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸，再由亚硝酸氧化细菌将亚硝酸氧化为硝酸的过程。
这个过程主要发生在土壤和水体中，涉及到两种细菌：氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌。
氨氧化细菌（Nitrosomonas）是一类能够将氨氧化为亚硝酸的细菌。
它们利用氨氧化酶将氨转化为亚硝酸，反应式如下：NH3 + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+亚硝酸氧化细菌（Nitrobacter）则进一步将亚硝酸氧化为硝酸，反应式如下：NO2- + 0.5O2 → NO3-硝化作用是一个氧化过程，需要充足的氧气供应。
氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌分别存在于土壤和水体中，它们共同协作完成氨氧化和亚硝酸氧化的反应，将氨转化为硝酸。
反硝化作用是指某些特定的细菌利用硝酸作为电子受体进行呼吸代谢，将硝酸还原为氮气（N2）释放到大气中。
这个过程主要发生在缺氧或微氧的环境中，例如湿地、淤泥等。
反硝化作用的细菌主要是厌氧细菌，它们利用硝酸还原酶将硝酸还原为氮气，反应式如下：2NO3- → N2 + 2NO2-反硝化作用起到了氮气的释放和氮循环的调节作用。
在湿地等缺氧环境中，硝酸是细菌的主要氮源，通过反硝化作用将硝酸还原为氮气，维持了氮的循环平衡。
硝化作用和反硝化作用是氮循环中相互联系的两个过程。
硝化作用将有机氮和无机氮转化为硝酸，提供了植物吸收氮的来源。
而反硝化作用将硝酸还原为氮气，释放到大气中，起到了氮的去除作用。
两者相互配合，维持了氮在生物地球化学循环中的平衡。
总结起来，硝化作用和反硝化作用是氮循环中重要的过程。
硝化作用将氨氧化为亚硝酸，再将亚硝酸氧化为硝酸，提供了植物吸收氮的来源。
反硝化作用则将硝酸还原为氮气，释放到大气中，起到了氮的去除作用。
硝化作用及反硝化作用
硝化作用及反硝化作用
硝化作用（nitrification）氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程。
氨转化为硝酸的氧化必须有O2参与，通常发生在通气良好的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。
硝化细菌,先是亚硝化细菌将铵根（NH4+）氧化为亚硝酸根（N02-）；然后硝化细菌再将亚硝酸根氧化为硝酸根（N03-）。
硝化作用所产生的硝酸盐（NO3-），因其自身的负电性而不容易被固定在正离子交换点（主要是腐殖质）多于负离子的土壤中。
反硝化作用，是指在厌氧条件下，微生物将硝酸盐及亚硝酸盐还原为气态氮化物和氮气的过程。
是活性氮以氮气形式返回大气的主要生物过程。
反硝化作用不仅在土壤中进行，还可在江河湖泊和海洋中进行。
发生反硝化作用的条件是：①反硝化微生物；②合适的电子供体，如有机碳化物、还原态硫
化物；③厌氧条件；④氮的氧化物。
土壤中已知能进行反硝化作用的微生物种类有24个属性。
绝大多数反硝化细菌是异养型细菌，亦有少数自养型细菌如反硝化硫杆菌。
影响反硝化作用的因素包括：①氧的供应，当氧的供应受到限制时发生反硝化作用；②碳的供应，如土壤有机质、根分泌物等；③硝酸盐的供应；④pH，在酸性土壤中，反硝化作用受到抑制。
短程硝化-反硝化
长期以来无论是在废水生物脱氮理论上还是在工程实践中，都一直认为要实现废水生物脱氮就必须使+4NH 经历典型的硝化和反硝化过程才能安全地被除去，这条途径也可称之为全程(或完全) 硝化—反硝化生物脱氮。
实际上从氮的微生物转化过程来看，氨被氧化成硝酸是由两类独立的细菌催化完成的两个不同反应,应该可以分开。
对于反硝化菌,无论是-2NO 还是-3NO 均可以作为最终受氢体，因而整个生物脱氮过程也可以经+4NH →2HNO →2N 这样的途径完成。
早在1975年V oet 就发现在硝化过程中2HNO 积累的现象并首次提出了短程硝化—反硝化生物脱氮( Shortcut nitrification —denitrification ，也可称为不完全或称简捷硝化—反硝化生物脱氮)，随后国内外许多学者对此进行了试验研究。
这种方法就是将硝化过程控制在2HNO 阶段而终止，随后进行反硝化。
已有研究大多基于小型反应器内的间歇悬浮生长工艺[1]，对氮的去除率偏低[2]，对接触氧化系统中进行常温下短程脱氮工艺的研究较少。
短程生物脱氮具有以下特点[3、4]：①对于活性污泥法，可节省氧供应量约25 %，降低能耗；②节省反硝化所需碳源40 %，在C/ N 比一定的情况下提高TN 去除率；③减少污泥生成量可达50%；④减少投碱量；⑤缩短反应时间，相应反应器容积减少。
因此这一方法重新受到了人们的关注。
短程硝化的标志是稳定且较高的2HNO 积累即亚硝酸化率较高[N NO --2/ (N NO --2+N NO --3)至少大于50%以上]。
在不对氨态氮氧化产生较大影响的前提下，抑制亚硝酸盐的氧化过程，获得稳定的亚硝酸盐积累，是成功实现短程硝化反硝化工艺的关键。
影响亚硝酸积累的因素主要有温度、pH 、氨浓度、氮负荷、DO 、有害物质及泥龄。
① 温度。
生物硝化反应在4～45℃内均可进行，适宜温度为20～35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温对硝化产物及两类硝化菌活性影响也不同。
硝化与反硝化ppt课件
下降
Hale Waihona Puke 下降8 硝化菌的泥龄 硝化菌的生长世代周期较长，为了保证硝化作 用的进行，泥龄应取大于硝化菌最小世代时间两 倍以上。 溶解氧 硝化反应对溶解氧有较高的要求，处理 系统中的溶解氧量最好保持在2mg/L以上。
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pH值
硝化菌受PH值的影响很敏感，适宜的 PH值7－8。
在废水中保持足够的碱度，以调节PH值 的变化。
二级处理的出水需 进行脱氮处理。
3
（二）生物法脱氮 1、生物脱氮机理
生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮 和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。
其中包括硝化和反硝化两个反应过程。
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（1）硝化反应 定义
硝化反应是在好氧条件下，将NH4＋转 化为NO2—和NO3－的过程。
细菌
由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌共同完成的。 这两种菌属于化能自养型微生物。
5
硝化菌
2NH4＋ ＋ 3O2―――→2NO2－ ＋ 4H＋ ＋ 2H2O
2NO2－＋ O2――硝―化－菌→2NO3－ 硝化
总反应式： NH4＋ ＋ 2O2――菌―→NO3－＋ 2H＋ ＋ H2O 硝化细菌是化能自养菌，生长率低，对环境
条件变化较为敏感。
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影响因素
温度 硝化反应的适宜温度为20℃－30℃ 低于15℃时，反应速度迅速下降，5℃时反 应几乎完全停止。 BOD5/TKN 硝化菌是自养菌，若水中BOD5值过高，将有 助于异氧菌的迅速增殖，微生物中的硝化菌的比 例下降。
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（2）反硝化反应
定义 反硝化反应是指在无氧条件下，反硝 化菌将硝酸盐氮（NO3－）和亚硝酸盐氮（ NO2－）还原为氮气的过程。
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硝酸还原菌
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每转化1g [NO2-N]为N2 时，需有机物
1.71g
.
3
加甲醇
每还原1g NO3-N需 要甲醇2.47g
反硝化总方程式
每还原1g NO2-N 需要甲醇1.53g
当水中有溶解氧存在时，氧消耗甲醇的反应式为：
每个溶解氧消耗甲 醇0.87个
反硝化过程中甲醇的总用量Ca为：
.
4
温度 35~45℃
pH值 6.5~7.5
C/N比 BOD/TKN:>4~6
影响因素
碳源有机物 甲醇
溶解氧 厌氧:<0.5mg/L
.
5
生物反硝化过程
.
1
硝化反应
缺氧
硝酸盐 亚硝酸盐
N2 (NO、NO2）
排放
单胞菌属、反 硝化杆菌属、 螺旋菌属和无
色杆菌属等
兼性细菌
异化作用
反
硝
缺氧
化
细
同化作用
菌 硝酸盐
氨氮
亚硝酸盐
新细胞合成
好氧
氧化分解有机物
.
2
异化作用
不足
充足
加甲醇
有机物提供
电子受 体
电子供 体
受氢体
受氢体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
每转化1g
[NO3-N]为 N2时，需有 机物2.86g