硝化与反硝化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。
硝化反应与反硝化反应原理
硝化反应与反硝化反应原理
硝化反应和反硝化反应是地球上氮循环中重要的过程。
在硝化反应中，氨被氧化成亚硝酸和硝酸，这些化合物可以被植物吸收并转化为蛋白质。
反硝化反应是硝化反应的相反过程，它发生在有机物分解的缺氧环境中，硝酸和亚硝酸被还原为氮气和氮氧化物，释放出能量。
硝化和反硝化反应的原理是基于微生物的代谢作用，其中参与的微生物包括氨氧化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等。
这些微生物将氨、亚硝酸和硝酸等化合物作为能源来源，并将其转化为其他形式的氮化合物，从而使氮在生物圈中循环。
在硝化反应中，氨被氧化成亚硝酸和硝酸，这些产物可以进一步转化为硝酸盐。
反硝化反应则是硝酸盐被还原成氮气和氮氧化物，这些产物被释放到大气中。
硝化和反硝化反应对环境有重要影响。
硝酸盐的过度积累会导致水体富营养化，引起藻类大量繁殖，造成水体缺氧和死亡。
反硝化反应产生的氧化亚氮和氧化氮则会对臭氧层产生负面影响。
因此，科学家们需要深入了解这些过程，以便更好地保护环境。
- 1 -。
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。
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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。
在废水中保持足够的碱度，以调节PH值 的变化。
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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
6NO3－＋2CH3OH―――→6NO2－＋2CO2＋4H2O
亚硝酸还原菌
6NO2－＋3CH3OH———→3N2＋3H2O＋6OH－＋3CO2
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在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝 化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，其反应 如下： 3NO3－＋14CH3OH＋CO2＋3H＋—————→
3C5H7O2N＋19H2O 式中C5H7O2N为反硝化微生物的化学组成。
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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。
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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。
硝化反应和反硝化反应
一、硝化反应在好氧条件下，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。
硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:NH4++1.5O2NO2-+H2O+2H+NO2-+0.5O2NO3-硝化反应总方程式：NH3+1.86O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3若不考虑硝化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为NH4++2O2NO3-+H2O+2H+从以上反应可知:1)1gNH4+-N氧化为NO3-需要消耗2*50/14=7.14g碱（以CaCO3计)2)将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要3.43gO2,氧化1gNO2--N需要1.14gO2，所以氧化1gNH4+-N需要4.57gO2。
硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持在2-3mg/L。
当溶解氧的浓度低于0.5mg/L时，硝化反应过程将受到限制。
b.PH和碱度：PH7.0-8.0，其中亚硝化菌6.0-7.5，硝化菌7.0-8.5。
最适合PH为8.0-8.4。
碱度维持在70mg/L以上。
碱度不够时，应补充碱c.温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。
15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。
d.污泥龄：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。
对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。
e.污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜0.05-0.15kgBOD/(kgMLSS·d)。
因为硝化菌是自养菌，有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。
总氮负荷应≤0.35kgTN/(m3硝化段·d)，当负荷>0.43kg/(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。
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。
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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
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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
污水深度处理的硝化与反硝化
污水深度处理的硝化与反硝化一。
硝化(1) 微生物：自营养型亚硝酸菌(Nitrosmohas)自营养型硝酸菌（Nitrobacter）(2) 反应：城市污水中的氮化物主要是NH3,硝化菌的作用是将NH3—N氧化为NO3—NNH+4+1.5O2———NO2+H2O+H+－ΔE亚硝酸菌ΔE=278.42kJNO2+0.5O2———NO-3－ΔE硝酸菌ΔE=278.42kJNH+4+2.0O2——— NO-3+H2+2H+－ΔE硝酸菌ΔE=351kJ研究表明,硝化反应速率主要取决于氨氮转化为亚硝酸盐的反应速率。
硝酸菌的细胞组织表示为C5H7NO255NH+4+76O2+109HCO-3———C5H7NO2+54NO-2+57H2O+104H2Co3亚硝酸菌400 NO2+ NH+4+4 H2Co3+ HCO-3+195 O2——— C5H7NO2+3 H2O+400 NO-3硝酸菌NH+4+1.86 O2+1.98HCO-3——— 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98 NO-3+1.88H2Co3硝酸菌(3) 保证硝化反应正常进行的必要条件：pH 8~9水温亚硝酸菌反应最佳温度t=35 0C t>15 0CDO 2 ~ 3 mg / L > 1.0 mg / L硝化1克NH3—N：消耗4。
57克O2消耗7。
14克碱度（擦C a Co3计）生成0。
17克硝酸菌细胞(4) 亚硝酸菌的增殖速度 t=25O C活性污泥中µ(Nitrosmohas)=0.18e 0.116(T-15) day –1µ(Nitrosmohas)=0.322 day –1（20ＯＣ）纯种培养：µ(Nitrosmohas)=0.41e 0.018(T-15) day -1河水中µ(Nitrosmohas)=0.79e 0.069(T-15) day -1一般它营养型细菌的比增长速度µ =1。
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2. 混合酸
硝化反应介质中NO2+ 离子浓度的大小是硝化能力强弱的 一个重要标志。因此，在硝酸中加入强质子酸可以大大提高
其硝化能力。
H2SO4 + HNO3
H2NO3+ + HSO4-
H2NO3+
H2O+NO2+
H2O+H2SO4
H3O+ + HSO4-
总反应式 HNO3 ＋ 2H2SO4
NO2+ ＋ H3O+ ＋ 2HSO4-
Cl
+ 2 Na OH
NO 2 Cl
NO 2 + 2Na OH
NO 2
10% NaOH 160℃,0.6MPa
10% NaOH 100℃,常压
ONa
+ NaCl + H2O
NO2 ONa
NO2 + NaCl + H2O
NO2
3.1.4 硝化剂及性质
硝酸 混合酸 硝酸与乙酸酐的混合硝化剂 有机硝酸酯 氮的氧化物 硝酸盐与硫酸 其他硝化剂
3.1.5 硝化方法
直接消化法：化合物中的氢原子被硝基直接取代。包括稀 硝酸硝化、浓硝酸硝化、混酸硝化和硝酸乙酰法。 间接消化法：化合物中除氢原子外其它原子被硝基取代。
磺酸基被取代：
OH
H2SO4
OH
SO3H
HNO3
OH NO2
SO3H
NO2
酚或酚醚类是易于氧化的物质，当引入磺酸基后，由于苯 环上的电子云密度下降，硝化时的副反应减少。
烷，它是一种易爆炸且催泪的物质，为了避免它的产生，
硝酸和乙酸酐要现混现用。
4. 有机硝酸酯
三章硝化反应ppt课件
⑴ 在有机溶剂中的硝化 活泼芳烃(如甲苯、二甲苯或三甲苯)
在有机溶剂和大量过量的无水硝酸中低温 均相硝化，硝化速度服从零级反应(与芳 烃浓度无关)。
3.3 硝化反应动力学
⑵ 在硫酸存在下硝化
有吸电子取代基的芳烃(如硝基苯)在 浓硫酸介质中的均相硝化是二级反应。
v k[ ArH ][HNO3 ]
3.1 概述
硝化反应是最普遍和最早的有机反应 之一。
1834年，通过硝化将苯→硝基苯。
1842年，硝基苯还原为苯胺，硝化在有 机化学工业上的应用和研究开始发展。
3.1 概述
• 3.1.1 定义 • 3.1.2 引入硝基的目的 • 3.1.3 硝化剂类型 • 3.1.4 硝化方法
3.1 概述
3.1.1 定义
H2SO4浓度90%左右时，反应速度为 最大值。
3.3 硝化反应动力学
⑶ 在浓硝酸中硝化
有强吸电子取代基的芳烃(如硝基苯、 对硝基氯苯、1-硝基蒽醌)在大大过量的 浓硝酸中硝化时，硝化速度服从一级动力 学方程。
v k[ArH]
3.3 硝化反应动力学
• 注意： 浓硝酸中常常存在少量HNO2杂质，
3.1 概述
3.1.4 硝化方法
•
非均相混酸硝化法（重点）
•
在硫酸介质中的均相硝化
•
有机溶剂中的混酸硝化法
•
稀硝酸硝化法
•
浓硝酸硝化法
•
在乙酸或乙酐中的硝化
•
置换硝化
•
气相硝化法
3.2 硝化反应历程
• 3.2.1 硝化质点 硝酸的离解性质 混酸的离解性质 其他
• 3.2.2 硝化反应历程
3.2 硝化反应历程
硝化与反硝化
硝化与反硝化利用好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化1 生物脱氮与同步硝化反硝化在生物脱氮过程中，废水中的氨氮首先被硝化菌在好氧条件下氧化为NO-X，然后NO-X 在缺氧条件下被反硝化菌还原为N2(反硝化)。
硝化和反硝化既可在活性污泥反应器中进行，又可在生物膜反应器中进行，目前应用最多的还是活性污泥法。
硝化菌和反硝化菌处在同一活性污泥中，由于硝化菌的好氧和自养特性与反硝化菌的缺氧和异养特性明显不同，脱氮过程通常需在两个反应器中独立进行(如Bardenpho、UCT、双沟式氧化沟工艺等)或在一个反应器中顺次进行(如SBR)。
当混合污泥进入缺氧池(或处于缺氧状态)时，反硝化菌工作，硝化菌处于抑制状态；当混合污泥进入好氧池(或处于好氧状态)时情况则相反。
显然，如果能在同一反应器中使同一污泥中的两类不同性质的菌群(硝化菌和反硝化菌)同时工作，形成同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification Denitrification简称SND)，则活性污泥法的脱氮工艺将更加简化而效能却大为提高。
此外从工程的角度看，硝化和反硝化在两个反应器中独立进行或在同一个反应器中顺次进行时，硝化过程的产碱会导致OH-积累而引起pH值升高，将影响上述两阶段反应过程的反应速度，这在高氨氮废水脱氮时表现得更为明显。
但对SND工艺而言，反硝化产生的OH-可就地中和硝化产生的H+，减少了pH值的波动，从而使两个生物反应过程同时受益，提高了反应效率。
2 实现同步硝化反硝化的途径由于硝化菌的好氧特性，有可能在曝气池中实现SND。
实际上，很早以前人们就发现了曝气池中氮的非同化损失(其损失量随控制条件的不同约在10%～20%左右)，对SND的研究也主要围绕着氮的损失途径来进行，希望在不影响硝化效果的情况下提高曝气池的脱氮效率。
①利用某些微生物种群在好氧条件下具有反硝化的特性来实现SND。
研究结果表明，Thiosphaera、Pseadonmonas nautica、Comamonossp.等微生物在好氧条件下可利用NOX-N 进行反硝化。
生化的硝化与反硝化原理
A/O生化处理2.5.1 基本原理本系统生化处理段采用缺氧/好氧(A/O)工艺，A/O工艺通常是在常规的好氧活性污泥法处理系统前，增加一段缺氧生物处理过程。
在好氧段，好氧微生物氧化分解污水中的BOD5，同时进行硝化反应，有机氮和氨氮在好氧段转化为硝化氮并回流到缺氧段，其中的反硝化细菌利用氧化态氮和污水中的有机碳进行反硝化反应，使化合态氮变成分子态氮，同时获得同时去碳和脱氮的效果。
这里着重介绍生物脱氮原理。
1) 生物脱氮的基本原理传统的生物脱氮机理认为：脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。
①氨化(Ammonification)：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；②硝化(Nitrification)：废水中的氨氮在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下被转化为NO2?和NO3?的过程；③反硝化(Denitrification)：废水中的NO2?和NO3?在缺氧条件下以及反硝化菌(兼性异养型细菌)的作用下被还原为N2的过程。
其中硝化反应分为两步进行：亚硝化和硝化。
硝化反应过程方程式如下所示：①亚硝化反应：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+②硝化反应：NO2-+0.5O2→NO3-③总的硝化反应：NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+反硝化反应过程分三步进行，反应方程式如下所示(以甲醇为电子供体为例)：第一步：3NO3-+CH3OH→3NO2-+2H2O+CO2第二步：2H++2NO2-+CH3OH→N2+3H2O+CO2第三步：6H++6NO3-+5CH3OH→3N2+13H2O+5CO22) 本系统脱氮原理针对本系统生化工艺段而言，除了上述脱氮原理外，还糅合了短程硝化-反硝化，即氨氮在O池中未被完全硝化生成NO3-，而是生成了大量的NO2--N，但在A池NO2-同样被作为受氢体而进行脱氮（上述第二步可知）；再者在A池NO2-同样也可和NH4+进行脱氮，即短程硝化-厌氧氨氧化，其表示为：NH4++NO2-→N2+2H2O。
第4章 硝化技术PPT课件
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4)非均相混酸硝化。当被硝化物和硝化产物在反应温 度下都呈液态且难镕或不溶于废酸时，常采用非均相的 混酸硝化法。这时，需要剧烈的搅拌，使有机物充分地 分散到酸相中以完成硝化反应。这种非均相法是工业上 最常用、员重要的硝化方法，是本章讨论的重点。
5)有机溶剂中硝化。这种方法优点在于可避免使用大 量的硫酸作溶剂，从而减少或消除废酸量，常常使用不 同的溶剂以改变硝化产物异构体的比例。常用的有机溶 剂有二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸或乙酐等。
6.硝化副反应
在芳烃硝化过程中常常伴随硝化副反应，如氧化、 去烃基、置换、脱按、开环和聚合等许多副反应。这些 副反应是由于被硝化物的性质不同和反应条件的选择不 当而造成的。副反应的产生，造成了反应物或硝化物的 损失，也增加了主要产物分离和精制费用，研究副反应 的目的就在于提高经济效益，减少环境污染和增加生产 的安全性。
在芳烃硝化过程中氧化副反应是影响最大的、不可 避免的副反应。发生氧化的位置主要在环上和侧链上。 当活泼的被硝化物硝化时，容易产生环上氧化，生成酚 类有机物。例如，甲苯硝化时。将副产生成硝基甲酚， 菜硝化时将副产生成2，4—二硝基萘酚等。
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4.3硝化方法
4.3.1 混酸硝化
在工业上，芳烃的硝化多采用混酸硝化法，其优点为： ①硝化能力强，反应速度快生产能力高； 硝酸用量可接近理论且，硝化后废酸可设法回收利用； ③硫酸的热容量大，可使硝化反应比较乎稳地进行； ④通常可以来用普通碳钢、不锈钢或铸铁设备作硝化 器。 ·
1)闭路循环法。将硝化后的废酸直接用于下一批的单 硝化生产中。
2)蒸发浓缩法。在一定温度下，用原料芳烃萃取废酸 中的杂质，再蒸发浓缩废酸，使硫酸浓度达到92．5％ 一95％，并用于配酸。
硝化反应和反硝化反应
一、硝化反应在好氧条件下，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。
硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:NH4++1.5O2 NO2-+H2O+2H+NO2-+0.5O2NO3-硝化反应总方程式：NH3+1.86O2+1.98HCO3- 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3若不考虑硝化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为NH4++2O2 NO3-+H2O+2H+从以上反应可知:1)1gNH4+-N氧化为NO3- 需要消耗2*50/14=7.14g碱（以CaCO3计)2)将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要3.43gO2,氧化1gNO2--N需要1.14gO2，所以氧化1gNH4+-N需要4.57gO2。
硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持在2-3mg/L。
当溶解氧的浓度低于0.5mg/L时，硝化反应过程将受到限制。
b.PH和碱度：PH7.0-8.0，其中亚硝化菌6.0-7.5，硝化菌7.0-8.5。
最适合PH为8.0-8.4。
碱度维持在70mg/L以上。
碱度不够时，应补充碱c.温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。
15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。
d.污泥龄：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。
对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。
e.污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜0.05-0.15kgBOD/(kgMLSS·d)。
因为硝化菌是自养菌，有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。
总氮负荷应≤0.35kgTN/(m3硝化段·d)，当负荷>0.43kg/(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。
《第6章：硝化》PPT课件
H
① ②慢 ③ ④
动力学测定数据表明，这一硝化反应速率受 NO2+生 成速度控制，与芳烃浓度无关，说明②是反应速率控制
步骤。若芳烃浓度低，或采用稀硝酸，对芳烃来说，由
零级转变为一级，V=k[ArH][NO2+] 即③式成为反应 速率控制一步。
2.在硫酸存在下的均相硝化
芳烃在浓硫酸介质中硝化是一个二级反应，其动力学方 程： V=k[ArH][HNO3]
在硝化剂作用下，硝基取代C、O、N上氢原子的方 法是工业上用得最广泛的一种引入硝基的方法，除此之 外，还有用硝基去置换其它取代基的途径，能被置换的 基团可以是卤素、磺酸基、乙酰基等，不过这种方法用 得不多。
RCl + AgNO2
RNO2 + AgCl
OH H2SO4
OH SO3H HNO3
O2N
SO3H OH
第6章 硝化 （Nitration）
6.1 概述 6.2 硝化反应动力学与反应历程 6.3 影响硝化反应的因素及硝化副反应 6.4 混酸硝化 6.5 硝酸硝化 6.6 芳胺的硝化 6.7 亚硝化
6.1 概述
往有机分子中引入硝基的反应叫做硝化，如芳烃硝化：
ArH + HNO3
ArNO2 + H2O
硝化进一步分为C-硝化、O-硝化、N-硝化，即硝基 分别与C、O、N原子相连，这样得到的化合物分别称为 硝基化合物、硝酸酯、硝胺。
O NO2 + Na2SO3
O SO3Na
O O
③通过硝基还原是制取氨基化合物的重要途径，而氨基
化合物是多种精细化学品的重要中间体，在染料、塑
料、助剂等方面都有应用。
NO2
④硝基化合物在印染工业，国防工业也有应用， 是印染工业上使用的温和氧化剂，多硝基芳烃是烈SO性3H炸
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影响因素
①BOD5/TKN 当污水中BOD5/TKN>3～5时，可认为碳源
充足。不同的有机碳将导致反硝化速率的不同。
碳源按其来源可分为三类： 外加碳源，多采用甲醇，因为甲醇被分 解后的产物为 C O 2 ， H 2 O ，不产生其它难降 解的中间产物，但其费用较高；
原水中含有的有机碳； 内源呼吸碳源——细菌体内的原生物质及 其贮存的有机物；
② pH值
†
反硝化反应的适宜PH值为6.5～7.5。
‡ PH值高于 8或低于6时，反硝化速率将迅 速下降。
③温度 反硝化反应的温度范围较宽，在5℃-40℃ 范围内都可以进行。
。 但温度低于15℃时，反硝化速率明显下降
小结
★ 从硝化和反硝化的机理可看出，硝化过程
仅改变了废水中氮素的存在形式，反硝化过程 才是真正的脱氮过程。
这两种菌属于化能养型微生物。
2NH4 ＋ 3O2―――→2NO2－ ＋ 4H＋ ＋ 2H2O
＋
硝化菌
2NO2
－＋
O2――― －→2NO3－
＋
硝化菌
总反应式： NH4
硝化 ＋ 2O2―――→NO3－＋ 2H＋ ＋ H2O 菌
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。
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 BOD 5 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。
5CO2＋3N2+7H2O+ 6OH－
反硝化菌
反硝化菌属异型兼性厌氧菌。 在有氧存在时，它会以O2为电子受体进行 好氧呼吸；
在无氧而有 NO 3 －或 NO 2 －存在时，则以 NO 3 －或 NO 2 －为电子受体，以有机碳为电子供 体和营养源进行反硝化反应。
在反硝化菌代谢活动的同时，伴随着反硝 化菌的生长繁殖，即菌体合成过程，其反应 如下： 3NO3－＋14CH3OH＋CO2＋3H＋—————→
（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
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下降
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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。
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。
（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
硝酸还原菌
亚硝酸还原菌
6NO2－＋3CH3OH———→3N2＋3H2O＋6OH－＋3CO2
总反应式 ：
6NO3－＋5CH3OH—————→
二级处理的出水需 进行脱氮处理。
（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。
（1）硝化反应
定义
硝化反应是在好氧条件下，将 N H 4 ＋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。
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 NO 3 - -N 经异化 过程还原，4%经同化过程合成微生物。
★反硝化具备的条件（1）污水中含有充足的
电子供体；（2）厌氧或亏氧条件。 ★因此，污水中氨氮的去除，需先在好氧条件下 进行硝化处理，在厌氧或缺氧条件下进行反硝化 处理。
（3）同化作用
在生物处理过程中，污水中的一部分氮（氨 氮或有机氮）被同化成微生物细胞的组成部 分，并以剩余活性污泥的形式得以从污水中 去除的过程，称为同化作用。 当进水氨氮浓度较低时，同化作用可能成为 脱氮的主要途径。
日出东方 希望中国
硝化与反硝化
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。