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硝化反應(yīng)
在好氧條件下，通過(guò)自養(yǎng)型微生物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(guò)程，稱(chēng)為生物硝化作用。
硝化反應(yīng)包括亞硝化和硝化兩個(gè)步驟:
反硝化反應(yīng)
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(guò)程，稱(chēng)為反硝化。反硝化菌為異養(yǎng)型微生物，在缺氧狀態(tài)時(shí)，反硝化菌利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機(jī)物作為電子供體提供能量并被氧化穩(wěn)定。
反硝化反應(yīng)方程式為：
NO2-+3H(電子供給體-有機(jī)物)→0.5 N2+H2O+OH-
NO3-+5H(電子供給體-有機(jī)物)→0.5 N2+2H2O+OH-
短程硝化反硝化
短程硝化是指NH3生成亞硝酸根，不再生產(chǎn)硝酸根；而由亞硝酸根直接生成N2，稱(chēng)為短程反硝化。短程硝化反硝化是指NH3---NO2----N2，即可以從水中氨氮去除的一種工藝。
影響因素：
1、pH
硝化反應(yīng)的適宜的pH值為7.0～8.0之間，其中亞硝化菌7.0～7.8時(shí)，活性最好；硝化菌在7.7～8.1時(shí)活性最好。當(dāng)pH降到5.5以下，硝化反應(yīng)幾乎停止。反硝化細(xì)菌最適宜的pH值為7.0～7.5之間。考慮到硝化和反硝化兩過(guò)程中堿度消耗與產(chǎn)生的相互性，同步硝化與反硝化的最適的pH值應(yīng)為7.5左右。
2、溶解氧（DO）
硝化過(guò)程的DO應(yīng)保持在2～3mg/L，反硝化過(guò)程的DO應(yīng)保持0.2～0.5mg/L。
反應(yīng)池內(nèi)溶解氧的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，溶解氧質(zhì)量濃度一般維持在2～3mg/L，不得低于1mg/L，當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度低于0.5～0.7mg/L時(shí)，氨的硝態(tài)反應(yīng)將受到抑制。反硝化通常需在缺氧條件下進(jìn)行，溶解氧對(duì)反硝化有抑制作用，主要是由于氧會(huì)與硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子供體，同時(shí)分子態(tài)氧也會(huì)抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。
3、溫度
生物硝化反應(yīng)適宜的溫度在20～30℃，反硝化適宜溫度在30℃左右。
亞硝酸菌最佳生長(zhǎng)溫度為35℃，硝酸菌的適宜溫度為20～40℃。15℃以下時(shí)，硝化反應(yīng)速度急劇下降。溫度對(duì)反硝化速率的影響很大，低于5℃或高于40℃，反硝化的作用幾乎停止。
4、堿度
一般污水處理廠堿度應(yīng)維持在200mg/L左右。
NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3
通過(guò)上述反應(yīng)過(guò)程的物料衡算可知，在硝化反應(yīng)過(guò)程中，將1g氨氮氧化為硝酸鹽氮需約需耗7.14g碳酸氫鹽（以CaCO3計(jì)）堿度。
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+HCO3-
在反硝化過(guò)程中，將1g硝酸鹽氮還原成氮?dú)?，約產(chǎn)生3.57g堿（以CaCO3計(jì)），需要有機(jī)物（BOD5）約為2.86g。
微生物降解1 mg有機(jī)碳源BOD5，約產(chǎn)生0.1 mg堿度（以CaCO3計(jì)）。
5、碳氮比（C/N）
控制硝化過(guò)程的5<BOD5/TKN<8。
硝化細(xì)菌為自養(yǎng)菌，在硝化池中有機(jī)碳含量不宜過(guò)高，否則異養(yǎng)好氧菌繁殖速率過(guò)快，硝化菌難成為優(yōu)勢(shì)菌種；反硝化細(xì)菌為異養(yǎng)菌，有機(jī)碳源是反硝化細(xì)菌的電子供體提供者。有機(jī)碳源越充分，C/N越高，反硝化作用越明顯，TN的去除率也越高。當(dāng)BOD5/TN>3時(shí)，碳源充足，無(wú)需補(bǔ)充外加碳源；BOD5/TN<3時(shí)，需要補(bǔ)充外加碳源。
6.水力停留時(shí)間（HRT）
硝化過(guò)程HRT可控制在4h～10h之間，反硝化HRT可控制在1h～4h之間。
因HRT過(guò)短，反應(yīng)池中各微生物種群沒(méi)有充分的時(shí)間生長(zhǎng)，污泥流失過(guò)快，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)都沒(méi)有得到充分的進(jìn)行。當(dāng)HRT達(dá)到一定的值時(shí)，再增加HRT，對(duì)脫氮作用沒(méi)有顯著的效果。因?yàn)殚L(zhǎng)HRT條件下，系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷率降低，會(huì)使生物的內(nèi)源呼吸加劇，影響污泥的活性，最終降低系統(tǒng)對(duì)污染物去除效果。
7.污泥停留時(shí)間（SRT）
硝化過(guò)程的泥齡（SRT）一般控制在10～20d。
硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長(zhǎng)速率為0.3～0.5d-1，為了維持池內(nèi)一定量的硝化菌群，污泥停留時(shí)間必須大于硝化菌的最小世代時(shí)間。但是污泥停留時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷過(guò)低，許多微生物由于得不到所需要的營(yíng)養(yǎng)會(huì)死亡。
比生長(zhǎng)速率μ：每小時(shí)單位質(zhì)量的菌體所增加的菌體量稱(chēng)為菌體比生長(zhǎng)速率
8.氧化還原電位（ORP）
硝化段ORP值一般在+180mV左右，反硝化段的ORP值在－50～－110mV之間。
氧化還原電位就是用來(lái)反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)的宏觀氧化-還原性。越高，氧化性越強(qiáng)，電位越低，氧化性越弱。通過(guò)控制ORP可以間接控制溶解氧濃度，尤其氧化還原電位其在DO濃度比較低時(shí)，DO較小的改變反映在氧化還原電位上變化較大。
9.碳源投加量
每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉、葡萄糖對(duì)應(yīng)的COD、BOD5。
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