1.硝化反應
在好氧條件下，通(tong)過自養型微生物(wu)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)菌和(he)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)菌的作(zuo)用，將氨(an)氮氧化(hua)成亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)氮和(he)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)氮的過程，稱為(wei)生物(wu)硝(xiao)化(hua)作(zuo)用。
硝(xiao)化反應(ying)包括亞硝(xiao)化和硝(xiao)化兩(liang)個步(bu)驟:
2. 反硝化反應
NO2-+3H(電子供給體(ti)-有機(ji)物(wu)) → 0.5 N2+H2O+OH-
NO3-+5H(電(dian)子供給體-有機物) → 0.5 N2+2H2O+OH-
在缺氧條件下(xia)，由(you)于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用(yong)，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程，稱為反(fan)(fan)硝化。反(fan)(fan)硝化菌為異養(yang)型微生物，在缺氧狀態時，反(fan)(fan)硝化菌利用(yong)硝酸鹽(yan)中(zhong)的氧作(zuo)為電(dian)子受體(ti)，以有(you)機物作(zuo)為電(dian)子供體(ti)提供能量(liang)并被氧化穩定。反(fan)硝(xiao)化反(fan)應方程式為：
NO2-+3H(電子供給體(ti)-有(you)機物) → 0.5 N2+H2O+OH-
NO3-+5H(電子(zi)供給體-有機物) → 0.5 N2+2H2O+OH-
3.短程硝化反硝化
短(duan)程(cheng)硝化是指NH3生(sheng)成(cheng)亞硝(xiao)(xiao)酸根，不(bu)再生(sheng)產硝(xiao)(xiao)酸根；而由亞硝(xiao)(xiao)酸根直接生(sheng)成(cheng)N2，稱(cheng)為短(duan)程反硝化。短(duan)程硝化反硝化是指(zhi)NH3--NO2---N2，即可(ke)以從水中氨(an)氮去除的(de)一種工藝。
4.影響因素(su)：
硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)的適宜的pH值為(wei)7.0～8.0之間(jian)(jian)，其中(zhong)亞(ya)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌7.0～7.8時，活(huo)性最(zui)(zui)好(hao)；硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌在7.7～8.1時活(huo)性最(zui)(zui)好(hao)。當(dang)pH降到5.5以下，硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)幾乎停止(zhi)。反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)細菌最(zui)(zui)適宜的pH值為(wei)7.0～7.5之間(jian)(jian)。考慮到硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)和反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)兩過程中(zhong)堿度消耗與(yu)產(chan)生的相互(hu)性，同步硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)與(yu)反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)的最(zui)(zui)適的pH值應(ying)為(wei)7.5左右。硝化過(guo)程(cheng)的DO應保持在2～3mg/L，反硝化過(guo)程(cheng)的DO應保持0.2～0.5mg/L。反(fan)應(ying)池內溶(rong)(rong)解(jie)氧的(de)高(gao)低(di)，必將影響硝(xiao)化(hua)反(fan)應(ying)的(de)進程，溶(rong)(rong)解(jie)氧質量(liang)濃度(du)(du)一般維持在2～3mg/L，不得(de)低(di)于1mg/L，當溶(rong)(rong)解(jie)氧質量(liang)濃度(du)(du)低(di)于0.5～0.7mg/L時(shi)，氨的(de)硝(xiao)態(tai)反(fan)應(ying)將受到抑制。反(fan)硝(xiao)化(hua)通常需(xu)在缺氧條件下進行，溶(rong)(rong)解(jie)氧對反(fan)硝(xiao)化(hua)有抑制作用(yong)，主要(yao)是由于氧會與硝(xiao)酸鹽(yan)競爭電(dian)子(zi)供(gong)體，同時(shi)分子(zi)態(tai)氧也會抑制硝(xiao)酸鹽(yan)還原酶的(de)合成及其活性(xing)。 生(sheng)物硝(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)適宜(yi)的溫(wen)(wen)度在(zai)20～30℃，反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)適宜(yi)溫(wen)(wen)度在(zai)30℃左右。亞(ya)硝(xiao)酸菌最佳生(sheng)長(chang)溫(wen)(wen)度為(wei)35℃，硝(xiao)酸菌的適宜(yi)溫(wen)(wen)度為(wei)20～40℃。15℃以(yi)下時，硝(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)速(su)度急劇下降。溫(wen)(wen)度對反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)速(su)率的影響很大，低于5℃或高于40℃，反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)的作用(yong)幾乎停止(zhi)。
一般污水處理廠堿(jian)度應維持在200mg/L左右。NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3 通過上(shang)述反應(ying)過程(cheng)的物料衡(heng)算可知，在硝化反應(ying)過程(cheng)中，將1g氨氮氧化為(wei)硝酸鹽氮需約需耗7.14g碳酸氫(qing)鹽（以CaCO3計）堿度(du)。NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3-在反硝化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)，將1g硝酸鹽氮(dan)還原(yuan)成氮(dan)氣，約產(chan)生3.57g堿(jian)（以CaCO3計），需要有(you)機(ji)物（BOD5）約為2.86g。微生(sheng)物降解(jie)1 mg有機碳源BOD5，約產生(sheng)0.1 mg堿度(du)（以CaCO3計）。硝(xiao)化(hua)(hua)細(xi)菌(jun)為(wei)自養(yang)菌(jun)，在硝(xiao)化(hua)(hua)池中有(you)機碳含量(liang)不(bu)宜過高，否則異(yi)養(yang)好(hao)氧菌(jun)繁殖(zhi)速率過快，硝(xiao)化(hua)(hua)菌(jun)難成為(wei)優勢菌(jun)種(zhong)；反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)細(xi)菌(jun)為(wei)異(yi)養(yang)菌(jun)，有(you)機碳源是反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)細(xi)菌(jun)的(de)電子供體提供者(zhe)。有(you)機碳源越(yue)充(chong)分，C/N越(yue)高，反(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)作用越(yue)明顯，TN的(de)去(qu)除(chu)率也(ye)越(yue)高。當(dang)BOD5/TN>3時，碳源充(chong)足，無需補充(chong)外加碳源；BOD5/TN<3時，需要補(bu)充外加碳源。（6） 水力停(ting)留時(shi)間（HRT）硝(xiao)化過(guo)程HRT可(ke)控制(zhi)在4h～10h之(zhi)間，反硝(xiao)化HRT可(ke)控制(zhi)在1h～4h之(zhi)間。因HRT過短，反(fan)(fan)(fan)應池中各微生物種群沒(mei)有(you)充(chong)分(fen)的(de)時間生長(chang)，污泥流(liu)失過快(kuai)，硝化反(fan)(fan)(fan)應和反(fan)(fan)(fan)硝化反(fan)(fan)(fan)應都沒(mei)有(you)得到充(chong)分(fen)的(de)進行。當HRT達到一定的(de)值時，再增加HRT，對脫(tuo)氮作(zuo)用沒(mei)有(you)顯著的(de)效果。因為(wei)長HRT條件下，系(xi)統(tong)的(de)有(you)機負(fu)荷率降(jiang)低，會使(shi)生物的(de)內源呼(hu)吸加劇，影響污泥(ni)的(de)活性，最終降(jiang)低系(xi)統(tong)對污染物去(qu)除效果。 硝化過程的泥齡(ling)（SRT）一般控制(zhi)在10～20d。硝化(hua)菌的(de)增殖速度(du)很小，其(qi)最大比生長速率為 0.3～0.5d-1，為了維持(chi)池內一定量的(de)硝化菌群，污(wu)泥停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)必須大于(yu)(yu)硝化菌的(de)最小世代時(shi)間(jian)。但是污(wu)泥停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)太(tai)長，會導致系統有(you)機負荷過(guo)低，許(xu)多微生物(wu)由于(yu)(yu)得不到所需(xu)要的(de)營養會死亡。比(bi)生長(chang)速(su)(su)率μ ：每小(xiao)時(shi)單位質(zhi)量(liang)的菌(jun)(jun)體所增(zeng)加的菌(jun)(jun)體量(liang)稱為(wei)菌(jun)(jun)體比(bi)生長(chang)速(su)(su)率
硝化(hua)段ORP值一般在+180mV左(zuo)右(you)，反硝化(hua)段的ORP值在－50～－110mV之間。 氧化(hua)(hua)(hua)還(huan)原(yuan)電位就是(shi)用來(lai)反映水溶液中所(suo)有物(wu)質表現出(chu)來(lai)的(de)宏觀氧化(hua)(hua)(hua)-還(huan)原(yuan)性(xing)。越(yue)高，氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)越(yue)強，電位越(yue)低，氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)越(yue)弱。通過控(kong)制(zhi)ORP可以(yi)間接控(kong)制(zhi)溶解氧濃(nong)度，尤其氧(yang)化(hua)還原(yuan)電(dian)位(wei)其在(zai)DO濃度比較低(di)時(shi)，DO較小的改變反映在(zai)氧(yang)化(hua)還原(yuan)電(dian)位(wei)上變化(hua)較大。 每克甲(jia)醇、乙醇、乙酸(suan)、乙酸(suan)鈉、葡萄糖(tang)對應(ying)的(de)COD、BOD5
| COD（g/g） | BOD5（g/g） |
甲醇 | 1.4 | 1.05 |
乙醇 | 2.08 | 1.5 |
乙酸 | 1.06 | 0.71 |
乙酸鈉 | 0.78 | 0.52 |
葡萄糖(tang) | 1.06 | 0.8 |
硝化反硝化相關的20個經典問答！
▷問題1：實際應用(yong)過程中，反硝(xiao)化(hua)的(de)碳氮比(bi)是多少比(bi)較好？是5以下還是6～8？答(da)：在實際應用中(zhong)，個人認為碳(tan)氮(dan)比(bi)控制在6-8比(bi)較好。▷問題2：鹽度2%對硝化(hua)菌產生(sheng)一定的抑制，是指(zhi)純氯化(hua)鈉嗎(ma)？答：在(zai)(zai)實驗室(shi)中使用(yong)的(de)是純氯化鈉；在(zai)(zai)實際應(ying)用(yong)中，可能會有(you)一點變化，但(dan)基本控制在(zai)(zai)2%左右，超過2%菌種活性受影響會比較大。▷問題3：您介紹(shao)的菌是適(shi)合(he)普通(tong)活性污泥法(fa)還(huan)是可以結合(he)接(jie)觸氧化、載體流化床？答：都是(shi)可(ke)以(yi)用(yong)的(de)。基本只要是(shi)生化系統，理論上都是(shi)可(ke)以(yi)應用(yong)特殊菌種進行(xing)生物(wu)強化的(de)。▷問題4：城鎮污水處理廠(chang)硝化菌的投加量(liang)一(yi)般在多少？答(da)：投(tou)加量(liang)一(yi)(yi)般(ban)是(shi)(shi)參考兩個數(shu)據，一(yi)(yi)是(shi)(shi)進水(shui)氨(an)氮濃度，城鎮污水(shui)處理(li)廠一(yi)(yi)般(ban)在(zai)(zai)30-50mg/L，出水(shui)控制在(zai)(zai)5mg/L以下；二是(shi)(shi)停留(liu)時間，城鎮污水(shui)廠一(yi)(yi)般(ban)用(yong)(yong)硝化(hua)菌(jun)不多，用(yong)(yong)量(liang)大概在(zai)(zai)十萬分之一(yi)(yi)，建議在(zai)(zai)前期用(yong)(yong)三次，可以保證效果(guo)好一(yi)(yi)點。▷問(wen)題5：想問(wen)硝化(hua)細菌抑(yi)制劑(ji)里面(mian) N-serve是什(shen)么呢？答：是一個(ge)很復雜(za)的化合物(wu)2-氯-6-(三氯甲基(ji))吡啶。▷問題6：硝(xiao)化反(fan)硝(xiao)化過程(cheng)中需要補充的堿度，用碳酸鈉(na)(na)和氫氧化鈉(na)(na)哪個(ge)效(xiao)果(guo)好一(yi)點(dian)，區別大不(bu)大？答：用碳酸鈉的效果會更好，但是(shi)價格會貴一(yi)些。
▷問題7：硝化(hua)(hua)菌耐毒性(xing)沖擊性(xing)如何？反硝化(hua)(hua)菌負(fu)荷在(zai)多少？答(da)：硝(xiao)化(hua)菌(jun)耐(nai)毒性(xing)(xing)沖擊性(xing)(xing)通常情況不是很(hen)好，因為(wei)它是自養(yang)菌(jun)，有(you)毒有(you)害多了對其影響蠻大的(de)。單獨的(de)反硝(xiao)化(hua)菌(jun)負荷很(hen)難說，要(yao)看池中菌(jun)的(de)量。▷問題(ti)8：請問我們(men)的AO運行中，好(hao)氧池pH6.2，COD600mg/L，氨氮(dan)140 mg/L，調(diao)整(zheng)pH多(duo)少(shao)合適？加片堿(jian)在好(hao)氧池可以嗎(ma)？答(da)：pH一般調整為7.0-7.5就可以(yi)了，加(jia)片(pian)堿(jian)是可以(yi)的。▷問題(ti)9：您的(de)產品是固(gu)態的(de)嗎(ma)？需要活化嗎(ma)？答：硝化菌(jun)是(shi)液態的，反硝化菌(jun)是(shi)固(gu)態的。▷問題10：看到案(an)例中有不少特種廢水，水量有限，想問下菌種制(zhi)備(bei)成本和特定微生物應用于工(gong)程解決問題從制(zhi)備(bei)到效(xiao)果需要多長時間？答：一般的(de)菌株都可以很快的(de)大規模制備。制備成本(ben)依據菌株有異，芽孢(bao)類菌株成本(ben)會比較低(di)，硝(xiao)化(hua)菌是化(hua)能自養型，成本(ben)會相對高(gao)(gao)些；此(ci)外(wai)，如果需要特殊保(bao)藏，成本(ben)也會高(gao)(gao)。通(tong)常(chang)情況(kuang)下菌株(zhu)引入進去(qu)，一(yi)個星期左(zuo)右就(jiu)可看到(dao)效果。▷問題11：特定生物菌(jun)投入之后(hou)(hou)，來水(shui)沒有(you)沖(chong)擊的情況下(xia)，存在自然(ran)衰減的過程嗎？看(kan)到(dao)您舉例的石化廢水(shui)處理案例，出水(shui)先明顯下(xia)降，然(ran)后(hou)(hou)隨時間(jian)有(you)逐步波動上升(sheng)的趨(qu)勢。答(da)：這個與(yu)菌株(zhu)有(you)關系。有(you)些(xie)(xie)菌可(ke)以在這一(yi)環境中長期(qi)存在，衰減很少或沒有(you)衰減，如硝化菌。其他菌會隨(sui)時間延長衰減，這時需要補(bu)充一(yi)些(xie)(xie)進去，這與(yu)菌株(zhu)本身特點有(you)關，因(yin)為在活性污泥系統中引入這些(xie)(xie)菌株(zhu)會與(yu)土(tu)著微生(sheng)物發生(sheng)競爭。▷問題12：硝(xiao)化的速度(du)，反硝(xiao)化的速度(du)，是否有(you)數據，就是單(dan)克(ke)細菌一小時降(jiang)解氨氮或者(zhe)硝(xiao)酸鹽多(duo)少克(ke)？答：硝(xiao)化(hua)(hua)速(su)率最(zui)好的能做到800mgNH4+-N/(L·h)，反硝(xiao)化(hua)(hua)速(su)率比較難測(ce)，目(mu)前還不(bu)能提供準(zhun)確數據。▷問題13：我(wo)看現在很(hen)多(duo)文獻中寫道硝化菌對起(qi)始(shi)濃度也有要求，怎么看?答(da)：氨氮(dan)(dan)濃度越高對硝化菌有(you)一(yi)定抑(yi)制作用(yong)，雖然它(ta)有(you)去除氨氮(dan)(dan)的(de)作用(yong)。▷問題14：想請問你們的(de)成熟產品能否(fou)適應(ying)各種廢水(shui)水(shui)質，對不同水(shui)質適應(ying)周期多久？答：菌(jun)劑(ji)對不同水(shui)質都會(hui)有一(yi)個短(duan)暫的適(shi)應期，一(yi)般情況(kuang)下，硝化菌(jun)三天(tian)就能(neng)夠起作用(yong)，但一(yi)般會(hui)保證7天(tian)內一(yi)定能(neng)起作用(yong)。▷問(wen)題(ti)15：測過表(biao)面活性(xing)劑對硝(xiao)化(hua)菌的影響嗎，硝(xiao)化(hua)菌的抑制(zhi)劑還有哪一些(xie)？答：表面活性劑這個沒有(you)測過，抑制劑也(ye)有(you)很多種，可自行查詢一下。▷問(wen)題16：除了提到的乙(yi)炔外(wai)，有哪些常見(jian)的影響硝化菌和(he)亞硝化菌的毒性物質？答(da)：常見的(de)(de)一(yi)些(xie)對(dui)革(ge)蘭氏陰性(xing)菌的(de)(de)抗生素、重金屬(shu)（Cu等其他）也較為敏(min)感。▷問(wen)題17：反(fan)硝化菌在(zai)缺氧區停留多長時間效果最(zui)好？答：硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)量(liang)、菌種濃度都會影響(xiang)停留(liu)時間，一般(ban)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)量(liang)多(duo)，停留(liu)時間要長一些。▷問(wen)題18：想請問(wen)硝(xiao)化(hua)菌(jun)和(he)反硝(xiao)化(hua)菌(jun)的(de)世(shi)代周(zhou)期有多長？答：硝化(hua)菌(jun)因(yin)為是(shi)化(hua)能(neng)自養菌(jun)，繁(fan)殖(zhi)比較(jiao)慢(man)，世(shi)代周期比較(jiao)長，通常繁(fan)殖(zhi)一(yi)代是(shi)10h甚至(zhi)到幾十(shi)個小時，這也是(shi)成本(ben)(ben)高的(de)一(yi)個原因(yin)。反硝化(hua)菌(jun)是(shi)一(yi)個大類，包括很多(duo)種菌(jun)，能(neng)將硝酸鹽轉化(hua)成氮氣的(de)都是(shi)，世(shi)代周期會比較(jiao)短，繁(fan)殖(zhi)較(jiao)快，現在市面(mian)上常見(jian)的(de)，世(shi)代周期基本(ben)(ben)在幾十(shi)分(fen)鐘。▷問題19：回(hui)流直接回(hui)到(dao)厭氧池(chi)，反硝化菌能充分作用嗎？答：回流(liu)到厭(yan)氧肯(ken)定不(bu)行，因為反(fan)硝化(hua)要在缺氧環境中進行。▷問題20：氨氮的起始濃度多高就會到硝(xiao)化作(zuo)用產生抑(yi)制？答：不同菌種(zhong)對氨(an)氮的起始濃(nong)度(du)抑制(zhi)反應不同。通常(chang)情況下(xia)，氨(an)濃(nong)度(du)超過(guo)100mg/L都會(hui)對硝化菌產生抑制(zhi)。
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