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。f.C/N:BOD/TKN应3，比值越小，硝化菌所占比例越大。g.抑制物浓度：NH4+-N≤200mg/L，NO2--N10-150mg/L，NO3--N0.1-1mg/L。h.ORP:好氧段ORP值一般在+180mV左右。二、反硝化反应在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化反应方程式为：NO2-+3H(电子供给体-有机物)0.5N2+H2O+OH-NO3-+5H(电子供给体-有机物)0.5N2+2H2O+OH-由以上反应可知：1)还原1gNO2--N或NO3--N，分别需要有机物(其O/H=16/2=8)3*8/14=1.71g和5*8/14=2.86g，同时还产生50/14=3.57g碱（以CaCO3计）2)如果废水中含有DO，它会使部分有机物用于好氧分解，则完成反硝化反应所需要的有机物总量Cm=2.86[NO3--N]+1.71[NO3--N]+DO反硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持低于0.5mg/L（活性污泥法）或1mg/L（生物膜法）。b.PH：PH6.5-7.5c.温度：硝酸菌的适宜温度为20～40℃。15℃以下时，反应速度急剧下降。d.C/N:BOD/TN应≥4。e.ORP：缺氧段的ORP值在－50～－110mV之间,厌氧段ORP值一般在－160～－200mV之间。