1.硝化反應(yīng)
在好氧條件下，通過自養(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程，稱為生物硝化作用。
硝化反應(yīng)包括亞硝化和硝化兩個(gè)步驟:
2. 反硝化反應(yīng)
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-
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的過程，稱為反硝化。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。
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-
3.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。
4.影響因素：
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。硝化過程的DO應(yīng)保持在2～3mg/L，反硝化過程的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)與硝酸鹽競爭電子供體，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。 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。
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 通過上述反應(yīng)過程的物料衡算可知，在硝化反應(yīng)過程中，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)）。硝化細(xì)菌為自養(yǎng)菌，在硝化池中有機(jī)碳含量不宜過高，否則異養(yǎng)好氧菌繁殖速率過快，硝化菌難成為優(yōu)勢菌種；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，無需補(bǔ)充外加碳源；BOD5/TN<3時(shí)，需要補(bǔ)充外加碳源。硝化過程HRT可控制在4h～10h之間，反硝化HRT可控制在1h～4h之間。因HRT過短，反應(yīng)池中各微生物種群沒有充分的時(shí)間生長，污泥流失過快，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)都沒有得到充分的進(jìn)行。當(dāng)HRT達(dá)到一定的值時(shí)，再增加HRT，對(duì)脫氮作用沒有顯著的效果。因?yàn)?/span>長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。 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長速率為 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，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷過低，許多微生物由于得不到所需要的營養(yǎng)會(huì)死亡。比生長速率μ ：每小時(shí)單位質(zhì)量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率
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反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-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。 每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉、葡萄糖對(duì)應(yīng)的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 | 1.06 | 0.8 |
硝化反硝化相關(guān)的20個(gè)經(jīng)典問答！
▷問題1：實(shí)際應(yīng)用過程中，反硝化的碳氮比是多少比較好？是5以下還是6～8？答：在實(shí)際應(yīng)用中，個(gè)人認(rèn)為碳氮比控制在6-8比較好。▷問題2：鹽度2%對(duì)硝化菌產(chǎn)生一定的抑制，是指純氯化鈉嗎？答：在實(shí)驗(yàn)室中使用的是純氯化鈉；在實(shí)際應(yīng)用中，可能會(huì)有一點(diǎn)變化，但基本控制在2%左右，超過2%菌種活性受影響會(huì)比較大。▷問題3：您介紹的菌是適合普通活性污泥法還是可以結(jié)合接觸氧化、載體流化床？答：都是可以用的?；局灰巧到y(tǒng)，理論上都是可以應(yīng)用特殊菌種進(jìn)行生物強(qiáng)化的。▷問題4：城鎮(zhèn)污水處理廠硝化菌的投加量一般在多少？答：投加量一般是參考兩個(gè)數(shù)據(jù)，一是進(jìn)水氨氮濃度，城鎮(zhèn)污水處理廠一般在30-50mg/L，出水控制在5mg/L以下；二是停留時(shí)間，城鎮(zhèn)污水廠一般用硝化菌不多，用量大概在十萬分之一，建議在前期用三次，可以保證效果好一點(diǎn)。▷問題5：想問硝化細(xì)菌抑制劑里面 N-serve是什么呢？答：是一個(gè)很復(fù)雜的化合物2-氯-6-(三氯甲基)吡啶。▷問題6：硝化反硝化過程中需要補(bǔ)充的堿度，用碳酸鈉和氫氧化鈉哪個(gè)效果好一點(diǎn)，區(qū)別大不大？答：用碳酸鈉的效果會(huì)更好，但是價(jià)格會(huì)貴一些。
▷問題7：硝化菌耐毒性沖擊性如何？反硝化菌負(fù)荷在多少？答：硝化菌耐毒性沖擊性通常情況不是很好，因?yàn)樗亲责B(yǎng)菌，有毒有害多了對(duì)其影響蠻大的。單獨(dú)的反硝化菌負(fù)荷很難說，要看池中菌的量。▷問題8：請問我們的AO運(yùn)行中，好氧池pH6.2，COD600mg/L，氨氮140 mg/L，調(diào)整pH多少合適？加片堿在好氧池可以嗎？答：pH一般調(diào)整為7.0-7.5就可以了，加片堿是可以的。▷問題9：您的產(chǎn)品是固態(tài)的嗎？需要活化嗎？答：硝化菌是液態(tài)的，反硝化菌是固態(tài)的。▷問題10：看到案例中有不少特種廢水，水量有限，想問下菌種制備成本和特定微生物應(yīng)用于工程解決問題從制備到效果需要多長時(shí)間？答：一般的菌株都可以很快的大規(guī)模制備。制備成本依據(jù)菌株有異，芽孢類菌株成本會(huì)比較低，硝化菌是化能自養(yǎng)型，成本會(huì)相對(duì)高些；此外，如果需要特殊保藏，成本也會(huì)高。通常情況下菌株引入進(jìn)去，一個(gè)星期左右就可看到效果。▷問題11：特定生物菌投入之后，來水沒有沖擊的情況下，存在自然衰減的過程嗎？看到您舉例的石化廢水處理案例，出水先明顯下降，然后隨時(shí)間有逐步波動(dòng)上升的趨勢。答：這個(gè)與菌株有關(guān)系。有些菌可以在這一環(huán)境中長期存在，衰減很少或沒有衰減，如硝化菌。其他菌會(huì)隨時(shí)間延長衰減，這時(shí)需要補(bǔ)充一些進(jìn)去，這與菌株本身特點(diǎn)有關(guān)，因?yàn)樵诨钚晕勰嘞到y(tǒng)中引入這些菌株會(huì)與土著微生物發(fā)生競爭。▷問題12：硝化的速度，反硝化的速度，是否有數(shù)據(jù)，就是單克細(xì)菌一小時(shí)降解氨氮或者硝酸鹽多少克？答：硝化速率最好的能做到800mgNH4+-N/(L·h)，反硝化速率比較難測，目前還不能提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。▷問題13：我看現(xiàn)在很多文獻(xiàn)中寫道硝化菌對(duì)起始濃度也有要求，怎么看?答：氨氮濃度越高對(duì)硝化菌有一定抑制作用，雖然它有去除氨氮的作用。▷問題14：想請問你們的成熟產(chǎn)品能否適應(yīng)各種廢水水質(zhì)，對(duì)不同水質(zhì)適應(yīng)周期多久？答：菌劑對(duì)不同水質(zhì)都會(huì)有一個(gè)短暫的適應(yīng)期，一般情況下，硝化菌三天就能夠起作用，但一般會(huì)保證7天內(nèi)一定能起作用。▷問題15：測過表面活性劑對(duì)硝化菌的影響嗎，硝化菌的抑制劑還有哪一些？答：表面活性劑這個(gè)沒有測過，抑制劑也有很多種，可自行查詢一下。▷問題16：除了提到的乙炔外，有哪些常見的影響硝化菌和亞硝化菌的毒性物質(zhì)？答：常見的一些對(duì)革蘭氏陰性菌的抗生素、重金屬（Cu等其他）也較為敏感。▷問題17：反硝化菌在缺氧區(qū)停留多長時(shí)間效果最好？答：硝酸鹽量、菌種濃度都會(huì)影響停留時(shí)間，一般硝酸鹽量多，停留時(shí)間要長一些。▷問題18：想請問硝化菌和反硝化菌的世代周期有多長？答：硝化菌因?yàn)槭腔茏责B(yǎng)菌，繁殖比較慢，世代周期比較長，通常繁殖一代是10h甚至到幾十個(gè)小時(shí)，這也是成本高的一個(gè)原因。反硝化菌是一個(gè)大類，包括很多種菌，能將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮?dú)獾亩际?，世代周期?huì)比較短，繁殖較快，現(xiàn)在市面上常見的，世代周期基本在幾十分鐘。▷問題19：回流直接回到厭氧池，反硝化菌能充分作用嗎？答：回流到厭氧肯定不行，因?yàn)榉聪趸谌毖醐h(huán)境中進(jìn)行。▷問題20：氨氮的起始濃度多高就會(huì)到硝化作用產(chǎn)生抑制？答：不同菌種對(duì)氨氮的起始濃度抑制反應(yīng)不同。通常情況下，氨濃度超過100mg/L都會(huì)對(duì)硝化菌產(chǎn)生抑制。
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