硝化反硝化
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。
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化
同步硝化反硝化和短程硝化反硝化随着人类对环境保护意识的提高，对水体生态系统的关注愈发增加。
其中，氮循环作为生态环境中的重要一环，也备受关注。
在氮循环中，“同步硝化反硝化”和“短程硝化反硝化”是两个重要的过程，对于水体的氮素转化和利用具有重要的作用。
以下将从深度和广度的角度进行全面评估，以便更好地了解这两个过程。
1. 同步硝化反硝化的概念同步硝化反硝化是指在同一微生物体内，氨氮直接转化为硝酸盐，然后直接再被还原为氮气的过程。
这一过程通常由单一微生物完成，也被称为全硝化或类全硝化反应。
在自然界中，同步硝化反硝化主要由厌氧异养细菌完成，这些细菌具有很强的氨氧化和硝化能力，能够将氨氮快速氧化为亚硝酸盐，然后在厌氧条件下迅速还原为氮气，从而将氨氮转化为无害的氮气释放到大气中。
2. 短程硝化反硝化的概念短程硝化反硝化指的是在很短的时间和空间内，氨氮被氧化为硝酸盐然后迅速还原为氮气的过程。
这一过程通常发生在水体底泥或水体微缝隙中，因此被称为短程硝化反硝化。
在水体中，短程硝化反硝化通常由微生物和底泥中的细菌完成，底泥中的微生物可以迅速氧化水体中的氨氮为硝酸盐，然后水体中的细菌则可以迅速还原硝酸盐为氮气，从而在水体中形成短程硝化反硝化过程。
3. 两者的联系和区别同步硝化反硝化和短程硝化反硝化虽然是两种不同的氮素转化过程，但它们之间也存在着联系和区别。
联系在于，两者都是对氨氮进行氧化和还原的过程，最终都将氨氮转化为无害的氮气释放到大气中。
而区别在于，同步硝化反硝化主要发生在水体中的微生物体内，而短程硝化反硝化则主要发生在水体底泥和微缝隙中，两者的位置和速率都存在较大差异。
在我们对同步硝化反硝化和短程硝化反硝化进行全面评估之后，可以发现两者在氮素转化和利用过程中都起着非常重要的作用，对于维护水体生态系统的健康具有重要意义。
总结回顾：通过全面的评估和深入的探讨，我们对同步硝化反硝化和短程硝化反硝化有了更深入的理解。
也了解到两者在水体氮素转化中的重要性和作用。
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
污水处理技术之关于硝化反硝化的碳源、碱度的计算
污水处理技术之关于硝化反硝化的碳源、碱度的计算一、硝化细菌硝化反应过程：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。
他包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（N i t r o s o m o n a s s p）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（N i t ro b a c t e r s p）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用C O2、C O32-、H C O3-等做为碳源，通过N H3、N H4+、或N O2-的氧化还原反应获得能量。
硝化反应过程需要在好氧（A e ro bi c或O x i c）条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。
其相应的反应式为：亚硝化反应方程式：55N H4++76O2+109H C O3→C5H7O2N﹢54N O2-+57H2O+104H2C O3硝化反应方程式：400N O2-+195O2+N H4-+4H2C O3+H C O3-→C5H7O2N+400N O3-+3H2O硝化过程总反应式：N H4-+1.83O2+1.98H C O3→0.021C5H7O2N+0.98N O3-+1.04H2O+1.884H2C O3通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1克氨氮氧化为硝酸盐氮需好氧4.57克（其中亚硝化反应需耗氧3.43克，硝化反应耗氧量为1.14克），同时约需耗7.14克重碳酸盐（以C a C O3计）碱度。
在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下几个过程：氨离子N H4-→羟胺N H2O H→硝酰基N O H→亚硝酸盐N O2-→硝酸盐N O3-。
二、反硝化细菌反硝化反应过程：在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从无水中逸出，从而达到除氮的目的。
反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。
当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电子受体，O2-作为受氢体生成水和O H-碱度，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。
硝化与反硝化去除氨氮的原理
硝化与反硝化去除氨氮的原理硝化与反硝化是水处理领域中常用的一种氨氮去除方法。
硝化是指将水中的氨氮转化为硝态氮化合物（主要是亚硝酸盐和硝酸盐），而反硝化是指将水中的硝态氮还原为氨氮，从而达到去除氨氮的目的。
下面将分别介绍硝化和反硝化去除氨氮的原理。
硝化是由一种特殊的微生物完成的，这种微生物被称为硝化细菌。
硝化细菌主要有两类，一类是氧化亚硝酸细菌（Nitrosomonas），负责将氨氮氧化成亚硝酸；另一类是氧化硝酸细菌（Nitrobacter），负责将亚硝酸氧化成硝酸。
硝化过程主要分为两个阶段：亚硝化和硝化。
亚硝化是亚硝酸盐菌将氨氮氧化为亚硝酸的过程，可表示为：NH4+→NO2-。
而硝化是硝酸盐菌将亚硝酸氧化为硝酸的过程，可表示为：NO2-→NO3-。
硝化微生物生长的最适pH范围一般为7.8-8.2，温度范围一般为20-35℃。
在水处理工程中，为了提高硝化细菌的活性，通常会提高水体中的DO（溶解氧）浓度，同时增加氨氮与亚硝酸之间的接触时间。
反硝化是由一种特殊的微生物完成的，这种微生物被称为反硝化细菌。
反硝化细菌的主要特点是能够利用氧化亚硝酸作为电子受体，将硝酸氮还原为氨氮，并释放出氧气或一氧化氮等气体。
反硝化细菌的代表是假单胞菌（Pseudomonas），它具有较强的还原硝酸能力。
反硝化过程一般可表示为：NO3- → NO2- → NO → N2O →N2反硝化细菌的生长最适pH范围一般为6.5-7.5，温度范围一般为25-30℃。
和硝化一样，为了提高反硝化细菌的活性，通常也需要提高水体中的DO浓度。
三、硝化与反硝化联合去除氨氮的工艺流程硝反工艺的流程一般为：先将水体中的氨氮通过硝化转化为硝酸，然后利用反硝化细菌将硝酸还原为氨氮。
硝反工艺通常包括硝化反硝化生物过滤法、硝化反硝化活性污泥法等。
其中，硝化反硝化生物过滤法是一种较常用的工艺，具有处理效果好、工艺简单、运行稳定等优点。
在硝反工艺中，硝化细菌与反硝化细菌共同生长，不仅可以去除氨氮，还可以去除有机物等其他污染物，从而对水体进行全面的处理。
硝化与反硝化原理
硝化与反硝化原理
基本原理
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，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+5CO2
2)优化的脱氮原理。
污水处理干货：硝化-反硝化工艺
污水处理干货：硝化-反硝化工艺随着环保政策的日趋严格，对氮磷的严格要求日益突出，我们如果依旧以去除有机物的思路设计污水处理站，将导致污水处理站难以挖掘生化工艺的潜力，总氮去除效率跟不上，导致后期的重复建设，同时没能充分利用原有污水处理站的有机物营养，而致使投资运行成本提高。
掌握更深度的污水处理知识，对提升环保技能水平、降低投资与运行成本至关重要。
一、硝化与反硝化基础知识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。
1、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（8-36h）NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-△E E=278。
42KJ第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐：酸盐菌（12-59h）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=351KJNH4++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。
（3）水中BOD不宜过高，20mg/L以下，否则会使增值速率较大的异氧细菌迅速增殖，使自养型的硝化细菌受到排挤，难以形成优势菌种，使硝化反应难以进行。
（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。
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硝化反硝化
一、硝化反应
在好氧条件下，通过自养型微生物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:
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。
反硝化菌为异养型微生物，在缺氧状态时，反硝化菌利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物作为电子供体提供能量并被氧化稳定。
反硝化反应方程式为：
NO2-+3H(电子供给体-有机物) →0.5 N2+H2O+OH-
NO3-+5H(电子供给体-有机物) →0.5 N2+2H2O+OH-
三、短程硝化反硝化
短程硝化是指NH3生成亚硝酸根，不再生产硝酸根；而由亚硝酸根直接生成N2，称为短程反硝化。
短程硝化反硝化是指NH3---NO2----N2，即可以从水中氨氮去除的一种工艺。
影响因素：
1、pH
硝化反应的适宜的pH值为7.0～8.0之间，其中亚硝化菌7.0～7.8时，活性最好；硝化菌在7.7～8.1时活性最好。
当pH降到5.5以下，硝化反应几乎停止。
反硝化细菌最适宜的pH值为7.0～7.5之间。
考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的相互性，同步硝化与反硝化的最适的pH值应为7.5左右。
2、溶解氧（DO）
硝化过程的DO应保持在2～3mg/L，反硝化过程的DO应保持0.2～0.5mg/L。
反应池内溶解氧的高低，必将影响硝化反应的进程，溶解氧质量浓度一般维持在2～3mg/L，不得低于1mg/L，当溶解氧质量浓度低于0.5～0.7mg/L时，氨的硝态反应将受到抑制。
反硝化通常需在缺氧条件下进行，溶解氧对反硝化有抑制作用，主要是由于氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。
3、温度
生物硝化反应适宜的温度在20～30℃，反硝化适宜温度在30℃左右。
亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的适宜温度为20～40℃。
15℃以下时，硝化反应速度急剧下降。
温度对反硝化速率的影响很大，低于5℃或高于40℃，反硝化的作用几乎停止。
4、碱度
一般污水处理厂碱度应维持在200mg/L左右。
NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3
通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1g氨氮氧化为硝酸盐氮需约需耗7.14g碳酸氢盐（以CaCO3计）碱度。
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3-在反硝化过程中，将1g硝酸盐氮还原成氮气，约产生3.57g碱（以CaCO3计），需要有机物（BOD5）约为2.86g。
微生物降解1 mg有机碳源BOD5，约产生0.1 mg碱度（以CaCO3计）。
5、碳氮比（C/N）
控制硝化过程的5<BOD5/TKN<8。
硝化细菌为自养菌，在硝化池中有机碳含量不宜过高，否则异养好氧菌繁殖速率过快，硝化菌难成为优势菌种；反硝化细菌为异养菌，有机碳源是反硝化细菌的电子供体提供者。
有机碳源越充分，C/N越高，反硝化作用越明显，TN的去除率也越高。
当BOD5/TN>3时，碳源充足，无需补充外加碳源；BOD5/TN<3时，需要补充外加碳源。
6. 水力停留时间（HRT）
硝化过程HRT可控制在4h～10h之间，反硝化HRT可控制在1h～4h之间。
因HRT过短，反应池中各微生物种群没有充分的时间生长，污泥流失过快，硝化反应和反硝化反应都没有得到充分的进行。
当HRT达到一定的值时，再增加HRT，对脱氮作用没有显著的效果。
因为长HRT条件下，系统的有机负荷率降低，会使生物的内源呼吸加剧，影响污泥的活性，最终降低系统对污染物去除效果。
7. 污泥停留时间（SRT）
硝化过程的泥龄（SRT）一般控制在10～20d。
硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为0.3～0.5d-1，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。
但是污泥停留时间太长，会导致系统有机负荷过低，许多微生物由于得不到所需要的营养会死亡。
比生长速率μ：每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率
8. 氧化还原电位（ORP）
硝化段ORP值一般在+180mV左右，反硝化段的ORP值在－50～－110mV之间。
氧化还原电位就是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化-还原性。
越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱。
通过控制ORP可以间接控制溶解氧浓度，尤其氧化还原电位其在DO浓度比较低时，DO较小的改变反映在氧化还原电位上变化较大。
9. 碳源投加量
每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖对应的COD、BOD5
COD（g/g）BOD5（g/g）甲醇 1.4 1.05
乙醇 2.08 1.5
乙酸 1.060.71
乙酸钠0.780.52
葡萄糖 1.060.8。