硝化与反硝化
硝化反硝化作用原理
硝化反硝化作用原理硝化反硝化作用是指在自然界中，氮的硝化和反硝化过程。
硝化是指氨或有机氮化合物被氧化成硝酸盐的过程，而反硝化则是指硝酸盐还原成氮气的过程。
这两种过程对于氮的循环和生物圈的平衡具有重要意义。
首先，我们来看硝化作用的原理。
硝化作用是由一些特定的微生物来完成的，这些微生物包括硝化细菌和厌氧氨氧化细菌。
硝化细菌能够将氨氧化成亚硝酸盐，然后再将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。
而厌氧氨氧化细菌则能够直接将氨氧化成硝酸盐。
这些微生物通过氧化还原反应，将氨氧化成硝酸盐，从而完成硝化作用。
在硝化作用中，硝酸盐是氮的氧化形式，它在土壤中可以被植物吸收利用，也可以通过反硝化作用还原成氮气，释放到大气中。
硝化作用是氮循环中的一个重要环节，它能够将有机氮化合物转化成植物可利用的无机氮盐，从而促进植物的生长和生态系统的平衡。
接着，我们来看反硝化作用的原理。
反硝化作用是由一些厌氧细菌来完成的，这些细菌能够利用硝酸盐作为电子受体，将其还原成氮气。
在缺氧的环境中，这些细菌能够利用硝酸盐来进行呼吸作用，从而释放出氮气。
这种过程对于维持土壤和水体中的氮平衡具有重要意义。
总的来说，硝化反硝化作用是氮循环中的重要环节，它们能够促进植物的生长，维持生态系统的平衡，并且对大气中的氮气含量具有调节作用。
通过了解硝化反硝化作用的原理，我们能够更好地理解氮循环的过程，从而更好地保护环境、促进农业生产和维护生态平衡。
综上所述，硝化反硝化作用是氮循环中不可或缺的环节，它们通过微生物的作用，将有机氮化合物转化成植物可利用的无机氮盐，维持了生态系统的平衡。
同时，反硝化作用又能够将硝酸盐还原成氮气，从而调节大气中的氮气含量。
通过深入了解硝化反硝化作用的原理，我们能够更好地保护环境、促进农业生产和维护生态平衡。
硝化与反硝化反应
硝化与反硝化反应一、硝化反应1、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++ 3/2 O2→ NO2-+ 2H++ H2O - △E △E=278.42KJ接着亚硝酸盐转化为硝酸盐：NO2-+ 1/2 O2→ 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++ 2 O2→ 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+0.98NO3-+1.04H2O+1.88H2CO3上式可知：在硝化过程中，1g 氨氮 NH4+-N 氧化为转化为 NO2--N 需 3.43gO2，氧化1gNO2--N 需要 1.14gO2,所以氧化 1gNH4+-N 需要 4.57gO2；硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每 lg 氨氮 NH4+-N 氧化为 NO3-，将消耗碱度2*50/14=7.l4g(以 CaCO3计)。
2、影响硝化过程的主要因素有：(1)pH 值和碱度当 pH 值为 8.0～8.4 时(20℃)，硝化作用速度最快，其中亚硝化菌 6.0～7.5，硝化菌 7.0～8.5。
由于硝化过程中 pH 将下降，当废水碱度≤70mg/l，则需投加石灰，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；5℃时完全停止。
(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。
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。
污水处理—硝化与反硝化
污水硝化—反硝化脱氮处理是一种利用硝化细菌和反硝化细菌的污水微生物脱氮处理方法。
此法分为硝化和反硝化两个阶段，在好氧条件下利用污水中硝化细菌将含氮物质转化为硝酸盐，然后在缺氧条件下利用污水中反硝化细菌将硝酸盐还原成气态氮。
两段生物脱氮法是污水微生物脱氮的有效方法，作为标准生物脱氮法已得到较广泛应用。
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( Nitrosomonas sp)参预将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌(Nitrobacter sp)参预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 CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或者 NO2-的氧化还原反应获得能量。
硝化反应过程需要在好氧(Aerobic 或者 Oxic)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：1.亚硝化反应方程式： 55NH4++76O2+109HCO3-→C5H7O2N ﹢ 54NO2-+57H2O+10 4H2CO32.硝化反应方程式： 400NO2-+195O2+NH4++4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3- +3H2O3.硝化过程总反应式： 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 CaCO3 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 NH4-→羟胺NH2OH→硝酰基NOH→亚硝酸盐 NO2-→硝酸盐 NO3-。
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。
硝化与反硝化去除氨氮的原理
硝化与反硝化去除氨氮操作
一、硝化与反硝化的作用机理：
1、硝化细菌包括亚硝化菌和硝化菌，亚硝化菌将废水中的NH3转化为亚硝酸盐，硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐，称为硝化作用。
硝化作用必须通过这两类菌的共同作用才能完成。
2、反硝化菌将硝酸盐转化为N2、NO、N2O，称为反硝化作用。
3、硝化细菌必须在好氧条件下作用。
4、反硝化菌必须在无氧或缺氧的条件下进行。
二、作用方程式：
硝化反应：
2NH3＋3O2――（亚硝化菌）――2HNO2＋2H2O＋能量（氨的氧化）
2HNO2＋O2――（硝化菌）――2HNO3＋能量（亚硝酸的氧化）反硝化反应：
NO3— +CH3OH ——N2 + CO2+H2O+ OH—（以甲醇作为C源）
三、操作：
1、将购买的硝化菌投加到曝气池5、6#，亚硝化菌投加到曝气池1、
2、
3、4#，反硝化菌投加到厌氧池。
2、控制指标：
生物硝化
①PH值：控制在7.5—8.4
②温度：25—30℃
③溶氧：2—4mg/L
④污泥停留时间：必须大于硝化菌的最小世代时间，一般应大
于2小时
生物反硝化：
①PH值：控制在7.0—8.0
②温度：25—30℃
③溶氧：0.5mg/L
④有机碳源：BOD5/TN＞（3—5）过低需补加碳源。
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。
硝化和反硝化
硝化作用nitrification硝化细菌将氨氧化为硝酸的过程。
19世纪以前，人们把硝酸盐看作是化学作用的产物，即空气中的氧和氨经土壤催化形成。
1862年L.巴斯德首先指出硝酸盐的形成可能是微生物作用的结果。
1877年，德国化学家T.施勒辛和A.明茨用消毒土壤的办法，证实了氨被氧化为硝酸的确是生物学过程。
1891年，С.Н.维诺格拉茨基用无机盐培养基成功地获得了硝化细菌的纯培养，最终证实了硝化作用是由两群化能自养细菌进行的。
先是亚硝化单胞菌将铵氧化为亚硝酸；然后硝化杆菌再将亚硝酸氧化为硝酸。
这两群细菌统称硝化细菌。
其作用过程如下：硝化细菌从铵或亚硝酸的氧化过程中获得能量用以固定二氧化碳，但它们利用能量的效率很低，亚硝酸菌只利用自由能的5～14％；硝酸细菌也只利用自由能的5～10％。
因此,它们在同化二氧化碳时，需要氧化大量的无机氮化合物。
土壤中硝化细菌的数量首先受铵盐含量的影响，一般耕地里，每克土中只有几千至几万个。
添加铵盐即可使其数量增至几千万个。
土壤中性偏碱，通气良好，水分为田间持水量的50～70％，温度为10～30℃时，最适宜硝化细菌的生长繁殖，铵盐也能迅速被转化为硝酸盐。
自然界中,除自养硝化细菌外,还有些异养细菌、真菌和放线菌能将铵盐氧化成亚硝酸和硝酸，异养微生物对铵的氧化效率远不如自养细菌高，但其耐酸，并对不良环境的抵抗能力较强，所以在自然界的硝化作用过程中，也起着一定的作用。
亚硝化反应有机化合物分子中的氢被亚硝基(-NO)取代的反应。
用亚硝酸做为亚硝化试剂，被强共轭给电子基团活化的苯环，例如酚、某些酚醚、萘酚、三级芳胺，在亚硝酸作用下，可发生亲电取代的亚硝化反应。
由于亚硝酸很不稳定，所以亚硝化一般采用亚硝酸盐作为亚硝化剂。
在反应中，先将反应物溶于酸(如盐酸、稀硫酸、醋酸)中，再将亚硝酸钠的水溶液逐滴加入到反应物中，使生成的亚硝酸立即与反应物作用。
二级脂肪族胺和二级芳香族胺与亚硝酸反应，生成N-亚硝基二级胺。
硝化与反硝化
硝化与反硝化利用好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化1 生物脱氮与同步硝化反硝化在生物脱氮过程中，废水中的氨氮首先被硝化菌在好氧条件下氧化为NO-X然后NO-X 在缺氧条件下被反硝化菌还原为N2（反硝化）。
硝化和反硝化既可在活性污泥反应器中进行，又可在生物膜反应器中进行，目前应用最多的还是活性污泥法。
硝化菌和反硝化菌处在同一活性污泥中，由于硝化菌的好氧和自养特性与反硝化菌的缺氧和异养特性明显不同，脱氮过程通常需在两个反应器中独立进行（如Bardenpho、UCT双沟式氧化沟工艺等）或在一个反应器中顺次进行（如SBR）。
当混合污泥进入缺氧池（或处于缺氧状态）时，反硝化菌工作，硝化菌处于抑制状态；当混合污泥进入好氧池（或处于好氧状态）时情况则相反。
显然，如果能在同一反应器中使同一污泥中的两类不同性质的菌群（硝化菌和反硝化菌）同时工作，形成同步硝化反硝化（Simultaneous Nitrification Denitrification 简称SND），则活性污泥法的脱氮工艺将更加简化而效能却大为提高。
此外从工程的角度看，硝化和反硝化在两个反应器中独立进行或在同一个反应器中顺次进行时，硝化过程的产碱会导致OH-积累而引起pH 值升高，将影响上述两阶段反应过程的反应速度，这在高氨氮废水脱氮时表现得更为明显。
但对SND工艺而言，反硝化产生的OH-可就地中和硝化产生的H+,减少了pH值的波动，2 实现同步硝化反硝化的途径由于硝化菌的好氧特性，有可能在曝气池中实现SND实际上，很早以前人们就发现了曝气池中氮的非同化损失（其损失量随控制条件的不同约在10%- 20%左右），对SND的研究也主要围绕着氮的损失途径来进行，希望在不影响硝化效果的情况下提高曝气池的脱氮效①利用某些微生物种群在好氧条件下具有反硝化的特性来实现SND研究结果表明，Thiosphaera、Pseadonmonas nautica、Comamonossp等微生物在好氧条件下可利用NOX-N 进行反硝化。
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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：
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接着亚硝酸盐转化为硝酸盐：
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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：
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综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：
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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。
若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而佼白养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。
所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。
反硝化：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。
反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。
以甲醇作碳源为例，其反应式为：
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综合反应式为：
向左转|向右转
由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使NO2--N、NO3--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。
影响反硝化的主要因素：
(1)温度温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。
一般，以维持20～40℃为宜。
苦在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；
(2)pH值反硝化过程的pH值控制在7.0～8.0；
(3)溶解氧氧对反硝化脱氮有抑制作用。
一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；
(4)有机碳源当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TKN＞(3～5)时，可无需外加碳源。
当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。
外加有机碳多采用甲醇。
考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般为NO3--N 的3倍。
此外，还可利用微生物死亡；自溶后释放出来的那部分有机碳，即"内碳源"，但这要求污泥停留时间长或负荷率低，使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期，因此池容相应增大。