反硝化作用与反硝化菌KONODO
反硝化作用
反硝化作用反硝化作用（denitrification）也称脱氮作用。
反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。
微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途，一是利用其中的氮作为氮源，称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4+→有机态氮。
许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。
另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮（N），称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。
能进行反硝化作用的只有少数细菌，这个生理群称为反硝化菌。
大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸，其生化过程可用下式表示：C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。
可进行以下反应：5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利。
农业上常进行中耕松土，以防止反硝化作用。
反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少，消除因硝酸积累对生物的毒害作用。
反硝化作用，狭义的指将硝酸盐还原为分子态氮的过程，称为脱氮作用；广义的指将硝酸盐还原为较简单的氮化合物的过程，除了脱氮作用外，还包括硝酸盐还原作用（指脱氮作用以外的还原作用，例如硝酸盐还原为亚硝酸盐的作用）。
多种细菌和真菌斗具有硝酸盐还原酶，可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐。
方程式如下：NHO3+2H------------>HNO2+H2O(需要硝酸还原酶的作用)而脱氮作用，则常常与无氮有机物的氧化反应伴随发生，例如：C6H12O6+6H2O---------->6CO2+24H24H+4NO3￣-------------->12H2O+2N2总的反应方程式为：C6H12O6+4NO3￣------------>6CO2+6H2O+2N2+420cal也就是说，在１摩尔的葡萄糖被氧化的同时，有４摩尔的硝酸根被还原为２摩尔分子氮。
水体硝化反硝化
水体中的硝化和反硝化是指氮循环过程中的两个重要环节，对水体生态系统的氮素转化具有重要影响。
1. 硝化：硝化是指氨态氮转化为硝态氮的过程，主要由两个步骤组成：氨氧化和亚硝化。
在氨氧化过程中，氨被氨氧化细菌氧化为亚硝酸，然后在亚硝化过程中，亚硝酸再被亚硝化细菌氧化为硝酸。
2. 反硝化：反硝化是指硝态氮还原为气态氮气或氧化亚氮的过程，主要由一些厌氧细菌完成。
这些细菌利用硝酸离子或亚硝酸盐作为电子受体，并将其还原为氮气或氧化亚氮，释放出氮气或氧化亚氮到大气中。
硝化和反硝化在水体中起着至关重要的作用：
-硝化：有助于氮的循环，将氨态氮转化为硝态氮，提供植物所需的养分，促进水生植物的生长。
-反硝化：有助于减少水体中的硝态氮含量，防止水体富营养化和藻类过度生长，维持水体生态平衡。
水体中的硝化和反硝化过程受到环境因素的影响，如温度、氧气浓度、微生物种类和数量等。
合理管理水体中的氮素循环，有助于维护水生态系统的健康和平衡。
反硝化原理
反硝化原理
反硝化是指在缺氧或微氧条件下，硝酸盐被还原成氮气或氮气化合物的过程。
这一过程在自然界中起着非常重要的作用，它能够有效地减少水体和土壤中的硝酸盐含量，从而减少氮肥对环境的污染，保护生态系统的平衡。
反硝化的原理主要是通过一系列微生物的作用来完成的。
在缺氧或微氧的环境中，一些厌氧微生物，如反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌，会利用硝酸盐作为电子受体进行呼吸作用，将硝酸盐还原成氮气或氮气化合物。
这些细菌能够在缺氧条件下生存和繁殖，因此在水体底层、土壤深层或有机质富集的环境中，反硝化作用往往会比较活跃。
反硝化的过程可以分为两个阶段，第一个阶段是硝酸盐还原成亚硝酸盐，第二
个阶段是亚硝酸盐进一步还原成氮气或氮气化合物。
在这两个阶段中，反硝化微生物通过一系列酶的作用，将硝酸盐和亚硝酸盐逐步还原，最终生成无害的氮气或氮气化合物，从而完成了硝酸盐的去除和转化。
反硝化在水体和土壤中的应用非常广泛。
在废水处理领域，通过控制水体中的
氧气含量和添加特定的微生物群，可以促进反硝化作用，从而有效地去除水体中的硝酸盐，减少水体富营养化的程度。
在农田土壤改良中，通过合理施用有机肥料和调整土壤通气性，可以增强土壤中反硝化微生物的活性，降低土壤中的硝酸盐含量，减少氮肥对环境的影响。
总的来说，反硝化是一种重要的生物地球化学过程，它能够有效地减少水体和
土壤中的硝酸盐含量，保护生态环境的健康。
通过深入研究反硝化的原理和机制，可以更好地利用这一过程来改善环境质量，保护生态系统的平衡。
希望通过本文的介绍，能够增加大家对反硝化过程的了解，促进其在环境保护和资源利用中的应用。
硝化反应和反硝化反应原理
硝化反应和反硝化反应原理
硝化反应是向有机物分子中引入硝基的反应过程。
脂肪族化合物硝化时有氧化-断键副反应，工业上很少采用。
硝基甲烷、硝基乙烷、1-和2-硝基丙烷四种硝基烷烃气相法生产过程，是30年代美国商品溶剂公司开发的。
迄今该法仍是制取硝基烷烃的主要工业方法。
此外，硝化也泛指氮的氧化物的形成过程。
反硝化，也称脱氮作用，是指细菌将硝酸盐中的氮通过一系列中间产物还原为氮气的生物化学过程。
参与这一过程的细菌统称为反硝化菌。
反硝化菌在无氧条件下，通过将硝酸盐作为电子受体完成呼吸作用（respiration）以获得能量。
这一过程是硝酸盐呼吸（nitraterespiration）的两种途径之一，另一种途径是是硝酸异化还原成铵盐（DNRA）。
硝化主要方法
硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。
根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。
用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。
产量小的硝化过程大多采用间歇操作。
产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。
环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。
硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。
硝化和反硝化原理
硝化和反硝化原理
硝化和反硝化是两个不同的过程。
硝化过程：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。
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：
亚硝化反应方程式：55NH4++76O2+109HCO3-→C5H7O2N﹢
54NO2-+57H2O+104H2CO3
硝化反应方程式：
400NO2-+195O2+NH4++4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O+1.884H2 CO3
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。
硝化作用和反硝化作用方程式
硝化作用和反硝化作用方程式硝化作用和反硝化作用是生物地球化学循环中重要的氮循环过程。
氮是生物体中不可或缺的元素，它在大气中占据了七成，但在生物体内的含量却相对较低。
硝化作用和反硝化作用是维持氮的循环平衡的关键过程。
硝化作用是指氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸，再由亚硝酸氧化细菌将亚硝酸氧化为硝酸的过程。
这个过程主要发生在土壤和水体中，涉及到两种细菌：氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌。
氨氧化细菌（Nitrosomonas）是一类能够将氨氧化为亚硝酸的细菌。
它们利用氨氧化酶将氨转化为亚硝酸，反应式如下：NH3 + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+亚硝酸氧化细菌（Nitrobacter）则进一步将亚硝酸氧化为硝酸，反应式如下：NO2- + 0.5O2 → NO3-硝化作用是一个氧化过程，需要充足的氧气供应。
氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌分别存在于土壤和水体中，它们共同协作完成氨氧化和亚硝酸氧化的反应，将氨转化为硝酸。
反硝化作用是指某些特定的细菌利用硝酸作为电子受体进行呼吸代谢，将硝酸还原为氮气（N2）释放到大气中。
这个过程主要发生在缺氧或微氧的环境中，例如湿地、淤泥等。
反硝化作用的细菌主要是厌氧细菌，它们利用硝酸还原酶将硝酸还原为氮气，反应式如下：2NO3- → N2 + 2NO2-反硝化作用起到了氮气的释放和氮循环的调节作用。
在湿地等缺氧环境中，硝酸是细菌的主要氮源，通过反硝化作用将硝酸还原为氮气，维持了氮的循环平衡。
硝化作用和反硝化作用是氮循环中相互联系的两个过程。
硝化作用将有机氮和无机氮转化为硝酸，提供了植物吸收氮的来源。
而反硝化作用将硝酸还原为氮气，释放到大气中，起到了氮的去除作用。
两者相互配合，维持了氮在生物地球化学循环中的平衡。
总结起来，硝化作用和反硝化作用是氮循环中重要的过程。
硝化作用将氨氧化为亚硝酸，再将亚硝酸氧化为硝酸，提供了植物吸收氮的来源。
反硝化作用则将硝酸还原为氮气，释放到大气中，起到了氮的去除作用。
硝化作用及反硝化作用
硝化作用及反硝化作用
硝化作用（nitrification）氨基酸脱下的氨，在有氧的条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程。
氨转化为硝酸的氧化必须有O2参与，通常发生在通气良好的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。
硝化细菌,先是亚硝化细菌将铵根（NH4+）氧化为亚硝酸根（N02-）；然后硝化细菌再将亚硝酸根氧化为硝酸根（N03-）。
硝化作用所产生的硝酸盐（NO3-），因其自身的负电性而不容易被固定在正离子交换点（主要是腐殖质）多于负离子的土壤中。
反硝化作用，是指在厌氧条件下，微生物将硝酸盐及亚硝酸盐还原为气态氮化物和氮气的过程。
是活性氮以氮气形式返回大气的主要生物过程。
反硝化作用不仅在土壤中进行，还可在江河湖泊和海洋中进行。
发生反硝化作用的条件是：①反硝化微生物；②合适的电子供体，如有机碳化物、还原态硫
化物；③厌氧条件；④氮的氧化物。
土壤中已知能进行反硝化作用的微生物种类有24个属性。
绝大多数反硝化细菌是异养型细菌，亦有少数自养型细菌如反硝化硫杆菌。
影响反硝化作用的因素包括：①氧的供应，当氧的供应受到限制时发生反硝化作用；②碳的供应，如土壤有机质、根分泌物等；③硝酸盐的供应；④pH，在酸性土壤中，反硝化作用受到抑制。
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—②温度：25—30℃③溶氧：2—4mg/L④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—②温度：25—30℃③溶氧：L⑤机碳源：BOD5/TN＞3—5过低需补加碳源生物脱氮机理污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上,先利用好氧段经硝化作用,由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用,将氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮,即,将转化为和;在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气,即,将经反亚硝化和经反硝化还原为氮气,溢出水面释放到大气,参与自然界氮的循环;水中含氮物质大量减少,降低出水的潜在危险性,达到从废水中脱氮的目的;○1硝化——短程硝化：硝化——全程硝化亚硝化+硝化：○2反硝化——反硝化脱氮：反硝化——厌氧氨氧化脱氮：反硝化——厌氧氨反硫化脱氮：废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分;主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮;硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮;其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌,以无机碳化合物为碳源,从或的氧化反应中获取能量;其中硝化的最佳温度在纯培养中为25-35℃,在土壤中为30-40℃,最佳pH值偏碱性;反硝化作用是反硝化菌大多数是异养型兼性厌氧菌,DO<L在缺氧的条件下,以硝酸盐氮为电子受体,以有机物为电子供体进行厌氧呼吸,将硝酸盐氮还原为N2或NO2-同时降解有机物;。
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反硝化作用与反硝化菌2020
一、反硝化作用：
反硝化作用一般指在缺氧条件下，反硝化菌将（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。
在反硝化过程中，有机物作为电子供体，硝酸盐为电子受体，在电子传递过程中，有机物失去电子被氧化，硝酸盐得到电子被还原，实现在反硝化过程对硝态氮和COD的脱除。
理论上，1g硝态氮的全程反硝化需要硝化2.86g有机碳源（以BOD计）。
对生化处理中反硝化进水，可以考察其可生化性（BOD/COD）和含量（BOD/TN比例），以判断有机物碳源是否适宜并足够系统用于反硝化脱氮。
影响污水生物脱氮过程中反硝化作用的主要因素包括：溶解氧、pH值、温度、有机碳源的种类和浓度，以及水背景情况等。
一般认为，系统中溶解氧保持在0.15mg/L 以下时反硝化才能正常进行。
反硝化作用最适宜的pH为6.5-7.5,反硝化作用也是产碱过程，可以在一定程度上对冲硝化作用中消耗的一部分碱度。
理论上，全程硝化过程可产生3.57g碱度（以CaCO
3
计）。
在温度方面，实际中反硝化一般应控制在15-30 ℃。
二、参与反硝化作用的细菌
反硝化菌主要参与硝态氮及亚硝态氮还原过程，是生化系统中硝酸盐氮去除的主要功能菌。
参与反硝化作用的细菌主要有以下几类：
1、反硝化细菌(Denitrifying bacteria)
这是一类兼性厌氧微生物，当水环境中有分子态氧时，氧化分解有机物，利用分子态氧作为最终电子受体。
当溶解氧(DO)低于0.15mg/L，即缺氧状态，反硝化细菌可用硝酸盐、氮化物等作为末端电子受体，以有机碳源为氢供体，将硝
酸盐还原为NO、N
2O或N
2。
反硝化作用既可脱除污水中的硝态氮（总氮也自然降
低），又可一定程度维持水环境pH稳定性，还可以降低COD。
这类反硝化菌中，有的能还原硝酸盐和亚硝酸盐，有的只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐。
2、好氧反硝化细菌
有些细菌能营有氧呼吸，同时实现反硝化作用。
从污水中，最早分离的好氧
反硝化细菌是副球菌属的Paracoccus pantotrophus，该菌能在好氧情况下将。
其他已发现的好氧反硝化作用细菌，还有施氏假单硝态氮或亚硝态氮还原为N
2
O而不胞菌(Pseudomonas stutzer)等。
大多数反硝化细菌在有氧条件下产生N
2。
目前，关于好氧反硝化菌的研究也是环境微生物方面的热点之一。
是N
2
3、自养反硝化细菌
自养反硝化细菌也是较新的发现。
某些自养细菌能够利用无机物在氧化过程中释放出来的能量将硝酸盐还原,实现反硝化作用,被称为自养反硝化细菌。
其中比较受关注的是以硫为无机底物的自养反硝化菌，如脱氮硫杆菌( Thiobacillus denitrificans) 和反硝化硫微螺菌( Thiomicrospira denitrificans)。
开展这类微生物的研究，对于低碳源废水处理，以及污泥减量方面，具有较大意义。
三、反硝化作用的多种类型
上述关于参与反硝化作用细菌的描述，也反映出反硝化作用存在多种类型，在此只是从便于表达的角度尝试一下分类，有机会再专门系统阐述。
1、自养反硝化与异养反硝化
从营养依赖和消耗的角度，有自养反硝化和异养反硝化之分。
传统反硝化过程需要以有机物作为碳源和电子供体，这类反硝化细菌属于异养型细菌。
在自养反硝化作用中，以无机物作为电子供体，将硝酸盐还原并从中获取化学能量并用于物质合成。
2、好氧反硝化与缺氧反硝化
传统生物脱氮理论中，反硝化作用在缺氧环境中进行。
近年来，不断发现在好氧环境下具有还原硝态氮能力的菌株，能够实现好氧反硝化作用，这些菌株能在好氧条件下同步去除硝酸盐与有机物，并可通过同化或异养硝化作用去除氨氮。
目前，关于好氧反硝化机理和理论仍在探索中。
同时，一个有趣的问题是，好氧条件如何准确界定？
3、全程反硝化与短程反硝化
传统生物脱氮中反硝化作用，一般指包括从硝酸盐到氮气的全程反硝化过程；所谓短程反硝化，看作全程反硝化作用中的某一段。
相较于全程反硝化，短程反
硝化所需要的电子供体更少，也必然会减少碳源消耗。
目前，在面对大量的C/N 比失调废水，尤其是低C/N比废水，短程反硝化作用，优势明显。
这类研究，大多集中在两个方面，一是与厌氧氨氧化偶联，通过控制硝态氮还原至亚硝态氮水平，为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐来源；二是与短程硝化偶联，将短程硝化产生的亚硝酸盐还原至氮气实现短程硝化反硝化。
四、污水处理实践中的反硝化作用
1、关于反硝化处理中的C/N比
理论上，污水中含碳有机物为反硝化反应过程提供电子，每转化1gNO
2-为N
2
时，消耗碳源1.71g（以BOD表示）；每转化1gNO
3-为N
2
时，消耗碳源2.86g（以
BOD计），同时产生3.57g碱度（以CaCO3计）。
Kuba 等研究发现，当生物脱氮系统的废水C/N 比低于3.4 时，反硝化菌的生长会因碳源不足受到抑制。
Obaja 等研究认为，C/N 比在6-8之间更有利于反硝化过程的进行。
实际处理废水毕竟不同于实验研究条件下的模拟或验证，反硝化的结果也不
完全是全部转化为N
2，至少还有同化作用的利用，以及转化为N
2
O等其它形式气
体的情况存在。
一般情况下,当污水中的C/N 值> 3-5 时，可认为碳源是充足的，不需要补充外加碳源，当然这与生物脱氮的工艺条件、废水背景等密切相关。
2、关于影响反硝化作用的因素
影响反硝化作用的因素很多，如污水背景、生物脱氮工艺和菌群结构等有关，基本原则还是具体问题具体分析。
比如，一般认为，反硝化菌比硝化菌对有毒物质的耐受性强很多，但工业废水中还是常常会遇到硝化作用良好，而反硝化作用效果很差的情况。
其实，这与污水中的抑制物直接相关，即环境因素是影响微生物菌群结构的主要因素。
某农药中间体生产企业，其废水处理中，硝化作用建立以后，反硝化处理环节一直不理想。
我们承接其生化系统优化和强化服务业务后，对其水背景进行分析、对生化系统进行诊断，采取生化方法消除抑制物的影响，成功实现生化系统的高效脱氮。