硝化与反硝化池
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。
好氧、厌氧、硝化反硝化
水解酸化池：水解酸化的作用是调节废水的pH值，为后续的生化反应的反应创造条件；因为很多工艺要求水质在一定pH值范围内，而进水水质往往达不到要求，故要设计酸化池。
水解酸化主要用于有机物浓度较高、SS较高的污水处理工艺，是一个比较重要的工艺。
如果后级接入UASB工艺，可以大大提高UASB的容积负荷，提高去除效率。
水中有机物为复杂结构时，水解酸化菌利用H2O电离的H+和-OH将有机物分子中的C-C打开，一端加入H+，一端加入-OH，可以将长链水解为短链、支链成直链、环状结构成直链或支链，提高污水的可生化性。
水中SS高时，水解菌通过胞外粘膜将其捕捉，用外酶水解成分子断片再进入胞内代谢，不完全的代谢可以使SS成为溶解性有机物，出水就变的清澈了。
这其间水解菌是利用了水解断键的有机物中共价键能量完成了生命的活动形式。
但是COD在表象上是不一定有变化的，这要根据你在设计时选择的参数和污水中有机物的性质共同确定的，长期的运行控制可以让菌种产生诱导酶定向处理有机物，这也就是调试阶段工艺控制好以后，处理效果会逐步提高的原因之一。
水解工艺并不是简单的，设计时要考虑污水中有机物的性质，确定水解的工艺设计，水解停留时间、搅拌方式、循环方式、污泥回流方式、设计负荷、出水酸化度、污泥消解能力、后级配套工艺（UASB或接触氧化）。
接触氧化池:生物接触氧化法的反应机理生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。
该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。
生物接触氧化法具有以下特点：1、由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；2、由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；3、剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。
污水深度处理的硝化与反硝化
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硝化(1) 微生物：自营养型亚硝酸菌(Nitrosmohas)自营养型硝酸菌（Nitrobacter）(2) 反应：城市污水中的氮化物主要是NH3,硝化菌的作用是将NH3—N氧化为NO3—NNH+4+1.5O2———NO2+H2O+H+－ΔE亚硝酸菌ΔE=278.42kJNO2+0.5O2———NO-3－ΔE硝酸菌ΔE=278.42kJNH+4+2.0O2——— NO-3+H2+2H+－ΔE硝酸菌ΔE=351kJ研究表明,硝化反应速率主要取决于氨氮转化为亚硝酸盐的反应速率。
硝酸菌的细胞组织表示为C5H7NO255NH+4+76O2+109HCO-3———C5H7NO2+54NO-2+57H2O+104H2Co3亚硝酸菌400 NO2+ NH+4+4 H2Co3+ HCO-3+195 O2 ——— C5H7NO2+3 H2O+400 NO-3硝酸菌NH+4+1.86 O2+1.98HCO-3——— 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98 NO-3+1.88H2Co3硝酸菌(3) 保证硝化反应正常进行的必要条件：pH 8~9水温亚硝酸菌反应最佳温度 t=35 0C t>15 0CDO 2 ~ 3 mg / L > 1.0 mg / L硝化1克NH3—N：消耗4。
57克O2消耗7。
14克碱度（擦CaCo3计）生成0。
17克硝酸菌细胞(4) 亚硝酸菌的增殖速度t=25OC活性污泥中µ(Nitrosmohas)=0.18e0.116(T-15) day –1µ(Nitrosmohas)=0.322 day–1 （20ＯＣ）纯种培养：µ(Nitrosmohas)=0.41e0.018(T-15) day -1河水中µ(Nitrosmohas)=0.79e0.069(T-15) day -1一般它营养型细菌的比增长速度µ =1。
反硝化滤池的原理及新描述
反硝化滤池的原理及新描述反硝化滤池是一种常用的水处理设施，用于去除废水中的硝酸盐。
它是基于自然界中的反硝化过程而设计的，通过利用特定微生物的代谢活动，将硝酸盐转化为氮气并释放到大气中。
本文将探讨反硝化滤池的原理，并尝试提供一种新的描述方式来理解这一过程。
一、反硝化滤池的原理反硝化滤池主要由沉淀池、滤池和埋地管道组成。
废水首先经过沉淀池，在沉淀池中固体颗粒物沉淀下来，使水质得到初步改善。
接下来，水流进入滤池，滤池填充了一层导反硝化微生物的滤材，例如生物膜、砾石或活性炭。
这些滤材提供了微生物生长和代谢所需的表面，并形成了一个良好的生物反应环境。
在反硝化滤池中，主要发生以下两个过程：1. 硝化过程：废水中的氨氮通过氨氧化细菌的作用，被氧化成硝酸盐。
这一过程将有机氮转化为无机氮，为后续的反硝化提供了基础。
2. 反硝化过程：在滤材中存在着具有反硝化功能的细菌。
当硝酸盐进入滤材层时，反硝化细菌利用有机物质作为电子供体，将硝酸盐还原成氮气，并释放到大气中。
这一过程不仅去除了废水中的硝酸盐，还将其转化为无害的氮气，从而达到净化水质的目的。
反硝化滤池通过利用微生物的代谢活动，将废水中的硝酸盐转化为氮气，从而实现水质的净化。
这种处理方式相对简单且成本较低，因此在废水处理领域得到广泛应用。
二、一种新的描述方式除了传统的原理描述外，我认为可以通过一个生态系统的类比来更好地理解反硝化滤池的工作原理。
将反硝化滤池比作一个小型的湿地生态系统，滤池中的微生物就像是湿地中的植物和动物。
废水进入滤池，就像是水流进入湿地，植物和动物依靠彼此相互作用，共同维持着整个生态系统的平衡。
在这个生态系统中，氨氮就像是湿地中的有机物质，氨氧化细菌则起到植物的角色，将氨氮转化成硝酸盐（相当于植物的养分吸收）。
而具有反硝化功能的细菌，则像是湿地中的动物，利用有机物质作为能量来源，并将硝酸盐还原成氮气（相当于动物的代谢排泄）。
这种类比方式使得我们对反硝化滤池的理解更加直观和有趣。
硝化反硝化
A、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）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobacter sp）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-。
B、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OH-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。
污水处理中的硝化与反硝化过程
污水处理厂的硝化与反硝化应用
污水处理厂是硝化与反硝化过程的重要应用场所，通过硝化反应将有机 氮转化为硝酸盐，再通过反硝化反应将硝酸盐转化为氮气，从而达到去 除氮污染物的目的。
硝化反应通常在好氧条件下进行，由硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐；反 硝化反应则在缺氧条件下进行，由反硝化细菌将硝酸盐还原成氮气。
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硝化反应的微生物学基础
硝化细菌是一类好氧性细菌，能够将氨氮氧化成硝酸盐。
硝化细菌主要包括亚硝化Байду номын сангаас菌和硝化细菌两类，分别负责亚硝化和硝化两个阶段 。
硝化反应的影响因素
溶解氧
硝化反应是好氧反应，充足的溶解氧是保证硝化 反应顺利进行的关键。
pH值
硝化细菌适宜的pH值范围为7.5-8.5。
ABCD
温度
硝化细菌对温度较为敏感，适宜的温度范围为 20-30℃。
应对气候变化
资源回收利用
探索污水处理过程中资源的回收利用，如能源、肥 料等，提高污水处理的经济效益和社会效益。
随着气候变化加剧，污水处理系统需应对极 端天气和自然灾害的挑战，保障硝化与反硝 化过程的稳定运行。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进先进技术与管理 经验，推动硝化与反硝化技术的创新发展。
害。
城市污水处理中的硝化与反硝化应用
城市污水中的氮污染物主要来源于生活污水和部分工业废水，硝化与反硝化过程在 城市污水处理中具有重要作用。
城市污水处理厂通常采用生物反应器进行硝化与反硝化反应，通过合理控制反应条 件，提高脱氮效率。
城市污水处理中的硝化与反硝化应用可以有效降低水体中氮污染物含量，改善城市 水环境质量。
硝化与反硝化池
硝化与反硝化池 The manuscript was revised on the evening of 2021■反硝化池反硝化池主要是去除废水中的氨氮，同时降解废水中其他的污染物质。
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（N2），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■硝化池这里的硝化主要是指生化处理工艺段的好养段，将氨氮氧化成亚硝酸氮或者硝态氮的过程。
由于污水氨氮较高。
该反应历程为：亚硝化反应(2-6)硝化反应(2-7)总反应式(2-8)亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。
硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。
亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌。
发生硝化反应时细菌分别从氧化NH3-N和NO2－-N的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如CO32－、HCO－、CO2等。
假定细胞的组成为C5H7NO2，则硝化菌合成的化学计量关系可表示为：亚硝化反应(2-9) 硝化反应(2-10)工艺中采用了两段硝化工艺设施。
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■反硝化池
反硝化池主要是去除废水中的氨氮，同时降解废水中其他的污染物质。
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（N2），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
■硝化池
这里的硝化主要是指生化处理工艺段的好养段，将氨氮氧化成亚硝酸氮或者硝态氮的过程。
由于污水氨氮较高。
该反应历程为：
亚硝化反应 (2-6)
硝化反应 (2-7)总反应式 (2-8)亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。
硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属。
亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌。
发生硝化反应时细菌分别从氧化NH3-N和NO2－-N的过程中获得能量，碳源来自无机碳化合物，如CO32－、HCO－、CO2等。
假定细胞的组成为C5H7NO2，则硝化菌合成的化学计量关系可表示为：
亚硝化反应 (2-9)硝化反应 (2-10)
工艺中采用了两段硝化工艺设施。
最大限度上降低生化手段降低氨氮的浓度，同时减少其他污染物的浓度。
同时废水中的其他污染物质在两段反硝化+硝化的过程中得到有效降解。