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一、硝(xiao)化(hua)與反硝(xiao)化(hua)基(ji)礎知識(shi)
廢水中的氮常以(yi)合氮有機物(wu)、氨(an)、硝(xiao)酸鹽(yan)及亞硝(xiao)酸鹽(yan)等形(xing)式存在。生物(wu)處理把大多數有機氮轉(zhuan)(zhuan)化為氨(an)，然后可進一(yi)步(bu)轉(zhuan)(zhuan)化為硝(xiao)酸鹽(yan)。
一、硝化(hua)與(yu)反硝化(hua)
(一) 硝化
在好氧(yang)(yang)條件下，通(tong)過亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽菌和(he)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽菌的(de)作用(yong)，將(jiang)氨氮(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)成亞硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽氮(dan)(dan)和(he)硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽氮(dan)(dan)的(de)過程，稱為生物硝(xiao)化(hua)作用(yong)。
反應過程(cheng)如下：
亞硝酸(suan)鹽(yan)菌（8-36h）
NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-△E E=278.42KJ
第二步亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽：
酸鹽菌 （12-59h）
NO-+1/2O2 →NO3--△E △E=278.42KJ
這(zhe)兩個反應式都(dou)是釋(shi)放能量的(de)過程，氨氮轉化為硝(xiao)態氮并不是去(qu)除氮而是減少它的(de)需氧量。上訴兩式合(he)起來寫成：
NH4++2O2 →NO3-+2H++H2O-△E △E=351KJ
綜合(he)氨(an)氧化和細胞體合(he)成反應方程(cheng)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(zai)硝化(hua)過程(cheng)中，1g氨(an)氮轉(zhuan)化(hua)為硝酸(suan)鹽氮時需氧4.57g；(2)硝化(hua)過程(cheng)中釋放出(chu)H+，將(jiang)消耗廢水中的堿(jian)(jian)度，每(mei)氧化(hua)lg氨(an)氮，將(jiang)消耗堿(jian)(jian)度(以CaCO3計) 7.lg。
（3）水中BOD不宜過(guo)高(gao)，20mg/L以下，否則會使(shi)(shi)增值速(su)率(lv)較大(da)的(de)異氧細(xi)菌(jun)迅速(su)增殖(zhi)，使(shi)(shi)自養型的(de)硝化細(xi)菌(jun)受到排擠，難以形成優勢菌(jun)種(zhong)，使(shi)(shi)硝化反應難以進行。
影響(xiang)硝(xiao)化(hua)過(guo)程的(de)主要(yao)因素有：
(1)pH值 當pH值為8.0～8.4時(20℃)，硝化作用速度最快(kuai)。
由于硝化過程中pH將下降，當廢水堿度不(bu)足時，即需投加石灰(hui)，維持pH值在7.5以(yi)上；
(2)溫度 溫度高時(shi)，硝(xiao)化速度快。亞硝(xiao)酸鹽菌的最(zui)適宜(yi)水溫為35℃，在(zai)15℃以下其活性(xing)急劇(ju)降低，故(gu)水溫以不(bu)低于(yu)15℃為宜(yi)；
(3)污(wu)(wu)泥(ni)停留時間 硝(xiao)化(hua)菌(jun)的(de)增殖速(su)度很小(xiao)，其最大比(bi)生長速(su)率為 ＝0.3～0.5d-1(溫度20℃，pH8.0～8.4)。為了維持池內(nei)一(yi)定(ding)量(liang)的(de)硝(xiao)化(hua)菌(jun)群，污(wu)(wu)泥(ni)停留時間 必須(xu)大于硝(xiao)化(hua)菌(jun)的(de)最小(xiao)世(shi)代時間 。在實際(ji)運(yun)行中，一(yi)般應取(qu) ＞2d ；
(4)溶(rong)解氧 氧是(shi)生物硝(xiao)化(hua)作用(yong)中的電(dian)子受體，其濃度太低將不利于(yu)硝(xiao)化(hua)反應的進(jin)行。一般，在活(huo)性(xing)污泥法曝氣(qi)池中進(jin)行硝(xiao)化(hua)，溶(rong)解氧應保(bao)持在2～3mg/L以上；
(5)BOD負荷 硝化(hua)(hua)菌是(shi)一類(lei)自養(yang)型菌，而BOD氧化(hua)(hua)菌是(shi)異養(yang)型菌。若(ruo)BOD5負荷過高(gao)，會(hui)使生(sheng)長速率較(jiao)高(gao)的(de)異養(yang)型菌迅速繁殖，從而使自養(yang)型的(de)硝化(hua)(hua)菌得不到(dao)優(you)勢，結(jie)果降低了硝化(hua)(hua)速率。所以為要(yao)充分(fen)進行硝化(hua)(hua)，BOD5負荷應維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。
(二(er)) 反硝化
在(zai)缺氧條件下，由于兼(jian)性脫氮菌(反硝(xiao)化(hua)菌)的作用(yong)，將NO2--N和(he)NO3--N還原成N2的過程，稱為反硝(xiao)化(hua)。反硝(xiao)化(hua)過程中的電子供(gong)體(氫供(gong)體)是各種各樣的有機(ji)底物(wu)(碳源(yuan))。以甲醇(chun)作碳源(yuan)為例，其反應式(shi)為：
6NO3-十(shi)2CH3OH→6NO2-十(shi)2CO2十(shi)4H2O
6NO2-十(shi)(shi)3CH3OH→3N2十(shi)(shi)3CO2十(shi)(shi)3H2O十(shi)(shi)60H-
綜(zong)合反(fan)應式為(wei)：
6NO3-+5CH3OH →5CO2+3N2+7H2O+6OH-
由上可見(jian)，在生物(wu)反硝化過程中，不僅(jin)可使NO2--N、NO3--N被(bei)還原，而(er)且還可使有(you)機(ji)物(wu)氧(yang)化分解。
1mg的硝(xiao)酸鹽氮理論消耗2.87mg的BOD5，一般4mg的BOD5即可滿足反硝(xiao)化的需求
影響反硝化的主要因素：
(1)溫度 溫度對反硝化的(de)(de)影響比對其(qi)它廢水生物處理過程要大些(xie)。一般，以維持(chi)(chi)20～40℃為宜。苦在氣溫過低的(de)(de)冬季，可(ke)采取(qu)增加污泥停(ting)留時(shi)間、降低負荷(he)等(deng)措(cuo)施(shi)，以保持(chi)(chi)良好的(de)(de)反硝化效果；
(2)pH值 反硝化(hua)過程的pH值控制在7.0～8.0；
(3)溶解氧 氧對反硝化脫氮(dan)有抑(yi)制作用。一般(ban)在(zai)反硝化反應(ying)(ying)器內(nei)溶解氧應(ying)(ying)控制在(zai)0.5mg/L以(yi)下(活性污泥法(fa))或1mg/L以(yi)下(生(sheng)物(wu)膜法(fa))；
(4)有(you)機碳(tan)(tan)源 當廢(fei)水(shui)中(zhong)含(han)足夠的(de)(de)(de)有(you)機碳(tan)(tan)源，BOD5/TKN＞(3～5)時，可(ke)無需外(wai)加(jia)碳(tan)(tan)源。當廢(fei)水(shui)所含(han)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)、氮(dan)比低于(yu)這個比值時，就需另(ling)外(wai)投加(jia)有(you)機碳(tan)(tan)。外(wai)加(jia)有(you)機碳(tan)(tan)多(duo)采用甲醇。考慮到甲醇對(dui)溶(rong)解氧(yang)的(de)(de)(de)額外(wai)消耗，甲醇投量一般為NO3--N的(de)(de)(de)3倍(bei)。此外(wai)，還可(ke)利用微生物(wu)死亡；自溶(rong)后釋放出(chu)來的(de)(de)(de)那部分有(you)機碳(tan)(tan)，即"內碳(tan)(tan)源"，但這要(yao)求污泥停留時間長或負荷率低，使(shi)微生物(wu)處于(yu)生長曲線的(de)(de)(de)靜止期或衰亡期，因此池容(rong)相應增大。
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