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一、硝化與反硝化基礎(chǔ)知識(shí)
廢水中的氮常以合氮有機(jī)物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數(shù)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨，然后可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。
一、硝化與反硝化
(一) 硝化
在好氧條件下，通過(guò)亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過(guò)程，稱為生物硝化作用。
反應(yīng)過(guò)程如下：
亞硝酸鹽菌（8-36h）
NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-△E E=278.42KJ
第二步亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽：
酸鹽菌 （12-59h）
NO-+1/2O2 →NO3--△E △E=278.42KJ
這兩個(gè)反應(yīng)式都是釋放能量的過(guò)程，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并不是去除氮而是減少它的需氧量。上訴兩式合起來(lái)寫成：
NH4++2O2 →NO3-+2H++H2O-△E △E=351KJ
綜合氨氧化和細(xì)胞體合成反應(yīng)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)在硝化過(guò)程中，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時(shí)需氧4.57g；(2)硝化過(guò)程中釋放出H+，將消耗廢水中的堿度，每氧化lg氨氮，將消耗堿度(以CaCO3計(jì)) 7.lg。
（3）水中BOD不宜過(guò)高，20mg/L以下，否則會(huì)使增值速率較大的異氧細(xì)菌迅速增殖，使自養(yǎng)型的硝化細(xì)菌受到排擠，難以形成優(yōu)勢(shì)菌種，使硝化反應(yīng)難以進(jìn)行。
影響硝化過(guò)程的主要因素有：
(1)pH值 當(dāng)pH值為8.0～8.4時(shí)(20℃)，硝化作用速度最快。
由于硝化過(guò)程中pH將下降，當(dāng)廢水堿度不足時(shí)，即需投加石灰，維持pH值在7.5以上；
(2)溫度 溫度高時(shí)，硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35℃，在15℃以下其活性急劇降低，故水溫以不低于15℃為宜；
(3)污泥停留時(shí)間 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長(zhǎng)速率為 ＝0.3～0.5d-1(溫度20℃，pH8.0～8.4)。為了維持池內(nèi)一定量的硝化菌群，污泥停留時(shí)間 必須大于硝化菌的最小世代時(shí)間 。在實(shí)際運(yùn)行中，一般應(yīng)取 ＞2d ；
(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度太低將不利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行。一般，在活性污泥法曝氣池中進(jìn)行硝化，溶解氧應(yīng)保持在2～3mg/L以上；
(5)BOD負(fù)荷 硝化菌是一類自養(yǎng)型菌，而BOD氧化菌是異養(yǎng)型菌。若BOD5負(fù)荷過(guò)高，會(huì)使生長(zhǎng)速率較高的異養(yǎng)型菌迅速繁殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢(shì)，結(jié)果降低了硝化速率。所以為要充分進(jìn)行硝化，BOD5負(fù)荷應(yīng)維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。
(二) 反硝化
在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過(guò)程，稱為反硝化。反硝化過(guò)程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機(jī)底物(碳源)。以甲醇作碳源為例，其反應(yīng)式為：
6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O
6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-
綜合反應(yīng)式為：
6NO3-+5CH3OH →5CO2+3N2+7H2O+6OH-
由上可見(jiàn)，在生物反硝化過(guò)程中，不僅可使NO2--N、NO3--N被還原，而且還可使有機(jī)物氧化分解。
1mg的硝酸鹽氮理論消耗2.87mg的BOD5，一般4mg的BOD5即可滿足反硝化的需求
影響反硝化的主要因素：
(1)溫度 溫度對(duì)反硝化的影響比對(duì)其它廢水生物處理過(guò)程要大些。一般，以維持20～40℃為宜？嘣跉鉁剡^(guò)低的冬季，可采取增加污泥停留時(shí)間、降低負(fù)荷等措施，以保持良好的反硝化效果；
(2)pH值 反硝化過(guò)程的pH值控制在7.0～8.0；
(3)溶解氧 氧對(duì)反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應(yīng)器內(nèi)溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；
(4)有機(jī)碳源 當(dāng)廢水中含足夠的有機(jī)碳源，BOD5/TKN＞(3～5)時(shí)，可無(wú)需外加碳源。當(dāng)廢水所含的碳、氮比低于這個(gè)比值時(shí)，就需另外投加有機(jī)碳。外加有機(jī)碳多采用甲醇？紤]到甲醇對(duì)溶解氧的額外消耗，甲醇投量一般為NO3--N的3倍。此外，還可利用微生物死亡；自溶后釋放出來(lái)的那部分有機(jī)碳，即"內(nèi)碳源"，但這要求污泥停留時(shí)間長(zhǎng)或負(fù)荷率低，使微生物處于生長(zhǎng)曲線的靜止期或衰亡期，因此池容相應(yīng)增大。
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