硝化反应
在好氧条件下，通过自养型微生物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:
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N 2 的过程，称为反硝化。反硝化菌为异养型微生物，在缺氧状态时，反硝化菌利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物作为电子供体提供能量并被氧化稳定。
反硝化反应方程式为：
NO 2 - +3H( 电子供给体 - 有机物 ) → 0.5 N 2 +H 2 O+OH -
NO 3 - +5H( 电子供给体 - 有机物 ) → 0.5 N 2 +2H 2 O+OH -
短程硝化是指NH3生成亚硝酸根，不再生产硝酸根；而由亚硝酸根直接生成N 2 ，称为短程反硝化。短程硝化反硝化是指NH 3 ---NO 2 ----N 2 ，即可以从水中氨氮去除的一种工艺。
影响因素：
1、 pH
硝化反应的适宜的 pH 值为 7.0 ～ 8. 0 之间，其中亚硝化菌 7 .0 ～ 7. 8 时，活性最好；硝化菌在 7. 7 ～ 8. 1 时活性最好。当 pH 降到 5.5 以下，硝化反应几乎停止。反硝化细菌最适宜的 pH 值为 7.0 ～ 7.5 之间。考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的相互性，同步硝化与反硝化的最适的 pH 值应为 7.5 左右。
2 、溶解氧（ DO ）
硝化过程的 DO 应保持在 2 ～ 3mg/L ，反硝化过程的 DO 应保持 0.2 ～ 0.5mg/L 。
反应池内溶解氧的高低，必将影响硝化反应的进程，溶解氧质量浓度一般维持在 2 ～ 3mg/L ，不得低于 1mg/L ，当溶解氧质量浓度低于 0.5 ～ 0.7mg/L 时，氨的硝态反应将受到抑制。反硝化通常需在缺氧条件下进行，溶解氧对反硝化有抑制作用，主要是由于氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。
3 、温度
生物硝化反应适宜的温度在 20 ～ 3 0 ℃，反硝化适宜温度在 30 ℃左右。
亚硝酸菌最佳生长温度为 35 ℃，硝酸菌的适宜温度为 20 ～ 40 ℃。 15 ℃以下时，硝化反应速度急剧下降。温度对反硝化速率的影响很大，低于 5 ℃或高于 40 ℃，反硝化的作用几乎停止。
4、 碱度
一般污水处理厂碱度应维持在 200mg/L 左右。
NH 4 + +1.83O 2 +1.98HCO 3 - → 0.021C 5 H 7 O 2 N+0.98NO 3 - +1.04H 2 O+1.884H 2 CO 3
NO 3 - +1.08CH 3 OH+0.24H 2 CO 3 → 0.06C 5 H 7 NO 2 +0.47N 2 +1.68H 2 O+HCO 3 -
在反硝化过程中，将 1g 硝酸盐氮还原成氮气，约产生 3.57g 碱（以 CaCO3 计），需要有机物（ BOD 5 ）约为 2.86 g 。
微生物降解 1 mg 有机碳源 BOD 5 ，约产生 0.1 mg 碱度（以 CaCO3 计）。
5 、碳氮比（ C/N ）
控制硝化过程的 5
硝化细菌为自养菌，在硝化池中有机碳含量不宜过高，否则异养好氧菌繁殖速率过快，硝化菌难成为优势菌种；反硝化细菌为异养菌，有机碳源是反硝化细菌的电子供体提供者。有机碳源越充分， C/N 越高，反硝化作用越明显， TN 的去除率也越高。当 BOD 5 /TN>3 时，碳源充足，无需补充外加碳源； BOD 5 /TN< 3 时，需要补充外加碳源。
6 . 水力停留时间（ HRT ）
硝化 过程 HRT 可 控制在 4h ～ 10h 之间， 反硝化 HRT 可控制在 1 h ～ 4 h 之间 。
因 HRT 过短，反应池中各微生物种群没有充分的时间生长，污泥流失过快，硝化反应和反硝化反应都没有得到充分的进行。当 HRT 达到一定的值时，再增加 HRT ，对脱氮作用没有显著的效果。因为长 HRT 条件下，系统的有机负荷率降低，会使生物的内源呼吸加剧，影响污泥的活性，最终降低系统对污染物去除效果。
7. 污泥停留时间（ SRT ）
硝化过程的泥龄（ SRT ） 一般控制在 10 ～ 20 d 。
硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 0.3 ～ 0.5d -1 ，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。但是污泥停留时间太长，会导致系统有机负荷过低，许多微生物由于得不到所需要的营养会死亡。
比生长速率μ ：每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率
8 . 氧化还原电位（ ORP ）
硝化段 ORP 值一般在 +180mV 左右，反硝化段的 ORP 值在－ 50 ～－ 110mV 之间。
氧化还原电位就是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化 - 还原性。越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱。通过控制 ORP 可以间接控制溶解氧浓度，尤其氧化还原电位其在 DO 浓度比较低时， DO 较小的改变反映在氧化还原电位上变化较大。
9. 碳源投加量
每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖对应的 COD 、 BOD 5
COD （ g/g ） |
BOD 5 （ g/g ） |
|
甲醇 |
1.4 |
1.05 |
乙醇 |
2.08 |
1.5 |
乙酸 |
1.06 |
0.71 |
乙酸钠 |
0.78 |
0.52 |
葡萄糖 |
1.06 |
0.8 |
