硝化与反硝化知识全面解析

硝化反应

硝化反应是在好氧环境下，通过自养型微生物——亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的共同作用，将氨氮逐步氧化为亚硝酸盐氮，再进一步氧化为硝酸盐氮的过程。这一反应对于去除水中的氨氮具有重要意义。

反硝化反应

在缺氧条件下，反硝化菌（一种异养型微生物）会利用硝酸盐中的氧作为电子受体，同时以有机物为电子供体，从而将NO2-和NO3-还原为2。这一过程称为反硝化作用，其方程式为：NO2-+3H（电子供体-有机物）→5N2+H2O+OH-以及NO3-+5H（电子供体-有机物）→5N2+2H2O+OH-。

短程硝化反硝化

短程硝化反硝化是一种特殊的硝化反硝化工艺，其中短程硝化指的是NH3仅被氧化为亚硝酸根，而不再进一步生成硝酸根；随后，亚硝酸根直接被还原为N2，即短程反硝化。这一工艺可以有效地从水中去除氨氮。

影响硝化与反硝化的因素

（1）pH值：硝化反应在pH值为0～0的范围内进行得zui为gao效，而反硝化细Jun则适宜在pH值为0～5的环境中生长。因此，为了确保硝化和反硝化的顺利进行，需要控制合适的pH值。

（2）溶解氧（DO）：硝化过程需要充足的溶解氧，其浓度应维持在2～3mg/L；而反硝化过程则应在缺氧环境中进行，其溶解氧浓度应控制在2～5mg/L以内。通过合理调控溶解氧的浓度，可以有效地促进或yi制硝化与反硝化反应的进行。

       反应池内溶解氧的浓度对硝化反应有着至关重要的影响。通常，溶解氧应维持在2～3mg/L的范围内，且不得低于1mg/L。当溶解氧浓度降至5～7mg/L以下时，氨的硝化反应将受到显著yi制。另一方面，反硝化过程需要在缺氧环境下进行，而溶解氧则对其具有yi制作用，因为氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时还会yi制硝酸盐还原酶的合成及其活性。

       此外，温度也是影响硝化和反硝化反应的重要因素。生物硝化反应的zui佳温度范围是20～30℃，而反硝化反应则适宜在约30℃的温度下进行。值得注意的是，当温度低于5℃或高于40℃时，反硝化作用几乎会完全停止。

       同时，污水处理厂的碱度也是一个关键因素。一般而言，碱度应维持在约200mg/L的水平。通过物料衡算，我们可以了解到在硝化过程中，将1g氨氮氧化为硝酸盐氮需要消耗约14g碳酸氢盐（以CaCO3计）的碱度。而在反硝化过程中，每还原1g硝酸盐氮为氮气，会产生约57g碱度（以CaCO3计），并需要约86g有机物（BOD5）作为电子供体。

       此外，碳氮比（C/N）也是控制硝化过程的一个重要参数。通常，应将BOD5与TKN的比值控制在5至8的范围内，以确保硝化反应的gao效进行。

       硝化细Jun作为自养菌，在硝化池中应保持较低的有机碳含量，以避免异养好氧菌过快繁殖，从而确保硝化菌能成为优势菌种。另一方面，反硝化细Jun作为异养菌，其电子供体主要来源于有机碳源。充足的有机碳源会导致C/N比值升高，进而促进反硝化作用，提高TN的去除率。当BOD5/TN的比值大于3时，表明碳源充足，无需额外添加；而当比值小于3时，则需要补充外加碳源。

       此外，水力停留时间（HRT）对硝化和反硝化过程也至关重要。硝化过程的HRT应控制在4小时至10小时之间，反硝化过程的HRT则应在1小时至4小时之间。过短的HRT会限制微生物种群的生长时间，导致反应不充分。然而，当HRT达到一定值后，再增加其并不会显著提高脱氮效果，因为过长的HRT会降低系统的有机负荷率，增加生物的内源呼吸，从而降低污泥活性。

       同样重要的还有污泥停留时间（SRT）。为了维持硝化菌群的数量，SRT一般应控制在10天至20天之间。由于硝化菌的增殖速度较慢，其zui大比生长速率为3至5天-1，因此需要较长的SRT来确保足够的硝化菌数量。但过长的SRT也会导致系统有机负荷过低，使微生物因缺乏营养而死亡。

       另一方面，氧化还原电位（ORP）也是控制硝化和反硝化过程的关键参数。硝化段的ORP值通常维持在+180mV左右，而反硝化段的ORP值则在-50至-110mV之间。ORP反映了水溶液中所有物质的宏观氧化-还原性，其变化可以间接控制溶解氧浓度。特别是在DO浓度较低时，DO的微小变化会在ORP上产生显著反映。

       zui后，碳源投加量也是一个不可忽视的因素。每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠或葡萄糖都会对应产生一定的COD和BOD5，这些物质对硝化和反硝化过程有着直接的影响。通过合理控制碳源投加量，可以进一步优化脱氮效果。

       在污水处理过程中，碳氮比是一个重要的参数，它影响着硝化和反硝化的效果。通常，反硝化的碳氮比控制在6至8之间是比较适宜的，这样可以确保反硝化菌能够有效地利用有机碳源进行脱氮反应。

关于盐度对硝化菌的影响，实验室中通常使用纯氯化钠来模拟2%的盐度条件。在实际应用中，虽然可能会有一些微小的变化，但通常控制在2%左右。需要注意的是，当盐度超过2%时，硝化菌的活性会受到显著影响。

       此外，所介绍的菌种适用于多种生化系统，包括普通活性污泥法、接触氧化以及载体流化床等。对于城镇污水处理厂而言，硝化菌的投加量一般参考进水氨氮浓度和停留时间来确定。通常情况下，城镇污水厂的硝化菌用量较少，大约在十万分之一左右。为了确保效果zui佳，建议在前期连续投加三次。

另外，在硝化反硝化过程中，需要补充适量的碱度以维持系统的稳定。虽然碳酸钠和氢氧化钠都可以用于补充碱度，但碳酸钠的效果通常更优，尽管其价格相对较高。

▷问题1：硝化菌对毒性冲击的耐受性如何？反硝化菌的负荷范围是多少？

答：硝化菌由于是自养菌，因此对毒性冲击的耐受性通常较弱。至于反硝化菌的负荷，则取决于池中的菌量，难以给出具体数值。

▷问题2：在我们的AO运行过程中，好氧池的pH值为2，COD浓度为600mg/L，氨氮浓度为140mg/L。请问应该将pH值调整到多少合适？是否可以在好氧池中加入片碱来调整pH？

答：好氧池的pH值一般建议调整至0-5之间。加入片碱是一种可行的调整方法。

▷问题3：您的产品是固态还是液态？是否需要预先活化？

答：硝化菌呈液态，而反硝化菌则为固态。通常不需要对这两种菌进行预先活化。

▷问题4：在处理特种废水时，由于水量有限，我们关心菌种制备成本以及从制备到见效的时间。请问一般的菌株制备速度如何？特定微生物在工程中从制备到见效通常需要多长时间？

答：一般的菌株可以迅速大规模制备。制备成本因菌株而异，例如芽孢类菌株的成本相对较低，而硝化菌这类化能自养型微生物的成本会稍高。此外，如果需要特殊保藏，成本也会相应增加。通常情况下，引入菌株后大约一周左右即可观察到明显效果。

▷问题5：在引入特定生物菌后，即使没有外来冲击，这些菌是否存在自然衰减的过程？我们注意到在某些石化废水处理案例中，出水先明显下降，随后随时间逐渐上升。这是否与菌株的特性有关？

答：这与菌株的特性密切相关。例如，硝化菌这类微生物可以在特定环境中长期存活，衰减很少或几乎无衰减。然而，其他类型的菌种可能会随时间延长而衰减，这时就需要定期补充以确保其活性。这种衰减与活性污泥系统中的土著微生物与引入菌株的竞争关系有关。

▷问题6：能否提供关于硝化和反硝化速率的具体数据？例如，单克细Jun在一小时内能够降解多少克氨氮或硝酸盐？

答：硝化速率可以达到800mgNH4+-N/(L·h)，但反硝化速率较难准确测定，目前尚无法提供确切数据。

▷问题7：许多文献指出硝化菌对起始氨氮浓度有一定要求。您对此如何理解？

答：确实，氨氮浓度越高对硝化菌的活性会产生一定的yi制作用，尽管硝化菌本身具有去除氨氮的功能。

▷问题8：贵公司的成熟产品是否能够适应各种废水水质？不同水质的适应周期通常是多久？

答：硝化菌在各种不同水质中都需要一个短暂的适应期。在一般情况下，硝化菌能够在三天内开始发挥作用，但为了确保其有效性，我们通常会保证在七天内一定能够观察到明显的效果。

       关于表面活性剂对硝化菌的影响，我们尚未进行过相关测试。然而，需要指出的是，硝化菌的yi制剂并非只有一种，具体还包括哪些yi制剂，建议您可以自行查阅相关资料。

       此外，除了之前提到的乙炔外，还有一些其他常见的毒性物质可能对硝化菌和亚硝化菌产生影响。例如，某些抗生素和重金属元素可能对这两种菌产生敏感反应。

       对于反硝化菌而言，其zui佳停留时间取决于硝酸盐的量和菌种浓度。在硝酸盐量较多时，需要适当延长停留时间以确保充分反应。

       至于硝化菌和反硝化菌的世代周期，硝化菌由于是化能自养菌，其繁殖速度相对较慢，世代周期较长。相比之下，反硝化菌的世代周期则较短，繁殖速度较快。

       另外，若回流直接进入厌氧池，则反硝化菌可能无法充分发挥作用。这是因为反硝化过程需要在缺氧环境中进行，而厌氧池通常不具备这样的条件。

       zui后，关于氨氮起始浓度对硝化作用的影响，不同菌种可能会有所差异。但通常情况下，当氨氮浓度超过10 0mg/L时，就可能对硝化菌产生yi制作用。