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一、硝化細菌

硝化反應(yīng)過程：在有氧條件下，氨氮被硝化細菌所氧化成為亞硝酸鹽和硝酸鹽。他包括兩個基本反應(yīng)步驟：由亞硝酸菌（Nitrosomonas sp）參與將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng)；硝酸菌（Nitrobacter sp）參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)，亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，它們利用CO2、CO32-、HCO3-等做為碳源，通過NH3、NH4+、或NO2-的氧化還原反應(yīng)獲得能量。硝化反應(yīng)過程需要在好氧（Aerobic或Oxic）條件下進行，并以氧做為電子受體，氮元素做為電子供體。其相應(yīng)的反應(yīng)式為：

亞硝化反應(yīng)方程式：

55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3

硝化反應(yīng)方程式：

400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O

硝化過程總反應(yīng)式：

NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3

通過上述反應(yīng)過程的物料衡算可知，在硝化反應(yīng)過程中，將1克氨氮氧化為硝酸鹽氮需好氧4.57克（其中亞硝化反應(yīng)需耗氧3.43克，硝化反應(yīng)耗氧量為1.14克），同時約需耗7.14克重碳酸鹽（以CaCO3計）堿度。

在硝化反應(yīng)過程中，氮元素的轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了以下幾個過程：氨離子NH4-→羥胺NH2OH→硝?；鵑OH→亞硝酸鹽NO2-→硝酸鹽NO3-。

二、反硝化細菌

反硝化反應(yīng)過程：在缺氧條件下，利用反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從污水中逸出，從而達到除氮的目的。

反硝化是將硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮氣的過程，反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物。當(dāng)有分子態(tài)氧存在時，反硝化菌氧化分解有機物，利用分子氧作為最終電子受體，當(dāng)無分子態(tài)氧存在時，反硝化細菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N3+和N5+做為電子受體，有機物則作為碳源提供電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定，由此可知反硝化反應(yīng)須在缺氧條件下進行。從NO3-還原為N2的過程如下：

NO3-→NO2-→NO→N2O→N2

反硝化過程中，反硝化菌需要有機碳源（如碳水化合物、醇類、有機酸類）作為電子供體，利用NO3-中的氮進行缺氧呼吸。其反應(yīng)過程可以簡單用下式表示：

NO3-+4H(電子供體有機物)→ 1/2N2+H2O+2OH-

NO2-+3H(電子供體有機物)→ 1/2N2+H2O+OH-

綜上所述，硝化反應(yīng)每氧化1g氨氮耗氧4.57g,消耗堿度7.14g,表現(xiàn)為PH值下降，在反硝化過程中，去除硝酸鹽氮的同時去除碳源，這部分碳源折合DO2.6g,另外，反硝化過程中補償堿度3.57g。

三、硝化反硝化的堿度平衡

1、一般來說，在硝化反應(yīng)中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g堿度，所以硝化過程中需要的堿度量可按下式計算：

堿度＝7.14×QΔCNH3-N×10-3 (1)

式中：

Q為進入濾池的日平均污水量，m3／d；

ΔCNH3-N為進出濾池NH3-N濃度的差值，mg／L；

7.14為硝化需堿量系數(shù)，kg堿度／kgNH3-N。

2、對于含氨氮濃度較高的工業(yè)廢水，通常需要補充堿度才能使硝化反應(yīng)器內(nèi)的pH值維持在7.2～8.0之間。計算公式如下：

堿度＝K×7.14×QΔCNH3-N×10-3 (2)

式中，K為安全系數(shù)，一般為1.2～1.3。

3、實際工程中進行堿度核算應(yīng)考慮以下幾部分：入流污水中的堿度，生物硝化消耗的堿度，分解BOD5產(chǎn)生的堿度，以及混合液中應(yīng)保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進行，必須滿足下式：

ALKw＋ALKc＞ALKN＋AlKE （3）

如果堿度不足，要使硝化順利進行，則必須投加純堿，補充堿度。投加的堿量可按下式計算：

ΔALK＝（ALKN＋ALKE）—（ALKw＋ALKc） （4）

式中：

ΔALK為系統(tǒng)應(yīng)補充的堿度，mg／L；

ALKN 為生物硝化消耗的堿量；ALKN一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg堿計算。

ALKE 為混合液中應(yīng)保持的堿量，ALKE一般按曝氣池排出的混合液中剩余50mg/L堿度(以Na2CO3計)計算。

ALKw 為原污水中的總堿量；

ALKc 為BOD5分解過程中產(chǎn)生的堿量；ALKc與系統(tǒng)的SRT有關(guān)系：

當(dāng)SRT＞20d時，可按降解每千克BOD5產(chǎn)堿0.1kg計算；

當(dāng)SRT＝10～20d時，按0.05kgALK/kgBOD5；

當(dāng)SRT＜10d時，按0.01gALK/kgBOD5。