一、硝化反应

在有氧环境下，根据自养微生物亚硝酸钠菌和磷酸盐菌的作用，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。

硝化反应方程式如下：

NH4++2O2=NO2-+H2O+2H+

二、反硝化反应

在缺氧环境中，由于兼性脱氮细菌（反硝化细菌）的作用，将NO2-N和NO3-N转化为N2的过程称为反硝化。反硝化细菌是一种异质微生物。在缺氧状态下，反硝化细菌以磷酸盐中的氧为电子受体，以有机物为电子供体提供能量，氧化稳定。

反硝化反应方程式如下：

NO₂^-+3H(电子供给体-有机物)  →  0.5 N₂+H₂O+OH^-

NO₃^-+5H(电子供给体-有机物)  →  0.5 N₂+2H₂O+OH

三、短程硝化反硝化

短程硝化是指NH3生成亚硝酸根，不再生产硝酸根；亚硝酸根直接生成N2，称为近程反硝化。近程硝化反硝化是指NH3-NO2-N2，可从水中去除氨氮的过程。

影响因素：

1、pH

硝化反应的合适pH值为7.0～8.0之间，亚硝化菌7.0～7.8时，活力最好；硝化菌7.7.7～8.1时活力最好。当pH值降至5.5以下时，硝化反应几乎终止。最适合反硝化细菌的pH值为7.0～7.5之间。考虑到硝化和反硝化过程中碱度的消耗和相互作用，同步硝化和反硝化的适宜pH值应在7.5左右。

2、溶氧（DO）

硝化过程中的DO应保持在2～3mg/L，反硝化DO应保持0.2～0.5mg/L。

反映池中溶解氧的水平将影响硝化反应的过程。溶解氧的浓度值一般保持在2～3mg/L，不得低于1mg//L，溶解氧浓度值小于0.5～0.7mg/L时，氨的硝化反应会受到抑制。反硝化一般需要在缺氧环境中进行，溶解氧可以抑制反硝化，主要是因为氧与磷酸盐竞争电子供体，分子态氧也可以抑制磷酸盐复原酶的合成和活力。

3、温度

适宜的生物硝化反应温度为20～30℃，适宜的反硝化温度在30℃左右。

亚硝酸菌的最佳生长温度为35℃，硝酸菌的适宜温度为20℃～40℃。当温度低于15℃时，硝化反应速率急剧下降。温度对反硝化速度有很大影响。如果温度低于5℃或高于40℃，反硝化作用几乎终止。

4、碱度

一般污水处理站碱度应保持在200mg/L左右。

NH41.83O21.98HCO3-→0.021C5H7O2N0.98NO3-1.04H2O1.884H2CO3

根据上述反应过程的物料计算，硝化反应过程中将1g氨氮氧化为硝酸盐氮大约需要7.14g碳酸氢盐(以CaCO3计算)的碱度。

NO3-1.08CH3OH0.24H2CO3→0.06C5H7NO20.47N21.68H2OHCO3-

在反硝化过程中，将1g硝酸盐氮转化为N2，产生约3.57g碱(以CaCO3计算)，有机物(BOD5)必须在2.86g左右。

微生物降解1mg有机碳源BOD5，产生约0.1mg碱度(以CaCO3计算)。

5、碳氮比（C/N）

操纵硝化过程的5硝化菌为自养菌，硝化池中有机碳含量不宜过高，否则异养好氧菌繁殖速度过快，硝化菌难以成为优势菌种；反硝化细菌是异养菌，有机碳源是反硝化细菌的电子供应商。有机碳源越充足，C/N越大，反硝化作用越明显，TN的去除率也越高。当BOD5//TN>3时，氮源充足，无需补充其他氮源；BOD5//TN3.需要补充额外的氮源。

6.水力停留时间（HRT）

HRT可控制在4h硝化过程中～10h之间，反硝化HRT可控制在1h～4h之间。

由于HRT太短，反应池中的微生物物种生长时间不足，淤泥流出过快，硝化反应和反硝化反应没有得到充分发展。当HRT达到一定值时，增加HRT对脱氮效果没有显著影响。由于长HRT环境下系统有机负荷率的降低，会加重生物内源性呼吸，影响淤泥活性，最终降低系统去除污染物的效果。

7.污泥停留时间（SRT）

硝化过程中的泥龄（SRT）一般控制在10～20d。

硝化菌的繁殖率很小，其最大比例为0.3～0.5d-1.为了保持池中一定量的硝化菌群，污泥的停留时间必须超过硝化菌的最小一代。但是，如果污泥停留时间过长，系统的有机负荷会过低，许多微生物会死亡，因为它们无法获得所需的营养。

比生长速度μ：单位质量一小时的菌体增加的菌体量称为菌体比生长速度。

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