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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。
硝化與反硝化
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在好氧條件下，通過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程，稱為生物硝化作用。
反應(yīng)過程如下：
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）在硝化過程中，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時(shí)需氧4。57g；（2）硝化過程中釋放出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。
?。?）水中BOD不宜過高，20mg/L以下，否則會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)勢菌種，使硝化反應(yīng)難以進(jìn)行。
影響硝化過程的主要因素有：
（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；
?。?）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；
?。?）污泥停留時(shí)間硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長速率為=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；
?。?）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；
?。?）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)荷過高，會使生長速率較高的異養(yǎng)型菌迅速繁殖，從而使自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢，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的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體（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，在生物反硝化過程中，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：
?。?）溫度溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要大些。一般，以維持20～40℃為宜?？嘣跉鉁剡^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值反硝化過程的pH值控制在7。0～8。0；
?。?）溶解氧氧對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）；
?。?）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)間長或負(fù)荷率低，使微生物處于生長曲線的靜止期或衰亡期，因此池容相應(yīng)增大。
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