⼀⽂读懂硝化反硝化
环保⽔处理
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硝化反应过程：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。他包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌（Nitrosomonas sp）参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌（Nitrobacter sp）参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应，亚硝酸菌和硝酸菌都是化能⾃养菌，它们利⽤CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，通过NH3、NH4+、或NO2-的氧化还原反应获得能量。硝化反应过程需要在好氧（Aerobic或Oxic）条件下进⾏，并以氧做为电⼦受体，氮元素做为电⼦供体。其相应的反应式为：
亚硝化反应⽅程式：
55NH4++76O2+109HCO3C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3
硝化反应⽅程式：
400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-C5H7O2N+400NO3-+3H2O
澄海集贤中学硝化过程总反应式：
NH4-+1.83O2+1.98HCO30.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3
通过上述反应过程的物料衡算可知，在硝化反应过程中，将1克氨氮氧化为硝酸盐氮需好氧4.57克（其中亚硝化反应需耗氧3.43克，硝化反应耗氧量为1.14克），同时约需耗7.14克重碳酸盐（以CaCO3计）碱度。
在硝化反应过程中，氮元素的转化经历了以下⼏个过程：氨离⼦NH4-羟胺NH2OH硝酰基NOH亚硝酸盐NO2-硝酸盐NO3-。
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反硝化反应过程：在缺氧条件下，利⽤反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮⽓⽽从⽆⽔中逸出，从⽽达到除氮的⽬的。高尔夫俱乐部
反硝化是将硝化反应过程中产⽣的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮⽓的过程，反硝化菌是⼀类化能异养兼性缺氧型微⽣物。当有分⼦态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利⽤分⼦氧作为最终电⼦受体，当⽆分⼦态氧存在时，反硝化细菌利⽤硝酸盐和亚硝酸盐中的N3+和N5+做为电⼦受体，O2-作为受氢体⽣成⽔和OH-碱度，有机物则作为碳源提供电⼦供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进⾏。从NO3-还原为N2的过程如下：
NO3-NO2-NON2ON2
反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源（如碳⽔化合物、醇类、有机酸类）作为电⼦供体，利⽤NO3-中的氧进⾏缺氧呼吸。其反应过程可以简单⽤下式表⽰：
NO3-+4H(电⼦供体有机物) 1/2N2+H2O+2OH-
什么枪最厉害NO2-+3H(电⼦供体有机物) 1/2N2+H2O+OH-
污⽔中含碳有机物做为反硝化反应过程中的电⼦供体。由上式可知，每转化1gNO2-为N2时，需有机物（以BOD表⽰）1.71g；每转化1gNO3-为N2时，需有机物（以BOD表⽰）2.86g。同时产⽣3.57g
多少的英语
重碳酸盐碱度（以CaCO3计）。
飞机失速速度如果污⽔中含有溶解氧，为使反硝化完全，所需碳源有机物（以BOD表⽰）⽤下式计算：
C=2.86Ni+1.71N0+DO0
其中：
C为反硝化过程有机物需要量（以BOD表⽰），mg/l;
Ni为初始硝酸盐氮浓度（mg/l）
N0为初始亚硝酸盐氮浓度（mg/l）
中国面孔DO0为初始溶解氧浓度（mg/l）
如果污⽔中碳源有机物浓度不⾜时，应补充投加易于⽣物降解的碳源有机物（甲醇、⼄醇或糖类）。以甲醇为例，则
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.056C5H7O2N+0.47N2+1.68H2O+HCO3-
如果⽔中有NO2-，则会发⽣下述反应：
NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO30.04C5H7O2N+0.48N2+1.23H2O+HCO3-
由上式可见，每还原1gNO2-和1gNO3-分别需要消耗甲醇1.53g和2.47g。
当⽔中有溶解氧存在时，氧消耗甲醇的反应式为：
O2+0.93CH3OH+0.056NO3-0.056C5H7O2N+1.64H2O+0.056HCO3-+0.59H2CO3
综上所述，可得反硝化过程需要有机碳源（甲醇）的投加量公式为：
Cm=2.47Ni+1.53N0+DO0
其中：
Cm为反硝化过程中需要的甲醇浓度（mg/l）
其余符号同上
综上所述，硝化反应每氧化1g氨氮耗氧4.57g，消耗碱度7.14g，表现为PH值下降，在反硝化过程中，去除硝酸盐氮的同时去除碳源，这部分碳源折合DO2.6g，另外，反硝化过程中补偿碱度3.57g。隐患排查表
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传统的⽣物脱氮⼯艺是由巴茨（ Barth）开创的所谓三级活性污泥法流程，它是以氨化、硝化和反硝化三项反应过程为基础建⽴的。传统的⽣物脱氮⼯艺是单独进⾏硝化和反硝化的⼯艺系统，每⼀部分都有⾃⼰的沉淀池和各⾃独⽴的污泥回流系统，使除碳、硝化和反硝化在各⾃的反应器中进⾏，并分别控制在适宜的条件下运⾏。
第⼀级曝⽓池为⼀般的⼆级处理曝⽓池，其主要功能是去除有机物，使有机氮转化为氨氮。经过沉淀后，废⽔进⼊第⼆级硝化曝⽓池。在第⼆级硝化曝⽓池进⾏硝化反应，使氨氮转化为硝态氮。在第⼆段硝化过程中要消耗⼀定的碱度，使 PH值下降，进⽽会降低硝化反应的速度，因此，需要投加碱补充碱度。第三级为反硝化池，需要维持缺氧条件，不进⾏曝⽓，只采⽤搅拌机械使污泥处于悬浮状态并与污⽔充分混合，硝态氮还原为氮⽓，反硝化过程所需要的碳源不⾜，需要外加碳源。这种流程的优点是好氧菌、硝化菌和反硝化菌分别⽣长在不同的构筑物中，均可在各⾃适宜的环境条件下⽣长繁殖，所以反应速度较快，可以得到较好的 BOD5去除和脱氮效果。缺点是流程长、处理构筑物多、附属设备多，基建费⽤⾼、需要补充碱度和外加碳源因⽽运转费⽤较⾼。
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A/O ⼯艺是⼀种有回流的前置反硝化⽣物脱氮流程，其中前置反硝化在缺氧池中进⾏，硝化在好氧池中进⾏。原污⽔先进⼊缺氧池，并将好氧池的混合液与沉淀池的污泥同时回流到缺氧池。污泥和好氧
池混合液的回流保证了缺氧池和好氧池有⾜够数量的微⽣物，并使缺氧池得到好氧池中硝化所产⽣的硝酸盐。⽽原污⽔和混合液的直接进⼊⼜为缺氧池反硝化提供了充⾜的碳源有机物，使反硝化反应能在缺氧池中进⾏，反硝化反应的出⽔⼜可在好氧池中进⾏ BOD5 的降解。
A/0 与传统的⽣物脱氮⼯艺相⽐，其特点有：流程简单，构筑物少，费⽤⼩，占地少；以原污⽔中的含碳有机物和内源代谢产物为碳源，节省外加碳源的费⽤；好氧池在缺氧池后，可进⼀步去除反硝化残留的有机污染物，改善出⽔⽔质；缺氧池在好氧池之前，由于反硝化消耗了⼀部分碳源有机物，可减轻好氧池的有机负荷，并且反硝化过程产⽣的碱度可以补偿硝化过程对碱度的消耗。其缺点是：三种不同作⽤的微⽣物同在⼀个系统中，经常改变条件，则存在不断改变环境、不断适应环境的过程，微⽣物有适应期、闲置期，未能发挥最佳作⽤。
随着⽔体富营养化问题的⽇益突出、⽔质指标系统不断严格化，使废⽔脱氮问题成为了⽔污染控制中⼴泛关注的热点。⽽传统多级分设备的⽣物脱氮⼯艺以及序批式活性污泥⼯艺等，虽然在废⽔脱氮⽅⾯起着重要的作⽤，但仍然存在着以下问题：
硝化反应和反硝化反应所需要的条件不同，需要序批式进⾏，且 HRT较长，反应池占地⾯积⼤；
污泥产⽣量⼤，剩余污泥处理费⽤⾼，污泥不易沉降，⽽且容易发⽣污泥膨胀；
耐⽔质、⽔量冲击负荷能⼒差，运⾏不够稳定；
中和硝化过程中产⽣的酸度，需要加碱中和，增加了处理费⽤；
曝⽓池中的⽣物浓度低，曝⽓池氧的传质效率低。
与此相⽐，单级⽣物脱氮⼯艺在⽣物脱氮过程当中展现出更多的优势。硝化反应耗氧、耗碱度、但不消耗碳源，⽽反硝化过程不需氧、产⽣碱度、消耗⼤量碳源，两者在多⽅⾯表现为互补。如果硝化和反硝化反应能在同⼀处理系统中连续实现，硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物，避免了硝化过程中的 NO2-的积累对硝化反应的抑制，加快硝化反应的速度，还可以有效利⽤废⽔中有机碳源进⾏反硝化；⽽且也不需外加动⼒进⾏硝化液循环；反硝化反应增加的碱度补充硝化反应减少的碱度，使系统内的 pH值相对稳定；另外，硝化反应和反硝化反应可在相同的条件和系统中进⾏，简化了操作的难度。
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短程硝化反硝化⼯艺：短程硝化反硝化⼯艺（ Single reactor High activity Ammonia Removal Over Nitrite ）是⼀种新型的脱氮⼯艺。其基本原理是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后通过反硝化作⽤将亚硝酸氮还原为氮⽓，是经 NH4+-N NO2--N N2这样的途径完成，整个过程较全程硝化反硝化⼤⼤缩短。短程硝化的标志是有稳定且较⾼的 NO2--N积累，即亚硝酸氮积累率较⾼。
与传统的⽣物脱氮⼯艺相⽐，该⼯艺具有以下优点：硝化与反硝化两个阶段在同⼀反应器中完成，可以简化⼯艺流程；可节省反硝化过程所需要的外加碳源，同时硝化产⽣的酸度可部分地由反硝化产⽣的碱度中和，减少了处理费⽤；可以缩短⽔⼒停留时间，减少反应器体积和占地⾯积；只需要将氨氮氧化成亚硝酸盐，可减少25% 左右的供⽓量，降低能耗。
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厌氧氨氧化⼯艺：厌氧氨氧化⼯艺（ Anaerobic AMMonium Oxidation ）是由荷兰Delft⼤学于 1990年提出的。该⼯艺的特点是：在厌氧条件下，微⽣物直接以硝酸盐或亚硝酸盐为电⼦受体，以氨氮作为电⼦供体，将氨氮氧化⽣成氮⽓，硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮⽓。厌氧氨氧化是 Mulder和 Graaf对⼀个使⽤硫化物做电⼦供体的流化床反应器⾃养菌反硝化运⾏⼯况仔细观测和研究发现的。该⼯艺中亚硝酸盐是⼀个关键的电⼦受体。与硝化作⽤相⽐，它以亚硝酸盐取代氧，改变了电⼦受体；与反硝化作⽤相⽐，它以氨取代有机物作为电⼦供体。
从这⼀反应中所产⽣的吉布斯（ Gibbs）⾃由能甚⾄⽐好氧氨氧化（硝化）所产⽣的能量还要⾼，所以能够⽀持⾃养菌⽣长。这表明在这⼀⼯艺中发⽣的反硝化反应中不需外加碳源。厌氧氨氧化⼯艺特别适宜在温度⾼于 20℃和⾃营养系统中运⾏。这种⼯艺多⽤于处理⼯业废⽔，也可⽤于处理其他废液，如污泥消化池上清液。
厌氧池（区）指⾮充氧池（区），溶解氧浓度⼀般⼩于0.2mg/L。微⽣物在该池（区）吸收有机物并释放磷。
椅子英语缺氧池（区）指⾮充氧池（区），溶解氧浓度⼀般为0.2～0.5mg/L。当存在⼤量硝酸盐、亚硝酸盐和充⾜的有机物时，可在该池（区）内进⾏反硝化脱氮反应。
好氧池（区）指充氧池（区），溶解氧浓度⼀般不⼩于2mg/L，主要功能是降解有机物和进⾏硝化反应。
当以除磷为主时，应采⽤厌氧/好氧⼯艺，基本⼯艺流程如下：
当以除氮为主时，宜采⽤缺氧/好氧⼯艺，基本⼯艺流程如下：
需要同时脱氮除磷时，应采⽤厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）⼯艺。
VFA（挥发性脂肪酸），PHA（聚羟基脂肪酸），PO（磷酸盐），PP（多聚磷酸盐）厌氧条件下，PAOs吸收VFA转化为PHA，这⼀过程PP⾼能键断裂为这⼀过程释放能量，同时释放出磷酸盐，⽽磷酸盐浓度升⾼，恰恰是我们说的能够利于PAOs⽣长繁殖好氧条件下，正好与其相反，吸收Po形成PP，⽽此时的能源则是PHA，如厌氧过程所说，PP是吸收PO所需要的能量物质，也就等于是为下⼀次代谢周期做准备，与此同时，PAOs分裂⽣成新的细胞，但是由于，PO含量降低，将会限制它的⽣存繁殖，所以必须通过⼈为过程使PO含量升⾼，完成⼀个完整的周期。如果不进⾏循环，聚磷菌是⽆法完成完整的⽣命周期的。
