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硝化与硝化反应
4.1生物脱氮的过程和条件
A、废水当中的氮分为有机氮和氨氮即硝酸与亚硝酸盐氮，氮的脱除经过以下三步反应
(1)氨化反应。在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解，转化为氨氮。 (2)硝化反应。在亚硝化与硝化菌的作用下，氨氮进一步分解氧化为亚硝酸与硝酸盐氮。
(3)反硝化反应。在反硝化菌的作用下，少部分亚硝酸与硝酸盐氮同化为有机氮化物，成为菌体，大部分异化为气态〔70～75％〕。
B、硝化菌对环境的变化很敏感，它所需要的环境条件主要包括以下几方面： (1)好氧条件，DO≥1mg/l,并保持一定碱度，适宜的PH 值为8.0～8.4。 (2)有机物含量不宜过高，污泥负荷≤0.15kgBOD/kgMLVSS·d,因为硝化菌是自养菌，有机基质浓度高，将使异氧菌快速增殖而成为优势。
(3)适宜温度20～30℃。
(4)硝化菌在反应器中的停留时间必须大于最小世代时间。
(5)抑制浓度尽可能的低，除重金属外，抑制硝化菌的物质还有高浓度有机基质，高浓度氨氮、NOx-N 以与络合阳离子。
(6)硝化过程NH3-N 耗于异化氧化和同化的经典公式
NH4++1.83O2 +1.98HCO3- 0.98NO3-+0.021C5 H7NO2+1.88H2CO3+1.04H2 O 因此表明，去除1gNH3-N 约： 耗去4.33gO2；
生成0.15g 细胞干物质； 减少7.14g 碱度； 耗去0.08g 无机碳。 C、反硝化反应的适宜条件：
(1)最适宜的PH 值为6.5～7.5。PH 高于8 或低于6，反硝化速率将大为降低。
(2)反硝化菌需要缺氧、好氧〔合成酶系统〕条件交替存在，系统DO≤0.5mg/l (3)最适宜温度为20～40℃，低于15℃，反硝化反应速率降低。
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(4)BOD/TN≥3～5。反硝化菌是异氧兼性厌氧菌，可作为其碳源的有机物较多。
(5)反硝化过程
NO3-+1.08CH3 OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3- 因此表明：每1gNO3--N 被硝化， 消耗3.7gCOD，2.47g甲醇 产生0.45g 新细胞 产生3.57g 碱度
对于一般城镇污水，没有试验资料时，前置反硝化系统利用原污水碳源作为电子供体时，在20℃情况下，反硝化速率可取0.03～0.06gNO3--N/(gMLVSS·d)；对于没有外来碳源的后置反硝化系统，反硝化速率可取0.01～0.03gNO3--N/(gMLVSS·d)
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最近在需找硝化反硝化之类的资料，主要是想弄清，在实际运行过程中，碱和甲醇的投加量应该怎样来参考投加。在网上搜到一篇资料，有一些地方看不明白，恳请大家的指点！比如资料上说的物料横算，1g氨氮消耗的氧气和纯碱根本不是这个多，我算了下，消耗的氧气是3.25。HCO3-是6.17。再有，总硝化反应的方程式两边HCO3-怎么不能抵消？ 不知道大家还有没有更好的资料？？？ 资料如下：
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
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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+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3 硝化反应方程式：
400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O 硝化过程总反应式：
NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+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-。
B、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。
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：
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NO3-→NO2-→NO→N2O→N2
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- 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重碳酸盐碱度〔以CaCO3计〕。
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〕 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+0.24H2CO3→0.056C5H7O2N+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3- 如果水中有NO2-,则会发生下述反应：
NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7O2N+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：
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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。
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每氧化1gNH3要消耗4.33gO2、7.14g碱度〔以CaCO3计〕和0.08g无机碳。合成0.15g新细胞。
在反硝化反应中，每利用1gNO3-反硝化，消耗2.47g甲醇，产生0.45g新细胞和 3.57g碱度
〔1〕硝化过程NH3-N 耗于异化氧化和同化的经典公式：
NH4+1.87O2 +1.982HCO3—0.982NO3-+0.021C5 H7NO2+1.881H2CO3+1.044H2 O 计算表明，去除1gNH3-N 约： 耗去4.27gO2；
生成0.1695g细胞干物质； 减少7.14g碱度； 耗去0.09g无机碳。
〔2〕反硝化过程
NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7O2N+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3- 如果水中有NO2-,则会发生下述反应：
NO2-+0.67CH3OH+0.53H2CO3→0.04C5H7O2N+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 每还原1gNO3产生0.45g新细胞，产生3.57g碱度
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本文来源：https://www.wddqxz.cn/9a8fa242aa8271fe910ef12d2af90242a895abe1.html
2022-07-10
