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干货 | 一文读懂硝化和反硝化

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发表时间:2023-02-16 09:02
硝化反应


在好氧条件下,通过自养型微生物亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用,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。

硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:

图片



反硝化反应


在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程,称为反硝化。反硝化菌为异养型微生物,在缺氧状态时,反硝化菌利用硝酸盐中的氧作为电子受体,以有机物作为电子供体提供能量并被氧化稳定。

反硝化反应方程式为:

        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-
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;而由亚硝酸根直接生成N2,称为短程反硝化。短程硝化反硝化是指NH3---NO2----N2,即可以从水中氨氮去除的一种工艺。



影响因素:

1、 pH
硝化反应的适宜的pH值为7.0~8.0之间,其中亚硝化菌7.0~7.8时,活性**;硝化菌在7.7~8.1时活性**。当pH降到5.5以下,硝化反应几乎停止。反硝化细菌最适宜的pH值为7.0~7.5之间。考虑到硝化和反硝化两过程中碱度消耗与产生的相互性,同步硝化与反硝化的最适的pH值应为7.5左右。

2、溶解氧(DO)
硝化过程的DO应保持在2~3mg/L,反硝化过程的DO应保持0.2~0.5mg/L。

反应池内溶解氧的高低,必将影响硝化反应的进程,溶解氧质量浓度一般维持在2~3mg/L,不得低于1mg/L,当溶解氧质量浓度低于0.5~0.7mg/L时,氨的硝态反应将受到抑制。反硝化通常需在缺氧条件下进行,溶解氧对反硝化有抑制作用,主要是由于氧会与硝酸盐竞争电子供体,同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。

3、温度
生物硝化反应适宜的温度在20~30℃,反硝化适宜温度在30℃左右。

亚硝酸菌**生长温度为35℃,硝酸菌的适宜温度为20~40℃。15℃以下时,硝化反应速度急剧下降。温度对反硝化速率的影响很大,低于5℃或高于40℃,反硝化的作用几乎停止。

4、 碱度
一般污水处理厂碱度应维持在200mg/L左右。

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1g氨氮氧化为硝酸盐氮需约需耗7.14g碳酸氢盐(以CaCO3计)碱度。

NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3-
在反硝化过程中,将1g硝酸盐氮还原成氮气,约产生3.57g碱(以CaCO3计),需要有机物(BOD5)约为2.86g。

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


5、碳氮比(C/N)
控制硝化过程的5<BOD5/TKN<8。
硝化细菌为自养菌,在硝化池中有机碳含量不宜过高,否则异养好氧菌繁殖速率过快,硝化菌难成为优势菌种;反硝化细菌为异养菌,有机碳源是反硝化细菌的电子供体提供者。有机碳源越充分,C/N越高,反硝化作用越明显,TN的去除率也越高。当BOD5/TN>3时,碳源充足,无需补充外加碳源;BOD5/TN<3时,需要补充外加碳源。

6. 水力停留时间(HRT)
硝化过程HRT可控制在4h~10h之间,反硝化HRT可控制在1h~4h之间。
因HRT过短,反应池中各微生物种群没有充分的时间生长,污泥流失过快,硝化反应和反硝化反应都没有得到充分的进行。当HRT达到一定的值时,再增加HRT,对脱氮作用没有显著的效果。因为长HRT条件下,系统的有机负荷率降低,会使生物的内源呼吸加剧,影响污泥的活性,最终降低系统对污染物去除效果。

7. 污泥停留时间(SRT)
硝化过程的泥龄(SRT)一般控制在10~20d。
硝化菌的增殖速度很小,其**比生长速率为 0.3~0.5d-1,为了维持池内一定量的硝化菌群,污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。但是污泥停留时间太长,会导致系统有机负荷过低,许多微生物由于得不到所需要的营养会死亡。


比生长速率μ :每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率

8. 氧化还原电位(ORP)
硝化段ORP值一般在+180mV左右,反硝化段的ORP值在-50~-110mV之间。
氧化还原电位就是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化-还原性。越高,氧化性越强,电位越低,氧化性越弱。通过控制ORP可以间接控制溶解氧浓度,尤其氧化还原电位其在DO浓度比较低时,DO较小的改变反映在氧化还原电位上变化较大。

9. 碳源投加量
每克甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖对应的COD、BOD5

COD(g/g)
BOD5(g/g)
甲醇
1.4
1.05
乙醇
2.08
1.5
乙酸
1.06
0.71
乙酸钠
0.78
0.52
葡萄糖
1.06
0.8


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