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一、 硝化反应
在好氧条件下，通过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:
NH4++1.5O2 NO2-+H2O+2H+
NO2-+0.5O2 NO3-
硝化反应总方程式：
NH3+1.86O2+1.98HCO3- 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3
若不考虑硝
2、化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为
NH4++2O2 NO3-+H2O+2H+
从以上反应可知:
1) 1gNH4+-N氧化为NO3- 需要消耗2*50/14=7.14g碱（以CaCO3计)
2) 将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要3.43gO2,氧化1gNO2--N需要1.14gO2，所以氧化1gNH4+-N需要4.57gO2。
硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：
a. DO：DO应保持在2-3mg/L。当溶解氧的浓度低于0.5mg/L时，硝化反应过程将受到限制。
b. PH和碱度：PH7.0-8.0，其中亚硝化菌6.
3、0-7.5，硝化菌7.0-8.5。最适合PH为8.0-8.4。碱度维持在70mg/L以上。碱度不够时，应补充碱
c. 温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。
d. 污泥龄：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。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 。对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。
e. 污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜0.05-0.15kgBOD/(kgMLSS·d)。因为硝化菌是自养菌
4、有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。总氮负荷应≤0.35kgTN/(m3硝化段·d)，当负荷>0.43kg/(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。
f. C/N: BOD/TKN应<3，比值越小，硝化菌所占比例越大。
g. 抑制物浓度：NH4+-N≤200mg/L，NO2--N10-150mg/L，NO3--N0.1-1mg/L。
h. ORP:好氧段ORP值一般在+180mV左右。
二、 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。
反硝化反应方程式为：
NO2-+3H(电子供给
5、体-有机物) 0.5 N2+H2O+OH-
NO3-+5H(电子供给体-有机物) 0.5 N2+2H2O+OH-
由以上反应可知：
1) 还原1gNO2--N或NO3--N，分别需要有机物(其O/H=16/2=8)3*8/14=1.71g和5*8/14=2.86g，同时还产生50/14=3.57g碱（以CaCO3计）
2) 如果废水中含有DO，它会使部分有机物用于好氧分解，则完成反硝化反应所需要的有机物总量Cm=2.86[NO3--N]+1.71[NO3--N]+DO
反硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：
a. DO：DO应保持低于0.5mg/L（活性污泥法）或1mg/L（生物膜法）。
b. PH：PH6.5-7.5
c. 温度：硝酸菌的适宜温度为20～40℃。15℃以下时，反应速度急剧下降。
d. C/N: BOD/TN应≥4。
e. ORP：缺氧段的ORP值在－50～－110mV之间,厌氧段ORP值一般在－160～－200mV之间。
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