廢水中存在著有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮等形式的氮，而其中以氨氮和有機(jī)氮為主要形式。在生物處理過(guò)程中，有機(jī)氮被異養(yǎng)微生物氧化分解，即通過(guò)氨化作用轉(zhuǎn)化為成氨氮，而后經(jīng)硝化過(guò)程轉(zhuǎn)化變?yōu)镹O3-N和NO2-N，最后通過(guò)反硝化作用使硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓萑氪髿狻?由此可見(jiàn)，進(jìn)行生物脫氮可分為氨化－硝化－反硝化三個(gè)步驟。由于氨化反應(yīng)速度很快。在一般廢水處理設(shè)施中均能完成，故生物脫氮的關(guān)鍵在于硝化和反硝化。

1 氨化作用

1.1 概念

氨化作用是指將有機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的過(guò)程，也稱(chēng)為礦化作用。

1.2 細(xì)菌

參與氨化作用的細(xì)菌成為氨化細(xì)菌。在自然界中，它們的種類(lèi)很多，主要有好氧性的熒光假單胞菌和靈桿菌，兼性的變形桿菌和厭氧的腐敗梭菌等。

1.3 降解方式（分好氧和厭氧）

在好氧條件下，主要有兩種降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脫氨。另一是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脫氮反應(yīng)。

在厭氧條件或缺氧的條件下，厭氧微生物和兼性厭氧微生物對(duì)有機(jī)氮化合物進(jìn)行還原脫氨、水解脫氨和脫水脫氨三種途徑的氨化反應(yīng)。

2 硝化作用

2.1 概念

硝化作用是指將氨氮氧化為亞硝酸氮和硝態(tài)氮的生物化學(xué)反應(yīng)，

2.2 細(xì)菌

這個(gè)過(guò)程由亞硝酸菌和硝酸菌共同完成。亞硝化菌有亞硝酸單胞菌屬、亞硝酸螺桿菌屬和亞硝酸球菌屬。硝酸菌有硝化桿菌屬、硝化球菌屬。亞硝酸菌和硝化菌統(tǒng)稱(chēng)為硝化菌。

2.3 反應(yīng)過(guò)程

包括亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)兩個(gè)步驟。發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)細(xì)菌分別從氧化NH3和NO2-的過(guò)程中獲得能量，碳源來(lái)自無(wú)機(jī)碳化合物，如CO32－、HCO－、CO2等。  

2.4 特點(diǎn)

硝化過(guò)程的三個(gè)重要特點(diǎn)：

⑴NH3的生物氧化需要大量的氧，大約每去除1g的NH3-N需要4.2gO2；

⑵硝化過(guò)程細(xì)胞產(chǎn)率非常低，且難以維持較高勝物濃度，特別是在低溫的冬季；

⑶硝化過(guò)程中產(chǎn)生大量的的質(zhì)子（H—），為了使反應(yīng)能順利進(jìn)行，需要大量的堿中和，其理論上大約為每氧化1g的NH3-N需要堿度5.57g(以NaCO3計(jì))。

2.5 硝化反應(yīng)影響因素

①溫度

在生物硝化系統(tǒng)中，硝化細(xì)菌對(duì)溫度的變化非常敏感，在5～35℃的范圍內(nèi)，硝化菌能進(jìn)行正常的生理代謝活動(dòng)。當(dāng)廢水溫度低于15℃時(shí)，硝化速率會(huì)明顯下降，當(dāng)溫度低于10℃時(shí)已啟動(dòng)的硝化系統(tǒng)可以勉強(qiáng)維持，硝化速率只有30℃時(shí)的硝化硝化速率的25%[1]。盡管溫度的升高，生物活性增大，硝化速率也升高，但溫度過(guò)高將使硝化菌大量死亡，實(shí)際運(yùn)行中要求硝化反應(yīng)溫度低于３８℃[2]。

②pH值

硝化菌對(duì)pH值變化非常敏感，最佳pH值是8.0～8.4，在這一最佳pH值條件下，硝化速度，硝化菌最大的比值速度可達(dá)最大值。Anthonison認(rèn)為pH對(duì)硝化反應(yīng)的影響只是表觀現(xiàn)象，實(shí)際起作用是兩個(gè)平衡H++NH3 = NH4+和H++NO2-= HNO2中的NH3（FA）和HNO2（FNA），pH通過(guò)這兩個(gè)平衡影響FA和FNA的濃度起作用的。

③溶解氧

氧是硝化反應(yīng)過(guò)程中的電子受體，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧高低，必將影響硝化反應(yīng)得進(jìn)程。在活性污泥法系統(tǒng)中，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溶解氧應(yīng)該控制在1.5～2.0mg/L內(nèi)，低于0.5mg/L則硝化作用趨于停止。當(dāng)前，有許多學(xué)者認(rèn)為在低DO（1.5mg/L）下可出現(xiàn)SND現(xiàn)象�！≡贒O＞2.0mg/L，溶解氧濃度對(duì)硝化過(guò)程影響可不予考慮。但DO濃度不宜太高，因?yàn)槿芙庋踹^(guò)高能夠?qū)е掠袡C(jī)物分解過(guò)快，從而使微生物缺乏營(yíng)養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。此外溶解氧過(guò)高，過(guò)量能耗，在經(jīng)濟(jì)上也是不適宜的。

④生物固體平均停留時(shí)間（污泥齡）

為了使硝化菌群能夠在連續(xù)流反應(yīng)器系統(tǒng)存活，微生物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間（θc）N必須大于自養(yǎng)型硝化菌最小的世代時(shí)間（θc）minN，否則硝化菌的流失率將大于凈增率，將使硝化菌從系統(tǒng)中流失殆盡。一般對(duì)（θc）N的取值，至少應(yīng)為硝化菌最小世代時(shí)間的2倍以上，即安全系數(shù)應(yīng)大于2。

⑤重金屬及有毒物質(zhì)

除了重金屬外，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)還有：高濃度氨氮、高濃度硝酸鹽有機(jī)物及絡(luò)合陽(yáng)離子等。

3.反硝化作用

3.1 概念

反硝化作用是指在厭氧或缺氧（DO<0.3-0.5mg/L）條件下，硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮及其其它氮氧化物被用作電子受體而還原為氮?dú)饣虻钠渌鼩鈶B(tài)氧化物的生物學(xué)反應(yīng)。

3.2 細(xì)菌

這個(gè)過(guò)程反硝化菌完成。

進(jìn)行這類(lèi)反應(yīng)的細(xì)菌主要有變形桿菌屬、微球菌屬、假單胞菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、黃桿菌屬等兼性細(xì)菌，它們?cè)谧匀唤缰袕V泛存在。有分子氧存在時(shí)，利用O2作為最終電子受體，氧化有機(jī)物，進(jìn)行呼吸；無(wú)分子氧存在時(shí)，利用NO3―或者NO2―進(jìn)行呼吸。研究表明，這種利用分子氧和NO3―之間的轉(zhuǎn)換很易進(jìn)行，即使頻繁交換也不抑制其反硝化的進(jìn)行。

大多數(shù)反硝化菌能進(jìn)行反硝化的同時(shí)將NO3―同化為NH4+而供給細(xì)胞合成之用，這也就是所謂同化反硝化。只有當(dāng)NO3―作為反硝化菌唯一可利用的氨源時(shí)NO3―同化代謝才能發(fā)生。如果廢水中同時(shí)存在NH4+，反硝化菌有限利用氨態(tài)氮進(jìn)行合成。

3.3 反硝化過(guò)程

3.4 反硝化反應(yīng)影響因素

1. 溫度

反硝化細(xì)菌對(duì)溫度變化雖不如硝化細(xì)菌那樣敏感，但反硝化效果也會(huì)隨溫度變化而變化。溫度越高，硝化速率也越高，在30～35℃時(shí)，DNR增至最大。當(dāng)?shù)陀?5℃時(shí)，反硝化速率將明顯降低；至5℃時(shí)，反硝化將趨于停止。

2．pH值

pH值是反硝化反應(yīng)的重要影響因素，對(duì)反硝化最適宜的pH值是6.5～7.5，在這個(gè)pH值的條件下，反硝化速率最高，當(dāng)pH值高于8或者低于6時(shí)，反硝化速率將大為下降。

3.外加碳源

反硝化菌是屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在厭氧的條件下以NOx-N為電子受體，以有機(jī)物（有機(jī)碳）為電子供體。由此可見(jiàn)，碳源是反硝化過(guò)程中不可少的一種物質(zhì)，進(jìn)水的C/N直接影響生物脫氮除氮效果的重要因素。一般BOD/TKN＝3～4，有機(jī)物越充分，反應(yīng)速度越快，當(dāng)廢水中BOD/TKN小于3時(shí)，需要外加碳源才能達(dá)到理想的脫氮目的。因此碳源對(duì)反硝化效果影響很大。反硝化的碳源來(lái)源主要分三類(lèi)：一是廢水本身的組成物，如各種有機(jī)酸、淀粉、碳水化合物等；二是廢水處理過(guò)程中添加碳源，一般可以添加附近一些工業(yè)副產(chǎn)物，如乙酸、丙酸和甲醇等；三是活性污泥自身死亡自溶釋放的碳源，稱(chēng)為內(nèi)源碳。

4.溶解氧

反硝化是異養(yǎng)兼性厭氧菌，只有在無(wú)分子氧而同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。如反應(yīng)器內(nèi)溶解氧較高，將使反硝化菌利用氧進(jìn)行呼吸，抑制反硝化菌體內(nèi)硝酸鹽還原酶的合成，或者氧成為電子受體，阻礙硝酸鹽的還原。但是，另一方面，在反硝化菌體內(nèi)某些酶系組分只有在有氧條件下，才能合成，這樣，反硝化菌以在厭氧、好氧交替環(huán)境中生活為宜，溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L。
 
 
 

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