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污水处理干货：硝化-反硝化工艺

随着环保政策的日趋严格，对氮磷的严格要求日益突出，我们如果依旧以去除有机物的思路设计污水处理站，将导致污水处理站难以挖掘生化工艺的潜力，总氮去除效率跟不上，导致后期的重复建设，同时没能充分利用原有污水处理站的有机物营养，而致使投资运行成本提高。掌握更深度的污水处理知识，对提升环保技能水平、降低投资与运行成本至关重要。

一、硝化与反硝化基础知识

废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。

1、硝化与反硝化

（一）硝化

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。

反应过程如下：

亚硝酸盐菌（8-36h）

NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-℃EE=278。42KJ

第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐：

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酸盐菌（12-59h）

NO-+1/2O2→NO3--℃E℃E=278。42KJ

这两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。上诉两式合起来写成：

NH4++2O2→NO3-+2H++H2O-℃E℃E=351KJ

综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：

NH4++1。83O2+1。98HCO3-→0。02C5H7O2N+0。98NO3-+1。04H2O+1。88H2CO3

由上式可知：（1）在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4。57g；（2）硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度（以CaCO3计）7。lg。

（3）水中BOD不宜过高，20mg/L以下，否则会使增值速率较大的异氧细菌迅速增殖，使自养型的硝化细菌受到排挤，难以形成优势菌种，使硝化反应难以进行。

影响硝化过程的主要因素有：

（1）pH值当pH值为8。0～8。4时（20℃),硝化作用速度最快。

由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在7。5以上；

（2）温度温度高时，硝化速度快。亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃,在15℃以下其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜；

（3）污泥停留时间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。在实际运行中，一般应取〉2d；

（4）溶解氧氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上；

（5）BOD负荷硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维

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持在0。3kg（BOD5）/kg（SS）。d以下。

（二）反硝化

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。反硝化过程中的电子供体（氢供体）是各种各

样的有机底物（碳源）。以甲醇作碳源为例，其反应式为：6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O

6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-综合反应式为：

6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-

由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使NO2--N、NO3--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。

1mg的硝酸盐氮理论消耗2。87mg的BOD5，一般4mg的BOD5即可满足反硝化的需求

影响反硝化的主要因素：

（1）温度温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。一般，以维持20～40℃为宜。苦在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；

（2）pH值反硝化过程的pH值控制在7。0～8。0；

（3）溶解氧氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0。5mg/L以下（活性污泥法）或1mg/L以下（生物膜法）；

（4）有机碳源当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TKN〉（3～5）时，可无需外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。外加有机碳多采用甲醇。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量