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1.定義：硝化作用是一個(gè)由微生物驅(qū)動(dòng)的氧化過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，氨首先被氨氧化細(xì)菌氧化為亞硝酸，然后亞硝酸氧化細(xì)菌再將亞硝酸氧化為硝酸。 （二）微生物特性 1.微生物種類：硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)型細(xì)菌，氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌。氨氧化細(xì)菌如亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas），亞硝酸氧化細(xì)菌如硝化桿菌屬（Nitrobacter）。 2.生長(zhǎng)條件： ?這些細(xì)菌生長(zhǎng)相對(duì)緩慢。它們對(duì)環(huán)境條件要求苛刻，例如，氨氧化細(xì)菌適宜生長(zhǎng)的pH值通常在7.2-8.0之間，溫度一般在25-30℃左右。 ?對(duì)溶解氧也有一定要求，需要有足夠的氧氣來(lái)支持氧化反應(yīng)。在自然水體中，它們通常分布在水體的有氧層，如河流、湖泊的表層水。在污水廠中，它們主要存在于曝氣池中，因?yàn)槠貧饽芴峁┏渥愕娜芙庋酢?/span> 1.氮循環(huán)環(huán)節(jié)：在自然水體的氮循環(huán)中，硝化作用是關(guān)鍵步驟。它將氨氮（通常來(lái)自于動(dòng)植物殘?bào)w的分解、農(nóng)業(yè)面源污染等）轉(zhuǎn)化為硝酸根離子。硝酸根離子是水生植物可以吸收利用的氮素形態(tài)，有助于水生植物的生長(zhǎng)。例如，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，硝化作用產(chǎn)生的硝酸根可以被浮游植物吸收，用于合成蛋白質(zhì)等含氮有機(jī)物，促進(jìn)浮游植物的繁殖。2.水質(zhì)調(diào)節(jié)：適量的硝化作用有助于維持水體的生態(tài)平衡。如果硝化作用不足，氨氮積累會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，引發(fā)藻類大量繁殖等問(wèn)題。而如果硝化作用過(guò)強(qiáng)，可能會(huì)導(dǎo)致水體pH值下降，因?yàn)橄跛岬纳蓵?huì)使水體酸化。1.污水處理工藝核心環(huán)節(jié)：在污水生物處理工藝中，如活性污泥法，硝化作用是去除氨氮的重要過(guò)程。污水中的氨氮通過(guò)曝氣池中的微生物進(jìn)行硝化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硝酸氮。這一步驟對(duì)于降低污水中的氨氮含量，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。2.運(yùn)行參數(shù)控制：為了保證硝化作用的良好進(jìn)行，污水廠需要控制合適的參數(shù)。例如，控制曝氣池的溶解氧含量在2-3mg/L左右，以滿足硝化細(xì)菌對(duì)氧氣的需求；調(diào)節(jié)pH值，通過(guò)添加堿液等方式防止pH值過(guò)低影響硝化細(xì)菌的活性。1.定義：反硝化作用是在無(wú)氧或微氧條件下，反硝化細(xì)菌利用有機(jī)碳源作為電子供體，將硝酸或亞硝酸還原為氣態(tài)氮的過(guò)程。1.微生物種類：反硝化細(xì)菌是異養(yǎng)細(xì)菌，常見(jiàn)的有假單胞菌屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）等。?反硝化細(xì)菌是兼性厭氧菌，在有氧和無(wú)氧環(huán)境下都能生存。在無(wú)氧或低氧環(huán)境下，它們的反硝化活性最強(qiáng)。適宜的pH值范圍一般在7.08.0之間，溫度在2035℃左右反硝化作用較為活躍。?對(duì)碳源有一定要求，需要有機(jī)碳源來(lái)提供電子用于還原反應(yīng)。在自然水體中，它們可以利用水體中的有機(jī)物，如植物殘?bào)w分解產(chǎn)生的有機(jī)物。在污水廠中，污水中的有機(jī)物（如生活污水中的糖類、蛋白質(zhì)等）可以作為碳源。1.氮循環(huán)平衡維護(hù)：在自然水體中，反硝化作用是將硝態(tài)氮從水體中去除的重要過(guò)程。例如在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，濕地土壤中的反硝化細(xì)菌在缺氧環(huán)境下，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫诺酱髿庵?，從而減少水體中的氮素含量，避免水體富營(yíng)養(yǎng)化。2.生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定：通過(guò)反硝化作用，能夠調(diào)節(jié)水體中的氮平衡，維持水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。如果反硝化作用受到抑制，硝態(tài)氮積累會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.脫氮工藝關(guān)鍵部分：在污水廠的脫氮工藝中，反硝化作用與硝化作用相結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)污水總氮去除的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)硝化作用后的污水，含有大量的硝態(tài)氮，進(jìn)入反硝化池后，在缺氧條件下，反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮還原為氮?dú)馀懦鏊w，從而降低污水中的總氮含量。2.工藝控制要點(diǎn)：為了促進(jìn)反硝化作用，污水廠需要控制反硝化池的溶解氧含量在0.5mg/L以下，創(chuàng)造缺氧環(huán)境。同時(shí)，要保證有足夠的碳源供應(yīng)，如果污水中的碳源不足，需要添加外部碳源，如甲醇、乙酸等，以維持反硝化細(xì)菌的活性。以下是幾種常見(jiàn)的污水硝化、反硝化工藝及其工藝流程、優(yōu)點(diǎn) / 特點(diǎn)： （一）傳統(tǒng)三級(jí)活性污泥法- 工藝流程第一級(jí)曝氣池為一般的二級(jí)處理曝氣池，主要功能是去除有機(jī)物，使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮。經(jīng)過(guò)沉淀后，廢水進(jìn)入第二級(jí)硝化曝氣池，在硝化菌的作用下，使氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此過(guò)程需要消耗一定的堿度，可能需要投加堿補(bǔ)充堿度。第三級(jí)為反硝化池，維持缺氧條件，不進(jìn)行曝氣，只采用攪拌機(jī)械使污泥處于懸浮狀態(tài)并與污水充分混合，利用反硝化菌將硝態(tài)氮還原為氮?dú)猓聪趸^(guò)程所需要的碳源不足時(shí)，需要外加碳源。
- 優(yōu)點(diǎn) / 特點(diǎn)好氧菌、硝化菌和反硝化菌分別生長(zhǎng)在不同的構(gòu)筑物中，均可在各自適宜的環(huán)境條件下生長(zhǎng)繁殖，所以反應(yīng)速度較快，可以得到較好的 BOD5 去除和脫氮效果。但流程長(zhǎng)、處理構(gòu)筑物多、附屬設(shè)備多，基建費(fèi)用高、需要補(bǔ)充堿度和外加碳源因而運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。
（二）A/O 工藝- 工藝流程原污水先進(jìn)入缺氧池，并將好氧池的混合液與沉淀池的污泥同時(shí)回流到缺氧池。缺氧池中，反硝化菌利用原污水中的碳源以及好氧池回流混合液中的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?。缺氧池的出水進(jìn)入好氧池，在好氧條件下，硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，好氧池中的混合液部分回流至缺氧池，剩余部分進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離。
- 優(yōu)點(diǎn) / 特點(diǎn)流程相對(duì)簡(jiǎn)單，基建費(fèi)用較低。前置反硝化可以充分利用原污水中的碳源，減少外加碳源的用量，降低運(yùn)行成本。同時(shí)，該工藝具有較好的脫氮效果，對(duì)氨氮和總氮的去除率較高，出水水質(zhì)較好。但好氧池的曝氣能耗較高，需要對(duì)溶解氧進(jìn)行精確控制，以保證硝化和反硝化反應(yīng)的平衡。
（三）同步硝化反硝化工藝（SND）-MBBR 法- 工藝流程在 MBBR 反應(yīng)池中，投加比重接近水、可懸浮于水中的懸浮填料。污水進(jìn)入反應(yīng)池后，在曝氣和水流的作用下，填料處于流化狀態(tài)，微生物在填料表面生長(zhǎng)形成生物膜。在生物膜的好氧層，好氧氨氧化菌、亞硝酸鹽氧化菌和好氧反硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化和部分反硝化反應(yīng)；在生物膜的缺氧層，厭氧氨氧化菌、自養(yǎng)型亞硝酸細(xì)菌和反硝化細(xì)菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)，最終達(dá)到脫氮目的。
- 優(yōu)點(diǎn) / 特點(diǎn)能有效地保持反應(yīng)器中 pH 穩(wěn)定，減少或取消堿度的投加?？梢詼p少傳統(tǒng)反應(yīng)器的容積，節(jié)省基建費(fèi)用。對(duì)于僅由一個(gè)反應(yīng)池組成的序批示反應(yīng)器來(lái)講，能夠降低實(shí)現(xiàn)硝化 - 反硝化所需的時(shí)間。曝氣量的節(jié)省，能夠進(jìn)一步降低能耗。但該工藝對(duì)微生物的培養(yǎng)和控制要求較高，需要優(yōu)化填料的選擇、溶解氧濃度、溫度和酸堿度等控制因素。
（四）氧化溝工藝- 工藝流程氧化溝是一種環(huán)形的曝氣溝渠，污水進(jìn)入氧化溝后，在曝氣設(shè)備的作用下，與活性污泥充分混合。在氧化溝的不同區(qū)域，通過(guò)控制曝氣強(qiáng)度和水流速度，形成缺氧和好氧環(huán)境。在好氧區(qū)，硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；在缺氧區(qū)，反硝化菌利用硝態(tài)氮和污水中的碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝態(tài)氮還原為氮?dú)狻?/span>
- 優(yōu)點(diǎn) / 特點(diǎn)氧化溝的構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便，基建費(fèi)用和運(yùn)行成本較低。具有良好的脫氮除磷效果，通過(guò)合理的運(yùn)行控制，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)硝化、反硝化和除磷功能。對(duì)水質(zhì)和水量的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠穩(wěn)定運(yùn)行。但氧化溝的占地面積較大，曝氣設(shè)備的能耗較高，需要定期對(duì)活性污泥進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整。
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