硝化池反硝化池作用原理

硝化池和反硝化池是污水处理中生物脱氮工艺的核心环节，二者通过微生物的代谢作用协同实现氮的去除。以下是其作用原理及关键区别的详细解析：

一、硝化池：氨氮氧化为硝态氮

作用

将污水中的 氨氮（NH₃/NH₄⁺） 氧化为 亚硝酸盐（NO₂⁻） 和 硝酸盐（NO₃⁻），为后续反硝化脱氮提供底物。

原理

参与微生物

亚硝化细Jun：将氨氮氧化为亚硝酸盐（NH₄⁺ → NO₂⁻），如硝化螺菌属（Nitrosomonas）。

硝化细Jun：将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐（NO₂⁻ → NO₃⁻），如硝化杆菌属（Nitrobacter）。

共同特点：均为 化能自养型细Jun，以无机碳（如 CO₂）为碳源，通过氧化氨氮获取能量。

反应条件

好氧环境：需持续曝气供氧（溶解氧 DO ≥ 2 mg/L），为微生物代谢提供电子受体（O₂）。

中性至弱碱性 pH（7.0~8.5）：氨氮以游离氨（NH₃）形式存在，更易被微生物利用；pH 过低会yi制酶活性。

适宜温度：20~30℃（低温会显著降低硝化速率，低于 15℃时效率大幅下降）。

低有机负荷：有机物（BOD）过高会导致异养菌过度繁殖，与自养硝化菌竞争溶解氧和生长空间，一般要求 BOD₅ ≤ 20 mg/L。

化学反应式

亚硝化阶段：NH4++1.5O2亚硝化细Jun NO2−+2H++H2O+能量

硝化阶段：NO2−+0.5O2硝化细Jun NO3−+能量

总反应：NH4++2O2→NO3−+2H++H2O
每氧化 1 mg NH₄⁺-N 需消耗约 4.57 mg O₂（理论需氧量），并产生 2.6 mg H⁺（导致 pH 下降，需投加碱度维持）。

二、反硝化池：硝态氮还原为氮气

作用

将硝化池产生的 亚硝酸盐（NO₂⁻）和硝酸盐（NO₃⁻） 还原为 氮气（N₂），从污水中逸出，实现脱氮。

原理

参与微生物

反硝化细Jun：如假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）等，属于 异养型兼性厌氧Jun，在无分子氧（O₂）但存在硝态氮（NO₃⁻/NO₂⁻）时，以硝态氮为电子受体进行无氧呼吸。

反应条件

缺氧环境：溶解氧 DO ≤ 0.5 mg/L（避免 O₂竞争硝态氮作为电子受体），但需保持搅拌使污水与污泥充分混合。

充足碳源：反硝化细Jun需有机碳源（如甲醇、乙酸、污水中的 BOD）提供电子供体，一般要求 C/N ≥ 4~6（以 BOD₅/N 计）。若碳源不足，需外加碳源（如投加甲醇）。

适宜 pH：6.5~8.0（pH 过高或过低会影响酶活性，导致反硝化速率下降）。

温度：20~40℃（低于 15℃时效率明显降低，低温需延长停留时间）。

化学反应式

以甲醇（CH₃OH）为碳源时，总反应式：6NO3−+5CH3OH反硝化细Jun 3N2↑+5CO2+7H2O+6OH−
每还原 1 mg NO₃⁻-N 需消耗约 2.86 mg 甲醇（理论碳源量），并产生 3.57 mg OH⁻（可中和硝化阶段产生的酸度）。

中间产物：反应路径为 NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO → N₂O → N₂，其中 NO 和 N₂O 为温室气体，需控制反应完全以减少排放。

三、硝化池与反硝化池的协同作用

1. 工艺组合（以 A/O 工艺为例）

厌氧 / 缺氧 / 好氧（A²/O）或缺氧 / 好氧（A/O）工艺：

反硝化池（缺氧区） 在前，利用污水中原有碳源还原硝态氮；

硝化池（好氧区） 在后，将氨氮氧化为硝态氮，并通过内回流（硝化液回流）将 NO₃⁻送回反硝化池继续反应。

关键控制参数：

内回流比（R）：硝化液回流量通常为 1 0 0 %~300%，确保足够的 NO₃⁻进入反硝化池。

污泥龄（SRT）：硝化菌世代周期长，需维持较长 SRT（一般≥10 天），避免被排出系统。

2. 脱氮效率影响因素

碳氮比（C/N）：C/N 不足时反硝化不彻底，导致总氮（TN）超标，需外加碳源。

溶解氧（DO）：硝化池需维持高 DO，反硝化池需严格控低 DO，避免氧yi制反硝化菌。

pH 与碱度：硝化消耗碱度（每氧化 1 mg NH₄⁺-N 消耗 7.14 mg CaCO₃），反硝化产生碱度，需平衡两者以维持 pH 稳定。

四、总结对比

      通过硝化与反硝化的协同作用，污水中的氨氮和硝态氮被逐步转化为氮气，实现gao效脱氮，这是市政污水和工业废水处理中zui常用的生物脱氮技术原理。