在有氧條件下，氨氮被硝化細菌所氧化成為亞硝酸鹽和硝酸鹽。包括兩個基本反應步驟：由亞硝酸菌（Nitrosomonas sp）參與將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應；硝酸菌（Nitrobacter sp）參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應，亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，它們利用CO2、CO32-、HCO3-等做為碳源，通過NH3、NH4+、或NO2-的氧化還原反應獲得能量。硝化反應過程需要在好氧（Aerobic或Oxic）條件下進行，并以氧做為電子受體，氮元素做為電子供體。其相應的反應式為：
NH4++1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3在硝化反應過程中，氮元素的轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了以下幾個過程：氨離子NH4+→羥胺NH2OH→硝酰基NOH→亞硝酸鹽NO2-→硝酸鹽NO3-。但是，硝化過程主要由自養(yǎng)微生物完成，亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養(yǎng)菌，硝化過程所需碳源來自 CO32-、HCO2-等無機碳源；硝化菌的世代期較異養(yǎng)菌長得多，生長繁殖速度緩慢， 產(chǎn)率較低，若進水中有機污染物(COD)大大超過氨氮時，異養(yǎng)菌大量繁殖，并在與硝化菌競爭中占優(yōu)勢，逐漸成為優(yōu)勢菌種，從而降低反應器的硝化效率。規(guī)范上要求進入硝化池的BOD應小于80mg/L，根據(jù)實踐認為進入硝化池的碳源越低對硝化越有利。在缺氧條件下，亞硝酸鹽和硝酸鹽被反硝化菌還原為氮氣而從污水中逸出，從而達到除氮的目的，反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物。當有分子態(tài)氧存在時，反硝化菌氧化分解有機物，利用分子氧作為最終電子受體，當無分子態(tài)氧存在時，反硝化細菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N3+和N5+做為電子受體生成水和OH-堿度，有機物則作為碳源提供電子供體提供能量并得到氧化穩(wěn)定，由此可知反硝化反應須在缺氧條件下進行。從NO3-還原為N2的過程如下：NO3-→NO2-→NO→N2O→N2反硝化過程中，反硝化菌需要有機碳源（如碳水化合物、醇類、有機酸類）作為電子供體，利用NO3-中的氧進行缺氧呼吸。其反應過程可以簡單用下式表示：NO3-+4H(電子供體有機物)→1/2N2+H2O+2OH-+NO2-+3H(電子供體有機物)→1/2N2+H2O+OH-
綜上，硝化、反硝化過程對有機物的存在是矛盾的：自養(yǎng)硝化菌適宜在低碳源環(huán)境下生存，在大量有機物存在時，對氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的競爭不如好氧異養(yǎng)菌，致使反應器內(nèi)異養(yǎng)菌成為優(yōu)勢菌種；而反硝化反應需要有機碳源作為電子供體完成脫氮過程，這也是為什么碳源只能投加到反硝化池的原因。所以，如果僅僅是脫氨，是不需要充足的碳源的，也就是不需要投加碳源，但是如果是脫氮的全過程，就需要充足的碳源，在國內(nèi)生活污水普遍不足的情況下投加碳源是不可少的措施！
對于脫氮系統(tǒng)，碳源決定了脫氮效率的深度，反硝化池中理論上只要CN比為2.86時，就可以wan全脫氮，如果再加上微生物自身生長，CN比為3.70時可以wan全脫氮公式如下：
假設(shè)C為甲醇，甲醇氧化的過程可用（1）式所示，
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O（1）
1、反硝化的時候，如果不包含微生物自身生長，方程式非常簡單，通常以甲醇為碳源來表示。
6NO3-+5CH3OH→
3N2+5CO2+7H2O+6OH-（2）
由（1）式可以得到甲醇與氧氣（即COD）的對應關(guān)系：1mol甲醇對應1.5mol氧氣，由（2）式可以得到甲醇與NO3-的對應關(guān)系，1mol甲醇對應1.2molNO3-，兩者比較可以得到，1molNO3--N對應1.25molO2，即14gN對應40gO2，因此C/N=40/14=2.86。
2、反硝化的時候，如果包含微生物自身生長，如（3）式所示。
NO3-+1.08CH3OH
→0,065C5H7NO2+0.47N2+1.68CO2+HCO3-（3）
同樣的道理，我們可以計算出C/N=3.70。
但是理論終究是理論，并沒有考慮內(nèi)回流所攜帶的氧氣。正常情況下，反硝化菌只有在消耗完內(nèi)回流攜帶的氧氣之后才進行反硝化，所以，這一部分的氧氣也是消耗了碳源，所以在一些手冊中也給予了規(guī)定，要求AO脫氮工藝的CN比控制大于4，實際運行中CN（COD：TN）比一般控制在4~6，缺少碳源，是我目前遇到很多朋友TN不達標的最多的原因之一！TN去除率低解決辦法：按CN比4~6，投加碳源，然后根據(jù)反硝化池出口硝態(tài)氮的含量進行碳源的增加或者減少的微調(diào)操作！
根據(jù)第二章節(jié)我們知道，脫氮系統(tǒng)的CN比的經(jīng)驗值一般控制在4~6，在計算的時候一般會采用中間值計算或者通過對化驗出水TN來調(diào)整投加量！
1、外部碳源投加量簡易計算方法
統(tǒng)一的計算式為：
Cn=5N （式1）
式中
Cn—脫氮必須投加的外部碳源量（以COD計）mg/l；
5—反硝化1kgNO-3-N需投加外部碳源(以COD計)5kg；
N—需要外部碳源去除的TN量，mg/l
需用外部碳源反硝化去除的氮量計算
N=Ne-Ns （式2）
式中
Ne—二沉池出水實際TN濃度mg/l；
Ns—二沉池TN排放標準mg/l
2、案例計算：
某城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模Q=1萬m3／d，已建成穩(wěn)定運行，二沉池出水排放標準總氮Ns≤15mg／L，氨氮為0，而出水總氮Ne超標，Ne=20 mg／L，求外加碳源量。
解：按式(2)計算：
N=Ne-Ns=20-15=5(mgN／L)
代入式(1)得：
Cn=5N=5×5=25(mgCOD/L)
則每日需外加COD量：
Cd=QCn=1×10^4×25×10^-3=250(kgCOD/d)
因樓主選用甲醇為外加碳源，其COD當量為1.5kgCOD/kg甲醇，甲醇量為：250/1.5=166kg/d
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