硝化池和反硝化池是污水處理中生物脫氮工藝的核心環(huán)節(jié)，二者通過微生物的代謝作用協(xié)同實(shí)現(xiàn)氮的去除。以下是其作用原理及關(guān)鍵區(qū)別的詳細(xì)解析：

一、硝化池：氨氮氧化為硝態(tài)氮

作用

將污水中的 氨氮（NH?/NH??） 氧化為 亞硝酸鹽（NO??） 和 硝酸鹽（NO??），為后續(xù)反硝化脫氮提供底物。

原理

參與微生物

亞硝化細(xì)Jun：將氨氮氧化為亞硝酸鹽（NH?? → NO??），如硝化螺菌屬（Nitrosomonas）。

硝化細(xì)Jun：將亞硝酸鹽進(jìn)一步氧化為硝酸鹽（NO?? → NO??），如硝化桿菌屬（Nitrobacter）。

共同特點(diǎn)：均為 化能自養(yǎng)型細(xì)Jun，以無機(jī)碳（如 CO?）為碳源，通過氧化氨氮獲取能量。

反應(yīng)條件

好氧環(huán)境：需持續(xù)曝氣供氧（溶解氧 DO ≥ 2 mg/L），為微生物代謝提供電子受體（O?）。

中性至弱堿性 pH（7.0~8.5）：氨氮以游離氨（NH?）形式存在，更易被微生物利用；pH 過低會yi制酶活性。

適宜溫度：20~30℃（低溫會顯著降低硝化速率，低于 15℃時(shí)效率大幅下降）。

低有機(jī)負(fù)荷：有機(jī)物（BOD）過高會導(dǎo)致異養(yǎng)菌過度繁殖，與自養(yǎng)硝化菌競爭溶解氧和生長空間，一般要求 BOD? ≤ 20 mg/L。

化學(xué)反應(yīng)式

亞硝化階段：NH4++1.5O2亞硝化細(xì)Jun NO2?+2H++H2O+能量

硝化階段：NO2?+0.5O2硝化細(xì)Jun NO3?+能量

總反應(yīng)：NH4++2O2→NO3?+2H++H2O
每氧化 1 mg NH??-N 需消耗約 4.57 mg O?（理論需氧量），并產(chǎn)生 2.6 mg H?（導(dǎo)致 pH 下降，需投加堿度維持）。

二、反硝化池：硝態(tài)氮還原為氮?dú)?/p>

作用

將硝化池產(chǎn)生的 亞硝酸鹽（NO??）和硝酸鹽（NO??） 還原為 氮?dú)猓∟?），從污水中逸出，實(shí)現(xiàn)脫氮。

原理

參與微生物

反硝化細(xì)Jun：如假單胞菌屬（Pseudomonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）等，屬于 異養(yǎng)型兼性厭氧Jun，在無分子氧（O?）但存在硝態(tài)氮（NO??/NO??）時(shí)，以硝態(tài)氮為電子受體進(jìn)行無氧呼吸。

反應(yīng)條件

缺氧環(huán)境：溶解氧 DO ≤ 0.5 mg/L（避免 O?競爭硝態(tài)氮作為電子受體），但需保持?jǐn)嚢枋刮鬯c污泥充分混合。

充足碳源：反硝化細(xì)Jun需有機(jī)碳源（如甲醇、乙酸、污水中的 BOD）提供電子供體，一般要求 C/N ≥ 4~6（以 BOD?/N 計(jì)）。若碳源不足，需外加碳源（如投加甲醇）。

適宜 pH：6.5~8.0（pH 過高或過低會影響酶活性，導(dǎo)致反硝化速率下降）。

溫度：20~40℃（低于 15℃時(shí)效率明顯降低，低溫需延長停留時(shí)間）。

化學(xué)反應(yīng)式

以甲醇（CH?OH）為碳源時(shí)，總反應(yīng)式：6NO3?+5CH3OH反硝化細(xì)Jun 3N2↑+5CO2+7H2O+6OH?
每還原 1 mg NO??-N 需消耗約 2.86 mg 甲醇（理論碳源量），并產(chǎn)生 3.57 mg OH?（可中和硝化階段產(chǎn)生的酸度）。

中間產(chǎn)物：反應(yīng)路徑為 NO?? → NO?? → NO → N?O → N?，其中 NO 和 N?O 為溫室氣體，需控制反應(yīng)完全以減少排放。

三、硝化池與反硝化池的協(xié)同作用

1. 工藝組合（以 A/O 工藝為例）

厭氧 / 缺氧 / 好氧（A2/O）或缺氧 / 好氧（A/O）工藝：

反硝化池（缺氧區(qū)） 在前，利用污水中原有碳源還原硝態(tài)氮；

硝化池（好氧區(qū)） 在后，將氨氮氧化為硝態(tài)氮，并通過內(nèi)回流（硝化液回流）將 NO??送回反硝化池繼續(xù)反應(yīng)。

關(guān)鍵控制參數(shù)：

內(nèi)回流比（R）：硝化液回流量通常為 1 0 0 %~300%，確保足夠的 NO??進(jìn)入反硝化池。

污泥齡（SRT）：硝化菌世代周期長，需維持較長 SRT（一般≥10 天），避免被排出系統(tǒng)。

2. 脫氮效率影響因素

碳氮比（C/N）：C/N 不足時(shí)反硝化不徹底，導(dǎo)致總氮（TN）超標(biāo)，需外加碳源。

溶解氧（DO）：硝化池需維持高 DO，反硝化池需嚴(yán)格控低 DO，避免氧yi制反硝化菌。

pH 與堿度：硝化消耗堿度（每氧化 1 mg NH??-N 消耗 7.14 mg CaCO?），反硝化產(chǎn)生堿度，需平衡兩者以維持 pH 穩(wěn)定。

四、總結(jié)對比

      通過硝化與反硝化的協(xié)同作用，污水中的氨氮和硝態(tài)氮被逐步轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)gao效脫氮，這是市政污水和工業(yè)廢水處理中zui常用的生物脫氮技術(shù)原理。