硝化池和反硝化池是污水處理中生物脫氮工藝的核心環節，二者通過微生物的代謝作用協同實現氮的去除。以下是其作用原理及關鍵區別的詳細解析：

一、硝化池：氨氮氧化為硝態氮

作用

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

原理

參與微生物

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

硝化細Jun：將亞硝酸鹽進一步氧化為硝酸鹽（NO?? → NO??），如硝化桿菌屬（Nitrobacter）。

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

反應條件

好氧環境：需持續曝氣供氧（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℃時效率大幅下降）。

低有機負荷：有機物（BOD）過高會導致異養菌過度繁殖，與自養硝化菌競爭溶解氧和生長空間，一般要求 BOD? ≤ 20 mg/L。

化學反應式

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

硝化階段：NO2?+0.5O2硝化細Jun NO3?+能量

總反應：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），并產生 2.6 mg H?（導致 pH 下降，需投加堿度維持）。

二、反硝化池：硝態氮還原為氮氣

作用

將硝化池產生的 亞硝酸鹽（NO??）和硝酸鹽（NO??） 還原為 氮氣（N?），從污水中逸出，實現脫氮。

原理

參與微生物

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

反應條件

缺氧環境：溶解氧 DO ≤ 0.5 mg/L（避免 O?競爭硝態氮作為電子受體），但需保持攪拌使污水與污泥充分混合。

充足碳源：反硝化細Jun需有機碳源（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）。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，導致反硝化速率下降）。

溫度：20~40℃（低于 15℃時效率明顯降低，低溫需延長停留時間）。

化學反應式

以甲醇（CH?OH）為碳源時，總反應式：6NO3?+5CH3OH反硝化細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），并產生 3.57 mg OH?（可中和硝化階段產生的酸度）。

中間產物：反應路徑為 NO?? → NO?? → NO → N?O → N?，其中 NO 和 N?O 為溫室氣體，需控制反應完全以減少排放。

三、硝化池與反硝化池的協同作用

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） 在前，利用污水中原有碳源還原硝態氮；

硝化池（好氧區） 在后，將氨氮氧化為硝態氮，并通過內回流（硝化液回流）將 NO??送回反硝化池繼續反應。

關鍵控制參數：

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

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。

2. 脫氮效率影響因素

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

溶解氧（DO）：硝化池需維持高 DO，反硝化池需嚴格控低 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?），反硝化產生堿度，需平衡兩者以維持 pH 穩定。

四、總結對比

      通過硝化與反硝化的協同作用，污水中的氨氮和硝態氮被逐步轉化為氮氣，實現gao效脫氮，這是市政污水和工業廢水處理中zui常用的生物脫氮技術原理。