在活性污泥法和生物膜法等生物处理工艺中是至关重要的生化过程。
一、什么是硝化反应
在好氧条件下，自养型好氧微生物（主要是硝化细菌）将污水中的氨氮（NH₄⁺-N）和游离氨（NH₃）转化为硝酸盐氮（NO₃⁻-N）的过程。
简单来说，它的核心任务就是：将氨氮转化为硝酸盐。溶解氧仪
二、硝化反应的过程
第一阶段：亚硝化过程
反应方程式： NH₄⁺ + 1.5O₂ → NO₂⁻ +
2H⁺ + H₂O + 能量
在亚硝酸菌（或称氨氧化菌，AOB），如 Nitrosomonas（亚硝化单胞菌)的作用下将氨氮（NH₄⁺）氧化成亚硝酸盐（NO₂⁻）。第二阶段：硝化过程
反应方程式： NO₂⁻ + 0.5O₂ → NO₃⁻ + 能量
在硝酸菌（或称亚硝酸盐氧化菌，NOB），如 Nitrobacter（硝化杆菌)的作用下将亚硝酸盐（NO₂⁻）进一步氧化成硝酸盐（NO₃⁻）。
总反应方程式：NH₄⁺+ 2O₂ → NO₃⁻ +
2H⁺ + H₂O + 能量
从总方程式可以看出，硝化反应会消耗氧气和产生氢离子（H⁺），这两个特点对污水处理系统的运行控制至关重要。
溶解氧仪
三、硝化反应在污水处理过程中的意义
1， 为反硝化脱氮做准备： 硝化反应本身只是将氮从一种形态转化为另一种形态，并没有将氮从系统中移除。但它产生的硝酸盐（NO₃⁻）是后续反硝化反应的底物。反硝化反应在缺氧条件下将硝酸盐转化为氮气（N₂），释放到大气中，从而完成污水的“脱氮”过程。
2，稳定水质： 减少了水中耗氧物质（氨氮本身也是耗氧物质）的浓度。
四、影响硝化反应的关键环境因素 溶解氧仪
硝化细菌生长缓慢（世代时间长），对环境条件非常敏感，因此控制好以下因素至关重要：
1，溶解氧（DO）：硝化反应是好氧过程，需要充足的氧气。
一般将好氧池中的DO浓度维持在 2-4 mg/L。过低会严重抑制硝化速率。
2，温度.硝化反应速率受温度影响很大。最适宜温度通常在 30-35°C在低温（如 <15°C）下，硝化速率会显著下降，在冬季运行时需要特别注意（如延长污泥龄、增加曝气等）。
3，pH值.硝化反应会消耗碱度并产生酸（H⁺），导致pH下降。
最佳pH范围是 7.5 - 8.5。当pH < 6.5 时，硝化作用会明显减弱；pH < 5.5 时，几乎停止。因此，对于碱度不足的污水，需要投加碱度（如石灰、碳酸钠、氢氧化钠等）来维持稳定的pH环境。
4，污泥龄（SRT）/细胞平均停留时间,硝化细菌世代时间较长（例如，在15°C时可达10天以上）。为了保证这些慢速生长的细菌不会从系统中被“洗掉”，必须设计足够长的污泥龄,污泥龄必须大于硝化菌的最小世代时间，通常设计时会留有足够的安全余量,
5，有毒物质，重金属（如铜、锌、铬）、高浓度的氨氮、游离性氨（FA）、氰化物、硫化物等都会抑制甚至毒害硝化细菌。
6，C/N 比（碳氮比）虽然硝化菌是自养菌，不直接需要有机碳源，但污水中过高的BOD（有机污染物）会刺激异养菌大量繁殖。异养菌生长更快，会与硝化菌争夺溶解氧和空间，从而间接抑制硝化作用。
五. 硝化反应在污水处理工艺中的位置,在一个完整的生物脱氮污水处理厂（如A/O、A²/O、氧化沟、SBR等工艺）中，硝化反应通常发生在：好氧区：
在这里提供充足的曝气，完成NH₄⁺ → NO₃⁻的转化。前置或缺氧区： 硝化反应后的混合液（含有NO₃⁻）会回流到前面的缺氧区，利用原污水中的碳源进行反硝化脱氮 溶解氧仪
总结硝化反应是污水生物脱氮过程的核心环节和前提。虽然不直接去除总氮，但将氨氮转化为易于在后续反硝化过程中去除的形态。在实际污水处理厂的运行管理中，必须精心控制溶解氧、温度、pH和污泥龄等参数，才能确保硝化反应的稳定高效进行，最终实现废水都达标排放。
