硝化反應過(guò)程：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。他包括兩個(gè)基本反應步驟：由亞硝酸菌（Nitrosomonas sp）參與將氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應；硝酸菌（Nitrobacter sp）參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的反應，亞硝酸菌和硝酸菌都是化能自養菌，它們利用CO2、CO32-、HCO3-等做為碳源，通過(guò)NH3、NH4+、或NO2-的氧化還原反應獲得能量。硝化反應過(guò)程需要在好氧（Aerobic或Oxic）條件下進(jìn)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：
55NH4++76O2+109HCO3→C5H7O2N﹢54NO2-+57H2O+104H2CO3
400NO2-+195O2+NH4-+4H2CO3+HCO3-→C5H7O2N+400NO3-+3H2O
NH4-+1.83O2+1.98HCO3→0.021C5H7O2N+0.98NO3-+1.04H2O+1.884H2CO3
通過(guò)上述反應過(guò)程的物料衡算可知，在硝化反應過(guò)程中，將1克氨氮氧化為硝酸鹽氮需好氧4.57克（其中亞硝化反應需耗氧3.43克，硝化反應耗氧量為1.14克），同時(shí)約需耗7.14克重碳酸鹽（以CaCO3計）堿度。
在硝化反應過(guò)程中，氮元素的轉化經(jīng)歷了以下幾個(gè)過(guò)程：氨離子NH4-→羥胺NH2OH→硝?；鵑OH→亞硝酸鹽NO2-→硝酸鹽NO3-。
反硝化反應過(guò)程：在缺氧條件下，利用反硝化菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從污水中逸出，從而達到除氮的目的。反硝化是將硝化反應過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮氣的過(guò)程，反硝化菌是一類(lèi)化能異養兼性缺氧型微生物。當有分子態(tài)氧存在時(shí)，反硝化菌氧化分解有機物，利用分子氧作為***終電子受體，當無(wú)分子態(tài)氧存在時(shí)，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，有機物則作為碳源提供電子供體提供能量并得到氧化穩定，由此可知反硝化反應須在缺氧條件下進(jìn)行。從NO3-還原為N2的過(guò)程如下：
反硝化過(guò)程中，反硝化菌需要有機碳源（如碳水化合物、醇類(lèi)、有機酸類(lèi)）作為電子供體，利用NO3-中的氮進(jìn)行缺氧呼吸。其反應過(guò)程可以簡(jiǎn)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-
綜上所述，硝化反應每氧化1g氨氮耗氧4.57g,消耗堿度7.14g,表現為PH值下降，在反硝化過(guò)程中，去除硝酸鹽氮的同時(shí)去除碳源，這部分碳源折合DO2.6g,另外，反硝化過(guò)程中補償堿度3.57g。 1、一般來(lái)說(shuō)，在硝化反應中每硝化lgNH3-N需要消耗7.14g堿度，所以硝化過(guò)程中需要的堿度量可按下式計算：堿度＝7.14×QΔCNH3-N×10-3 (1)Q為進(jìn)入濾池的日平均污水量，m3／d；
ΔCNH3-N為進(jìn)出濾池NH3-N濃度的差值，mg／L；
7.14為硝化需堿量系數，kg堿度／kgNH3-N。
2、對于含氨氮濃度較高的工業(yè)廢水，通常需要補充堿度才能使硝化反應器內的pH值維持在7.2～8.0之間。計算公式如下：堿度＝K×7.14×QΔCNH3-N×10-3 (2)3、實(shí)際工程中進(jìn)行堿度核算應考慮以下幾部分：入流污水中的堿度，生物硝化消耗的堿度，分解BOD5產(chǎn)生的堿度，以及混合液中應保持的剩余堿度。要使生物硝化順利進(jìn)行，必須滿(mǎn)足下式： 如果堿度不足，要使硝化順利進(jìn)行，則必須投加純堿，補充堿度。投加的堿量可按下式計算：ΔALK＝（ALKN＋ALKE）—（ALKw＋ALKc） （4）
ΔALK為系統應補充的堿度，mg／L；
ALKN 為生物硝化消耗的堿量；ALKN一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg堿計算。
ALKE 為混合液中應保持的堿量，ALKE一般按曝氣池排出的混合液中剩余50mg/L堿度(以Na2CO3計)計算。
ALKw 為原污水中的總堿量；
ALKc 為BOD5分解過(guò)程中產(chǎn)生的堿量；ALKc與系統的SRT有關(guān)系：
當SRT＞20d時(shí)，可按降解每千克BOD5產(chǎn)堿0.1kg計算；當SRT＝10～20d時(shí)，按0.05kgALK/kgBOD5；當SRT＜10d時(shí)，按0.01gALK/kgBOD5。
Q為進(jìn)入濾池的日平均污水量，m3／d；
ΔCNH3-N為進(jìn)出濾池NH3-N濃度的差值，mg／L；
7.14為硝化需堿量系數，kg堿度／kgNH3-N。
ΔALK為系統應補充的堿度，mg／L；
ALKN 為生物硝化消耗的堿量；ALKN一般按硝化每kgNH3-N消耗7.14kg堿計算。
ALKE 為混合液中應保持的堿量，ALKE一般按曝氣池排出的混合液中剩余50mg/L堿度(以Na2CO3計)計算。
ALKw 為原污水中的總堿量；
ALKc 為BOD5分解過(guò)程中產(chǎn)生的堿量；ALKc與系統的SRT有關(guān)系：
