滚氮吧，总氮君-污水厂的总氮的去除（上）
污水中的总氮是造成水环境污染的主要物质之一，2017~2018年，国家环保部门对总氮的监管开始进入到污水厂内，在污水厂的出口增加总氮在线检测仪，对污水厂的出水总氮实行了实时监控。这对于各个污水厂来说是水质管理上台阶的具体的要求，那么污水处理厂在日常管理中，要如何实现总氮的达标运行呢？
要了解总氮的去除，首先要明确总氮的构成，在化学意义上总氮不是一个单一的构成体，它是水中氮的一族的合集，为硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮与有机氮的总称，是反映水体富营养化的主要指标。污水厂作为城市污水处理的重要环节，对总氮的去除效果对整体水环境的影响至关重要。但是在实际运行中，总氮的去除往往是让污水厂工艺管理人员最为头疼的指标之一，公众号从这一期开始对污水厂的总氮的去除进行系列讨论，欢迎大家持续关注。
很多污水厂在经过多年的运行以后，对COD以及氨氮的去除都有了很多经验，可以应对多种工艺异常，保证氨氮的稳定去除（对氨氮的去除，大家可以回看公众号内《氨氮，氨氮，又见氨氮》一文详细了解），由于以往各级监管部门对总氮的监测和要求并不是很严格，多数污水厂的总氮去除效果并不是很理想，有些人认为我的污水里面氨氮都去除了，氨氮包括在总氮里面，为什么总氮没有效果？是监测错误么？今天总氮去除第一篇我们就来讨论下总氮的去除为什么这么难，难点在哪里？
在前面的总氮的定义中可以了解，总氮包含的有硝酸盐氮（NO3-），亚硝酸盐氮（NO2-），氨氮（NH4+），有机氮这几类。从这样看来，氨氮是总氮的组分之一，当氨氮下降了，总氮也应该下降达标才对啊，为什么总氮会超标呢？而且从排放国标的一级A的指标值上看，氨氮的是5（水温低于12℃为8） mg/L，而总氮在15mg/L，总氮有充分的理由可以达标，可是为什么出现氨氮容易达标，总氮不容易达标呢？我们来看国际上公认的采用生物法的污水处理厂内总氮去除的机理。
采用活性污泥法的污水处理厂的处理核心是活性污泥中聚集的大量微生物，这些微生物在生长过程中，需要一部分氮作为体内蛋白质的合成，用以维持微生物的基本生命活动，我们称这部分在微生物生长过程中去除的污水中的氮为同化作用去除的氮。总体来说通过同化作用去除的氮是比较少的。行业内经常讨论的C：N：P的比例100：5：1就是指这部分维持微生物基本生存所需要的营养组分，也就是污水厂的微生物能正常生长繁殖所能去除的氮大概在碳源的1/２０。但实际上我们污水中所含的氮源是远远高于这个比例的。特别是我国地域辽阔，南北方饮食结构不同，北方冬季寒冷，需要大量的肉食脂肪蛋白质来保持身体所需，造成北方的总氮值很高，下表是北方某污水厂2016年的年度进出水水质平均值，可以看到BOD和TN的比值达到了６，远远大于０.０５的生物比例。因此在污水厂内，仅仅通过同化作用去除的氮是远远不能实现出水达标的。
在公众号前面的活性污泥的系列文章中提到，活性污泥中聚集大量的不同种类的微生物，这些微生物具有各种不同的特性，有一族群的微生物会对污水中各种氮进行比较明显的生物作用，它们是自然界氮循环链条中必不可缺少的一环。关于氮循环我们在公众号前面的《污水中的兄弟连－氮族》中进行了详细的介绍，活性污泥中的而微生物对污水中的氮的去除是这个氮循环的一部分，通过几个分步来完成的。我们来逐一看这几步。
由于市政污水厂绝大部分采用的是活性污泥的生物处理法，我们来看看在市政污水厂中生物脱氮的基本原理，脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。
① 氨化：污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；
② 硝化：污水中的氨氮在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下被转化为NO2-和NO3-的过程；
③ 反硝化：污水中的NO2-和NO3-在缺氧条件下在反硝化菌（兼性异养型细菌）的作用下被还原为N2的过程。
从污水厂活性污泥法脱氮的生物学反应机理上可以看到，在整个脱氮过程中，每一步参与的微生物的种群都是不一样的，有氨化的微生物，也有硝化的微生物，还有反硝化的微生物，这些不同生物功能的微生物对生存环境的要求也不尽相同，为了适应这些不同的生存环境，在污水处理工艺上进行了改进，以保证生物脱氮的正常运行。
多数污水厂现阶段能够进行第一步和第二步（氨氮工艺控制请回看《氨氮，氨氮又见氨氮》），完成了氨氮向硝酸盐和亚硝酸盐的转化，但是第三步的反硝化却还没有引起足够的重视，在工艺调控上还没有比较明确的概念，这样的结果一般是氨氮转化成了亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，出水监测的氨氮达标了，在总氮监测中的氨氮组分下降了，但是亚硝酸盐氮和硝酸盐氮组分上升了，综合以后就是总氮仍然没有达标。所以从污水厂现阶段的工艺运行情况来看，总氮的去除难度在反硝化阶段，如何有效的提高反硝化的作用，实现全流程的生物脱氮呢？下周公众号对对生物脱氮的反硝化阶段进行详细讨论。欢迎大家持续关注并参与讨论。