生物脱氮的深入探讨（一）
总磷总氮在线设备的安装使污水厂对出水的总氮要进行严格的管理，那么污水厂的出水总氮要怎样才能稳定达标呢？公众号在之前的文章中有《滚氮吧，总氮君》的系列文章对总氮进行了一些讨论。但是随着各污水厂对总氮的治理要求，对总氮的生物控制需要更深入的研究和更具备实操性的指导，这周公众号对生物脱氮再进行深入的讨论，和大家共同探讨生物脱氮的污水厂的实际应用。在前面的文章里我们了解氮是活性污泥中的微生物生长的必需的营养元素，因此在微生物的生长过程中是需要一部分氮的，所需要的氮与生长所需的有机物，也就是BOD是成比例，一般来说微生物的生长对有机物和氮的需求如下：微生物每需要100g的BOD，一般要去除3至5g的氮，这也就是我们常说的100：5：1（1指生长所需的磷元素）的来源。如果污水厂的进水中的比例符合这样的比例，是非常好的营养比例，这种比例微生物只需要正常生长就是可以把水中的氮去除了。一般污水厂的进水在100~150mg/L的BOD，就是说总氮应该在5~7.5 mg/L，但实际上我们的生活污水是不可能有这么低的总氮的。各个污水厂都能从实际的运行数据中看出，总氮的进水浓度一般都高于这个比例数值，也就是说活性污泥中的微生物所需要的氮远远低于进水中的氮。那么污水中存在高于这个比例的氮浓度的时候，就要进行生物的脱氮反应，利用活性污泥中的微生物把氮转化为氮气释放到空气中。这是将活性污泥中的微生物的硝化步骤（把铵转化为硝酸盐）和反硝化步骤（把硝酸盐转化成氮气）的组合，然后将硝酸盐还原为氮气。反应可以用化学式表示如下;硝化： NH4++2O2->NO3-+H2O+2H++能量这个过程需要自养细菌（例如亚硝化单胞菌，硝化杆菌）和需氧条件。应该注意的是这个过程是自养细菌进行的，所以对碳源是没有消耗的，但是需要氧气的参与。因此我们的硝化反应主要来自于微生物中存在的硝化细菌和生物池里提供的充足氧气，这也就是说在污水厂中氨氮的去除，是需要合理的活性污泥浓度和充足的溶解氧量的。但是要注意这一类自养细菌的活动能力和硝化能力较弱，需要具有长污泥龄的活性污泥作为硝化的基础。现在除了亚硝化单胞菌和硝化杆菌的经典硝化作用理论之外，还有越来越多的迹象表明其他微生物也在铵转化为硝酸盐中发挥作用，这也是近年来污水处理的前沿科技探索的新型的硝化作用。
反硝化：4NO3-+5CH2O +4H+ ->2N2 + 5CO2 +7H2O +能量这个过程需要异养细菌，碳源的存在和缺氧条件（混合且不充气）。通过化学计量，2.86gBOD足以还原1g硝酸盐。然而，在实践中，将需要至少4或5的BOD / N比。这也就是反硝化碳源的来源，很多污水厂对总氮迟迟不降感到奇怪，或者想尽方法，但是往往忘记了反硝化的基本的要求，反硝化的异养过程是需要碳源参与的，按照BOD和氮的比例5：1的比例进行计算的，因此对于具备反硝化的工艺过程的污水厂，但是总氮没有下降，要进行这个比例的核算，如果确实不够，就需要进行碳源的补充。优质的快速碳源一般为甲醇，乙酸钠等。由于甲醇的保存难度大，危险性高，如果没有附近的化工企业保证来源，一般采用化学性质稳定的乙酸钠作为快速碳源。
我们来看两种工艺的脱氮反应的过程：
这是我们通常所说的AO脱氮工艺，这种工艺有严格的缺氧和好样的功能区域的划分，硝酸盐是由通过活性污泥的内回流泵提升进入到缺氧池，而碳源是由进入缺氧池的进水中所含的碳源提供的。这种工艺在运行中需要注意的有：1、缺氧区的停留时间，2、混合液的污泥浓度MLSS/MLVSS。3、内回流比。4、进水中的碳源含量是否满足生物脱氮的5：1的比例。6、生物池的温度（13~15℃为反应良好和较差的分界线）。这些项目在运行中需要进行是实际的检测和归纳总结，判断和确定最佳的运行参数。
这个是SBR工艺的总氮去除过程，在这个过程中，硝化段主要集中在曝气阶段，在曝气阶段，满足了硝化作用的好氧条件，同时具有足够多的污泥浓度。而生物脱氮主要是在几个环节可以实现反硝化的脱氨：１、在进水期进行混合搅拌。这个阶段由于经过前端好氧周期所产生的大部分硝酸盐在SBR池里，而滗水体积一般只有总容积的20%～３０％，因此滗水后留下的大量的硝酸盐可以在进水期间利用进水中的碳源进行反硝化。２、在曝气反应期间通过曝气，搅拌，曝气，搅拌。。。这样的间断运行进行硝化反硝化的反应。３、设置选择区，实现反硝化反应。
除去这两种生物池的生物脱氮以外，还有氧化沟的生物脱氮，氧化沟的构型决定了在流动过程中，好氧和缺氧的间断交织，如何进行合理的判断氧化沟内的水流情况，区分好氧、缺氧区域，检查短流的区域等，来进行控制反硝化的反应，是氧化沟的生物脱氮的重要控制内容。关于氧化沟的生物脱氮反应，近期有几个项目正在同步开展调试，后期公众号会有专门的文章针对氧化沟的生物脱氮进行细致的讨论，欢迎持续关注《治污者说》公众号并参与讨论。最后我们来了解一下在污水处理工艺中，各种处理过程及操作对氮化合物去除效果的比较表：污水处理中各种过程及操作对氮化合物的影响表处理过程有机氮NH 3 / NH 4 +NO 3 -过程中去除总氮的百分比（％）二级处理初级处理去除10 - 20％没有效果没有效果5 - 10二级处理去除15-50％主要是尿素====> NH 3 / NH 4 +去除<10％轻微的影响10 - 30生物过程细菌同化没有效果去除40-70％轻微的影响30-70反硝化没有效果没有效果去除80-90％70 - 95藻类部分转化为NH 3 / NH 4 +====>细胞====>细胞50 - 80硝化效果有限====> NO 3-没有效果5 - 20好氧曝气池部分转化为NH 3 / NH 4 +通过剥离进行部分去除通过硝化 - 反硝化部分去除20 - 90化学过程折点加氯不确定去除90 - 100％没有效果80 - 95化学沉淀去除50-70％轻微的影响轻微的影响20 - 30碳吸附去除30 - 50％轻微的影响轻微的影响10 - 20铵根离子交换轻微，不确定去除80-97％没有效果70 - 95硝酸盐离子交换轻微的影响轻微的影响去除75-90％70 - 90物理操作过滤去除30-95％的悬浮有机氮轻微的影响轻微的影响20 - 40气浮没有效果去除60-95％没有效果50 - 90电渗析100％的悬浮有机氮被去除去除30 - 50％去除30 - 50％40 - 50反渗透去除60-90％去除60-90％去除60-90％80 - 90随着污水厂总磷总氮在线设备的全面启用，对于总氮的去除，今后公众号的深入的讨论还将继续进行，公众号也将和更多的污水厂一起探讨在各自厂内的特有环境下，如何进行有效的总氮的去除，欢迎大家持续关注并参与讨论。公众号内相关文章关联：1、滚氮吧，总氮君（上）2、滚氮吧，总氮君（中）3、滚氮吧，总氮君（下）4、碳源投加的计算5、污水厂的碳源投加