污水生物脫氮工藝分析

自尚

（兗礦魯南化肥廠山東滕州277527）

1 引言

在自然界里，氮化物是以氣態氮（N2）、有機體（動物蛋白、植物蛋白）、硝酸氨（NO3-）、亞硝酸氮（NO2-）以及氨態氮（NH4+、NH3）形式存在的。在二級處理水中，氮的化合物則是以氨態氮、亞硝酸氮和硝酸氮的形式存在[1]。如果含過量氮元素的廢水未經過脫氮技術處理直接排入江河、湖泊、河流，容易造成水體富營養化，引發赤潮、水華等現象。

2 生物脫氮的原理

生物脫氮的原理主要有兩方面：氨化與硝化作用和反硝化作用。

2.1 氨化與硝化

在未經處理的生活污水中，含氮化合物存在的形式有：①有機氮；②氨態氮（NH3、NH4+）,一般以前者為主。

2.1.1 氨化作用

氨化反應是指在氨化菌的作用下，有機氮化合物被分解、轉化為氨態氮的過程。本文氨化作用以氨基酸為例，其反應式為：

2.1.2 硝化作用

硝化作用是指氨態氮在硝化菌存在的作用下被進一步分解氧化。硝化作用分兩個階段進行，首先在亞硝化菌的作用下，使氨（NH4+）轉化為亞硝酸氮，反應式為：

之后，亞硝酸氮在硝酸菌的作用下，進一步轉化為硝酸氮，反應式為[2]：

硝化菌包括亞硝酸菌和硝酸菌兩種。硝化菌是光能自養菌，革蘭氏染色陰性，廣泛存活在土壤中。硝化菌生存于好氧環境，并且需要一定的堿度。進行硝化反應應當保持的各項指標有溶解氧不應低于1mg/L；最適宜的溫度是20~30℃；最佳pH范圍是8.0~8.4[2]。

2.2 反硝化

反硝化反應式值硝酸氮（NO3—N）和亞硝酸氮（NO2—N）在反硝化菌的作用下，被還原為氣態氮（N2）的過程。

反硝化菌是屬于異養型兼性厭氧菌的細菌，在厭氧條件下，營厭氧呼吸，以硝酸氮（NO3-—N）為電子受體，以有機物（有機碳）為電子供體。pH值應保持在6.5~7.5；溶解氧應控制在0.5mg/L以下；最適溫度是20~40℃。

3 生物脫氮工藝

3.1 活性污泥法脫氮傳統工藝

活性污泥法脫氮的傳統工藝屬于是三級活性污泥法流程，該工藝包括氨化、硝化、反硝化3項反應過程。

圖1 傳統活性污泥法脫氮工藝

第一階段曝氣池的主要功能為去除BOD、COD，使有機氮轉化，形成NH3、NH4+，至此污水處理完成氨化過程，污水經沉淀后進入消化曝氣池。

第二級硝化曝氣池里進行硝化反應，使NH3及NH4+氧化成NO3—N。如前段提到的硝化反應要消耗堿度，為了防pH值下降，因此該過程中需要投堿。

第三級為反硝化反應，即在缺氧環境中，NO3—N被還原為氣態N2，并進入大氣中。

3.2 缺氧—好氧活性污泥法脫氮系統

缺氧—好氧活性污泥法，又名A/O法，工藝主要特點是將反硝化反應器放置于系統之首，是目前采用比較廣泛的一種脫氮工藝，它是一種將反硝化生物脫氮系統前置的工藝。工藝流程圖如圖2

圖2分建式缺氧—好氧活性污泥脫氮系統

圖2 所示為分建式缺氧—好氧活性污泥脫氮系統，即反硝化、硝化與BOD去除分別在兩座不同的反應器內進行。硝化反應器內已經充分反應的硝化液一部分經管線回流進入到反硝化反應器，反硝化反應器內脫氮菌以原廢水中的有機物作為碳源、回流液中的硝酸鹽的氧為受電體，進行呼吸和生命活動，污水中的硝酸鹽被還原成氣體的氮氣（N2），此系統不需要外加碳源[3]。A/O工藝具有以下幾方面的優點。①本工藝硝化曝氣池在后，在這個過程中，進一步去除反硝化殘留的有機污染物，提高了處理水水質，而且后面也沒有必要建立曝氣池；②設內循環系統，向前置的反硝化池回流硝化液；③在反硝化過程中，還原1mg硝態氮能產生3.75mg的堿度，而在硝化反應過程中，將1mg的NH4—N氧化為NH3-—N，要消耗7.14mg的堿度，因此，在缺氧—好氧系統中，反硝化反應所產生的堿度可補償硝化反應消耗堿度的一半左右。因此，對含氮度不高的廢水（如生活污水、城市污水）不需要另行投堿以調節pH[3]；④本工藝中不需外加碳源；⑤由于流程比較簡單，裝置較少，所以基建費用和運行費用低是A/O工藝的另外一個優點。

運行影響因素與主要參數：該工藝運行的影響因素主要有水力停留時間、循環比、MLSS值、污泥齡、N/MLSS負荷率、進水總氮濃度。實際工程運行中得出，反應器內的MLSS值一般在3000mg/L以上，只有高于3000mg/L以上，才會保證脫氮效率；N/MLSS負荷率應低于0.03g/（gMLSS·d），高于此值脫氮效果將急劇下降；進水總氮濃度應在30mg/L以下，否則脫氮率將保持在50%以下[4]；污泥齡θc取值一般在30d以上；硝化反應與反硝化反應各自進行的時間對污水整體的脫氮效果有較大的影響，為保證脫氮率在70%—80%以上，硝化反應時間需要較長，一般硝化反應時間不應低于6h，而反硝化反應時間一般在2h內完成；本工藝中的內循環回流是為了向反硝化反應器提供硝態氮，使其作為反硝化反應的電子受體[5]，運行數據確證循環比一般不應低于200%。

4 結語

污水生物脫氮工藝經歷了較長時間的發展和完善，是較為成熟的污水處理工藝，傳統的生物脫氮工藝具有穩定性強，處理效率高等特點。而缺氧—好氧活性污泥法脫氮污水處理工藝處理較強的穩定性和高效外，還易于管理，具有一定的經濟性，適合廣為推廣的一種污水處理工藝。

[1]蔣展鵬.環境工程學（第二版）.高等教育出版社.2005.

[2]張自杰.排水工程,中國建筑工業出版社.2000.306.

[3]王晶惠.污水廠抗有毒污染物沖擊強化處理技術研究.哈爾濱工業大學碩士論文.2009.6

[4]劉永正.基于生物過濾的亞硝酸鹽積累與維持對策研究.濟南大學碩士論文.2010.5

[5]徐曉宇.交互式反應器處理南方城市污水的研究與應用.同濟大學碩士論文.2007.3