總氮的去除-中篇

中篇 上周我們討論了脫氮反應(yīng)的全流程，了解了生物脫氮是要分為兩部分進(jìn)行的，很多污水廠完成了氨氮到亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的反應(yīng)，但是總氮的去除仍然沒有完成，因為在生物脫氮的第二個重要部分---反硝化反應(yīng)還沒有引起管理者的足夠的重視，專門討論污水處理廠內(nèi)的反硝化反應(yīng)。

首先我們要明確反硝化反應(yīng)不是字面上的是硝化反應(yīng)的反方向，不是把亞硝 酸鹽氮和硝酸鹽氮再還原回氨氮的反應(yīng)，它和硝化反應(yīng)是完全不同類的反應(yīng)。在 了解反硝化反應(yīng)之前，我們先來認(rèn)識一下自然界的一大類細(xì)菌，反硝化細(xì)菌。在 自然界中土壤水體中存在著這樣的一類細(xì)菌，它們既可以在有氧條件下呼吸生存， 但是也可以缺氧條件下生存，在缺氧狀態(tài)下，它們利用體內(nèi)的生物酶的作用，吸 取外界的碳源作為能量，利用硝酸鹽中的氧進(jìn)行呼吸作用，同時把硝酸鹽中的氮 轉(zhuǎn)化成氮氣釋放出去，這個過程在自然界中的氮氣被生物生長利用的過程是反方 向的，也是自然界中氮循環(huán)必不可少的一環(huán)，因此把這些微生物進(jìn)行的反應(yīng)稱為 反硝化反應(yīng)，而這部分的細(xì)菌就被稱為反硝化細(xì)菌。

所以我們可以看到反硝化菌要進(jìn)行反應(yīng)，就需要滿足三個條件，一個是外界碳源，一個是硝酸鹽氮，一個是缺氧狀態(tài)。我們在公眾號前面的很多文章都提到， 污水廠其實是一個自然界微生物反應(yīng)的一個人工強(qiáng)化的場所，我們?nèi)祟愅ㄟ^工程技術(shù)手段為自然界特定的細(xì)菌提供生存環(huán)境，從而使它們在人工環(huán)境下進(jìn)行我們所需要的生物反應(yīng)。那么我們下面就來看看污水廠是如何為反硝化的三個條件進(jìn)行的環(huán)境

首先我們來看看理論上的反硝化反應(yīng)的流程。污水廠內(nèi)的曝氣池中存在大量的微生物，其中的氨化菌和硝化菌在曝氣池內(nèi)，充分利用了好氧的環(huán)境，把污水中的有機(jī)氨和氨氮轉(zhuǎn)化成了硝酸鹽氮，這樣就為反硝化菌的進(jìn)一步反硝化反應(yīng)提供了電子受體，也就是反硝化反應(yīng)的先決條件。所以可以在曝氣池之后放置一個反硝化池，添加足夠的碳源到反硝化池中，用于反硝化反應(yīng)的電子供體，同時要

控制氧氣的供給，使反硝化細(xì)菌必須使用硝酸鹽氮中的氧進(jìn)行呼吸，這樣在環(huán)境上創(chuàng)造出了反硝化反應(yīng)的進(jìn)行條件。

但是大家會很迷惑，這和污水廠看到的反硝化工藝，包括 AO 工藝都不一樣啊，反硝化區(qū)域都是在硝化區(qū)前端的啊。為什么污水廠要做這種從反應(yīng)順序上相反的工藝流程，這是因為在正常的流程中，曝氣池內(nèi)的各種微生物對碳源的消耗非常大，降解 BOD 的效果很明顯，反硝化區(qū)域放在曝氣池(硝化區(qū))后端，會明顯的碳源短缺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能提供反硝化細(xì)菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)所需要的能量供給，因此在污水廠的脫氮工藝流程中就把反硝化區(qū)域設(shè)置到了曝氣池(硝化區(qū))前端。

在反硝化區(qū)域設(shè)置到了硝化區(qū)前端后，出現(xiàn)了一個問題是，反硝化區(qū)在硝化區(qū)域前端，污水先進(jìn)入到反硝化區(qū)域，沒有經(jīng)過硝化區(qū)(好氧曝氣池)的碳源大量消耗，為反硝化細(xì)菌提供充足的碳源，但是還存在一個問題，那就是污水中的氮的存在形式，大部分都是以有機(jī)銨和氨氮的形式存在的，大家可以看一下污水廠進(jìn)水水質(zhì)的分析，氨氮基本占到了總氮的 80%左右，而反硝化所需要的硝酸鹽的量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也就是說雖然有了充足的碳源，但是反硝化反應(yīng)還是不能進(jìn)行下去。那么污水廠在設(shè)計中采用了把經(jīng)過硝化區(qū)(好氧曝氣池)含有大量硝酸鹽氮的混合液，通過水泵等方式直接回流反硝化區(qū)，為反硝化區(qū)提供充足的硝酸鹽氮，為了和二沉池回流到曝氣池的回流區(qū)分，污水廠把硝化區(qū)直接回流到反硝化區(qū)域的回流稱為內(nèi)回流，二沉池的回流稱為外回流。所以采用生物脫氮反應(yīng)的污水廠所設(shè)計內(nèi)回流的作用就是為放置在前端的反硝化區(qū)的反硝化反應(yīng)提供充足的硝酸鹽氮的。

污水廠通過了把反硝化區(qū)域前置保證碳源的供給，增加硝化區(qū)到反硝化區(qū)的 內(nèi)回流保證了硝酸鹽氮的電子供給，滿足了反硝化菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)的兩個條件， 但是還有一個條件就是缺氧環(huán)境，曝氣池內(nèi)是一個嚴(yán)格的好氧環(huán)境，富有大量的 氧氣，在這種環(huán)境下作為兼性的反硝化菌會利用水中的溶解氧進(jìn)行呼吸作用，因 此也不會進(jìn)行反硝化反應(yīng)。所以在污水廠中對反硝化區(qū)域是不進(jìn)行曝氣的，和曝 氣區(qū)域進(jìn)行了空間上的分割，這部分反硝化區(qū)域沒有曝氣裝置，設(shè)置推流攪拌 裝置，推流攪拌的作用是為了保證活性污泥不在這個區(qū)域沉淀，同時也和水中的 有機(jī)碳源進(jìn)行充分的接觸，進(jìn)行良好的反應(yīng)。

按照上述原理，污水廠要進(jìn)行脫氮，在工程上是需要缺氧池和好氧池的共同組成的，也就是我們通常所說的缺氧/好氧(A/O)系統(tǒng)。A 是英文中的 Anoxic(缺氧)的首字母，O 是 oxic 的首字母，所以生物脫氮的工藝也稱為 AO 工藝。但是A2O 不是兩個缺氧的意思，而是 Anaerobic(厭氧)，Anoxic(缺氧)Oxic(好氧)的意思，大家要對英文縮寫有一些了解，便于大家在日常閱讀污水的科技文獻(xiàn)中理解字面含義。

污水廠對反硝化反應(yīng)進(jìn)行的這些特殊的工程上的設(shè)計，為反硝化細(xì)菌的反應(yīng)進(jìn)行了環(huán)境的營造。這些設(shè)計有很多種類，比較常見的就是 AO 工藝，還有增加了除磷的 AAO 工藝，這是利用了構(gòu)筑物進(jìn)行了各個區(qū)域在空間上的嚴(yán)格劃分， 實現(xiàn)了微生物菌種對環(huán)境的不同需求，也有 SBR 工藝及其變種，是利用了時間上實現(xiàn)了環(huán)境需求，還有各類氧化溝工藝，是利用時間和空間上的交替實現(xiàn)的環(huán)境需求。特別是 2010 年以后，國家要求污水廠的水質(zhì)中的氮磷指標(biāo)，新建