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污水处理脱氮原理及效果控制

一、生物脱氮原理和条件控制

污水生物脱氮主要是靠一些专性细菌将含氮有机物最终转化为氮气，从污水中去除的过程。

含氮有机化合物在微生物的作用下首先分解转化为氨态氮NH4+或NH3，这一过程称为“氨化反应”。

硝化细菌把氨氮转化为硝酸盐，这一过程称为“硝化反应”；

反硝化细菌把硝酸盐转化为氮气，这一反应称为“反硝化反应”。

二、硝化过程

硝化菌把氨氮转化为硝酸盐的过程称为硝化过程，硝化是一个两步过程，分别利用了两类微生物——亚硝酸盐菌和硝酸盐菌。这两类细菌统称为硝化菌，这些细菌所利用的碳源是CO32-、HCO3-和CO2等无机碳。
第一步由亚硝酸盐菌把氨氮转化为亚硝酸盐，第二步由硝酸盐菌把亚硝酸盐转化为硝酸盐。

这两个过程会释放能量，硝化菌就是利用这些能量合成新细胞和维持正常的生命活动，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少了它的需氧量。

氧化1g氨氮大约需要消耗4.33gO2和8.64gHCO3-（相当于7.14gCaCO3碱度）。

三、硝化过程影响因素

温度
硝化反应最适宜的温度范围是25~35℃，温度不但影响硝化菌的增长速率，而且会影响硝化菌的活性。

溶解氧
硝化反应必须在好氧条件下进行，溶解氧浓度为0.5~0.7mg/L是硝化菌可以容忍的极限，溶解氧低于2mg/L条件下，氮有可能被完全硝化，但需要较长的污泥停留时间，因此一般应维持混合液的溶解氧浓度在2mg/L以上。

PH和碱度
硝化菌对pH特别敏感，硝化反应的最佳pH是在7.5~8之间。每硝化1g氨氮大约需要消耗7.14gCaCO3碱度，如果污水没有足够的碱度进行缓冲，硝化反应将导致pH值下降、反应速率减慢。

有毒物质
过高的氨氮、重金属、有毒物质及某些有机物质对硝化反应都有抑制作用。

泥龄
一般来说，系统的泥龄应为硝化菌世代周期的两倍以上，一般不得小于3~5d，冬季水温低时要求泥龄更长，为保证一年四季都有充分的硝化反应，泥龄通常都大于10d。

四、反硝化过程

反硝化过程是反硝化菌异化硝酸盐的过程，即由硝化菌产生的硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为氮气后从水中溢出的过程。

反硝化过程主要在缺氧状态下进行，溶解氧的浓度不能超过0.5mg/L，否则反硝化过程就要停止。

反硝化也分为两步，第一步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、氧化二氮和氮气。

五、反硝化过程影响因素

温度
反硝化的最适宜温度范围是30~40℃。

溶解氧
为了保证反硝化过程的进行，必须保持严格的缺氧状态，保持氧化还原电位为-50~-110mV；为使反硝化反应正常进行，悬浮型活性污泥系统中的溶解氧保持在0.5mg/L以下；附着性生物处理系统可以容许较高的溶解氧浓度，一般低于1mg/L。

PH值
最佳范围在6.8~7.5，每g硝态氮被还原，产生3.57g碱度。

碳氮比
BOD5与TKN的比值是C/N，C/N不同直接影响脱氮效果。理论上将1g硝酸盐氮转化为氮气需要碳源物质BOD5为2.86g，实际需要控制到4:1以上。

硝化液回流量
反硝化需要以硝酸盐为底物，保持足够的硝酸盐浓度，反硝化效率才会达到最大化。一般认为回流量控制在100-400%，需要根据进水负荷调整。