1.工藝原理及過(guò)程

硝化菌把氨氮轉化為硝酸鹽的過(guò)程稱(chēng)為硝化過(guò)程，硝化是一個(gè)兩步過(guò)程，分別利用了兩類(lèi)微生物-亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌。這兩類(lèi)細菌統稱(chēng)為硝化菌，這些細菌所利用的碳源是C0?'HC03-和co2等無(wú)機碳。第一步由亞硝酸鹽菌把氨氮轉化為亞硝酸鹽，第二步由硝酸鹽菌把亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽，這兩個(gè)反應過(guò)程都釋放能量，硝化菌就是利用這些能量合成新細胞體和維持正常的生命活動(dòng)，氨氮轉化為硝態(tài)氮并不是去除氮而是減少了它的需氧量。

反硝化過(guò)程是反硝化菌異化硝酸鹽的過(guò)程，即由硝化菌產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氮氣后從水中溢出的過(guò)程。反1硝化過(guò)程也分為兩步進(jìn)行，第一步由硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，第*二步由亞硝酸鹽轉化為一氧化氮、氧化二氮和氮氣。同時(shí)反硝化菌利用含碳有機物和部分硝酸鹽轉化為氨氮用于細胞合成，該碳源既可以是污水中的有機碳或細胞體內源碳, [#]66?

也可以外部投加。

2.生物脫氮的工藝控制

(1)硝化過(guò)程的影響因素即對硝化菌有影響的因素

①溫度：硝化反應的適宜溫度范圍是溫度不但影響硝化菌的比增長(cháng)速率，而且影響硝化菌的活性。溫度低于 [#]1,硝化細菌的生命活動(dòng)幾乎完全停止。在5~35T的范圍內，硝化反應速率隨溫度的升高而加快；但達到30T后，蛋白質(zhì)的變性會(huì )降低硝化菌的活性，硝化反應增加的幅度變小。對于同時(shí)去除有機物和進(jìn)行硝化反應的系統，溫度低于151時(shí)硝化速率會(huì )迅速降低。低溫對硝酸菌的抑制作用更為強烈，因此在12~ [#]4T的系統中會(huì )出現亞硝酸鹽的積累。

②溶解氧：溶解氧濃度為0.5~ [#].7mg/L是硝化菌可以忍受的極限，溶解氧低于2mg/L條件下，氮有可能被完全硝化，但需要較長(cháng)的污泥停留時(shí)間，因此一般應維持混合液的溶解氧濃度在2mg/L以上。對于同時(shí)去除有機物和進(jìn)行硝化的工藝，硝化菌約占活性污泥的5%左右，且大部分處于生物絮體的內部。在這種情況下，溶解氧濃度的增加將會(huì )提高溶解氧對生物絮體的穿透力，從而提高硝化反應速率。因此，在低泥齡條件下，由于含碳有機物氧化速率的增加使耗氧速率增加，減少了溶解氧對生物絮體的穿透力，進(jìn)而降低了硝化反應速率。相反，在長(cháng)泥齡條件下，耗氧速率較低，即使溶解氧濃度不高，也可保證溶解氧對生物絮體的穿透作用，從而維持較高的硝化反應速率。因此當泥齡降低時(shí)，為維持較高的硝化速率，應該相應提高溶解氧濃度。

③pH值和堿度：硝化菌對pH值十分敏感，硝化反應的佳pH值范圍是7.2~ [#].0，pH值超出這個(gè)范圍時(shí)，硝化反應速率會(huì )明顯降低，低于6或高于9.6時(shí)，硝化反應將停止進(jìn)行。另外，每硝化lg氨氮大約要消耗7.14gCaC03堿度，因此，如果污水沒(méi)有足夠的堿度進(jìn)行緩沖，硝化反應將導致pH值下降、反應速率減緩。因此，保證硝化反應的正常進(jìn)行，往往需要投加必要的堿量以維持適宜的pH值。硝化菌經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的馴化后，硝化反應可以在較低的PH值條件下進(jìn)行，但PH值突然降低也會(huì )引起硝化反應速度的驟降。有研究表明，要使硝化反應的pH值由7.0降低到6.0，大約需要馴化10do

④有毒物質(zhì)：過(guò)高的氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)及某些有機物對硝化反應都有抑制作用。一般情況下，重金屬和有毒物質(zhì)主要抑制亞硝酸菌的生長(cháng)，個(gè)別物質(zhì)抑制硝酸菌的生長(cháng)。有機物濃度高時(shí)，.異養菌的數量會(huì )大大超過(guò)硝化菌，從而阻礙氨向硝化菌的轉移，硝化菌能利用的溶解氧也因異養菌的利用而減少，硝化反應能順利進(jìn)行所要求的B0D5值一般應低于20mg/L。因此，在培養和馴化硝化菌時(shí)，一定要注意氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)及有機物的濃度，不使其產(chǎn)生抑制作用。

⑤泥齡：為保證反應器中的存活并維持一定數量和性能的硝化菌，活性污泥在其中的停留時(shí)間SRT即泥齡必須大于硝化菌的小世代周期，否則硝化菌的流失率大于其繁殖率，終使其從系統中數量越來(lái)越少。一般來(lái)說(shuō)，系統的泥齡應為硝化菌世代周期的兩倍以上，一般不得小于3~5d，冬季水溫低時(shí)要求泥齡更長(cháng)，為保證一年四季都有充分的硝化反應，通常泥齡都大于 [#]0d。較長(cháng)的泥齡可增強硝化反應的能力，并可減輕有毒物質(zhì)刺激的抑制作用。

⑥碳氮比C/N:在活性污泥系統中，硝化菌一般只占微生物總量的5%左右，這是因為與異養菌相比，硝化菌的產(chǎn)率低。硝化菌是一類(lèi)自養菌，有機物濃度不是其生長(cháng)的限制因素，如果有機物濃度過(guò)高，會(huì )使生長(cháng)速率較快的異氧菌迅速繁殖，爭奪混合液中的溶解氧，從而使生長(cháng)緩慢且好氧的硝化菌得不到優(yōu)勢，降低硝化速率。因此8005與?的比值即碳氮比C/N，是反映活性污泥系統中異養菌與硝化菌競爭底物和溶解氧能力的指標，C/N不同直接影響脫氮效果。一般認為，處理系統的B0D5負荷低于0.15BOD5/(MLVSS*d)時(shí)，硝化反應才能正常進(jìn)行。

(2)反硝化過(guò)程的影響因素即對反硝化菌有影響的因素

①溫度：反硝化反應的適宜溫度范圍是35-々St。溫度對反硝化反應的影響與反硝化設備的類(lèi)型（微生物懸浮生長(cháng)型與附著(zhù)生長(cháng)型）及硝酸鹽負荷有關(guān)。當溫度從20T下降到達15T時(shí)，為達到相同的反硝化效果，生物轉盤(pán)和活性污泥法的水力停留時(shí)間則分別要提高到原來(lái)的4.6倍和2.3倍。

②溶解氧：反硝化菌是兼性菌，既能進(jìn)行有氧呼吸，也能進(jìn)行無(wú)氧呼吸。當水中同時(shí)存在分子態(tài)氧和硝酸鹽時(shí)，優(yōu)先進(jìn)行有氧呼吸，這樣，反硝化菌會(huì )優(yōu)先降解含碳有機物，從而抑制硝酸鹽的還原。所以為了保證反硝化反應的順利進(jìn)行，必須保持嚴格的缺氧狀態(tài)，保持氧化還原電位為-50~-llOmV。另外，反硝化菌從有氧呼吸轉為無(wú)氧呼吸的關(guān)鍵是合成無(wú)氧呼吸的酶，而分子態(tài)氧的存在會(huì )抑制這類(lèi)酶的合成及其活性。因此，為使反硝化反應正常進(jìn)行，懸浮型活性污泥系統中的溶解氧應保持在

0.2mg/L以下，由于生物膜對氧傳遞的阻力較大，即使混合液中有一定量的D0，生物膜內層仍呈缺氧狀態(tài)而繼續進(jìn)行反硝化，所以附著(zhù)型生物處理系統可以容許較高的溶解氧濃度（一般低于lmg/L)。

③pH值：硝化反應的佳pH值范圍是6.5~ [#].5，不適宜的pH值會(huì )影響反硝化菌的生長(cháng)速率和反硝化酶的活性。當PH值低于6.0或高于8.5時(shí)，反硝化反應將受到強烈抑制。反硝化反應會(huì )產(chǎn)生部分堿度，這有助于將pH值保持在所需要的范圍內，并補充硝化過(guò)程中所消耗的一部分堿度。此外，pH值還影響反硝化的終產(chǎn)物，pH值>7.3時(shí)終產(chǎn)物是氮氣，卩11值< 7.3時(shí)終產(chǎn)物是N20。

④碳源有機物質(zhì)：反硝化反應需要提供足夠的碳源，碳源物質(zhì)不同，反硝化速率也將有區別。揮發(fā)性有機酸、甲醇、乙醇等是理想的反硝化反應碳源物質(zhì)，因此，啤酒污水等含揮發(fā)性有機物質(zhì)的污水可作為反硝化反應脫氮的碳源，而以城市污水或內源代謝物質(zhì)作為反硝化反應碳源時(shí)的反硝化速率就要低得多。

⑤碳氮比C/N:理論上將lg硝酸鹽氮轉化為N2需要碳源物

質(zhì)BOD5 [#].86g。因此，一般認為，當污水的BOD5/TKN值大于 [#]~6時(shí)，可認為碳源充足，不需要另外投加碳源，否則，應當投加甲醇或其他易降解有機物作為碳源。

⑥有毒物質(zhì)：鎳濃度大于0.5mg/l、亞硝酸鹽氮含量超過(guò) [#]0mg/l或鹽度高于0.63%時(shí)都會(huì )抑制反硝化作用。硫酸鹽含量過(guò)高會(huì )導致反硫化的進(jìn)行，進(jìn)而影響反硝化的正常進(jìn)行，鈣和氨的濃度過(guò)高也會(huì )抑制反硝化作用。

3.活姓污泥法_脫氮

活性污泥法脫氮的原理是通過(guò)創(chuàng )造好氧和缺氧條件，經(jīng)過(guò)硝化和反硝化兩個(gè)步驟、利用硝化菌和反硝化菌等一些專(zhuān)性菌實(shí)現氮形式的轉化�；�本方法有具有多級污泥回流系統的傳統生物脫氮方法和只有一個(gè)污泥回流系統單級生物脫氮方法。單級生物脫氮法可認為是對傳統生物脫氮法的改進(jìn)，有A/0法、Bardenpho工藝等多種形式，氧化溝、SBR法等具有脫氮功能的工藝也屬于單級生物脫氮系統。

(1)傳統生物脫氮工藝

傳統的生物脫氮流程是三級活性污泥系統（見(jiàn)圖5-7)，在此流程中，含碳有機物的氧化和含氮有機物的氨化、氨氮的硝化及硝酸鹽的反硝化分別在三個(gè)構筑物內進(jìn)行，并維持各自獨立的污泥回流系統。曝氣池和硝化池均要進(jìn)行曝氣維持好氧狀態(tài)，反硝化池則要維持缺氧狀態(tài)，不進(jìn)行曝氣，只采用緩速攪拌使污泥

N2

剩余污泥剩余污泥剩余污泥

圖5-7傳統生物脫氮工藝流程圖

處于懸浮狀態(tài)并與污水保持良好的混合，反硝化所需碳源采用外加甲醇的方法。

這種流程的優(yōu)點(diǎn)是好氧菌、硝化菌和反硝化菌分別生長(cháng)在不同的構筑物內，并可維持各自適宜的生長(cháng)環(huán)境，所以反應速度快，可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果。另外，不同性質(zhì)的污泥分別在不同的沉淀池中得到沉淀分離，而且擁有各自獨立的污泥回流系統，所以運行的靈活性和適應性較好。其缺點(diǎn)是流程長(cháng)、構筑物多，外加甲醇為碳源使運行費用較高，出水中往往會(huì )殘留一定量的甲醇。

(2)Bardenpho工藝

Bardenpho工藝由兩個(gè)缺氧/好氧（A/0)工藝串聯(lián)而成，共有四個(gè)反應池，因此有時(shí)也稱(chēng)為四段Baidenpho工藝，其工藝流程見(jiàn)圖5-8。

混合液回流

缺氧好氧缺氧好氧

污泥回流剩余污_泥

圖5- [#]Bardenpho工藝流程圖

在第一級A/0工藝中，回流混合液中的硝酸鹽氮在反硝化菌的作用下利用原污水中的含碳有機物作為碳源在第一缺氧池中進(jìn)行反硝化反應，反硝化后的出水進(jìn)人第一好氧池后，含碳有機物被氧化，含氮有機物實(shí)現氨化和氨氮的硝化作用，同時(shí)在第一缺氧池反硝化產(chǎn)生的N2在第一好氧池經(jīng)曝氣吹脫釋放出去。

在第二級A/0工藝中，由第一好氧池而來(lái)的混合液進(jìn)人第二缺氧池后，反硝化菌利用混合液中的內源代謝物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行反硝化，反硝化產(chǎn)生的N2在第二好氧池經(jīng)曝氣吹脫釋放出去，改善污泥的沉淀性能，同時(shí)內源代謝產(chǎn)生的氨氮也可以在第二好氧池得到硝化。

Baidenpho具有兩次反硝化過(guò)程，脫氮效率可以高達90%- [#]5%