總氮的去除-上篇

總氮的去除

上篇 污水中的總氮是造成水環(huán)境污染的主要物質(zhì)之一，2017~2018 年，國(guó)家環(huán)保部門對(duì)總氮的監(jiān)管開始進(jìn)入到污水廠內(nèi)，在污水廠的出口增加總氮在線檢測(cè)儀，對(duì)污水廠的出水總氮實(shí)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控。這對(duì)于各個(gè)污水廠來說是水質(zhì)管理上臺(tái)階的具體的要求，那么污水處理廠在日常管理中，要如何實(shí)現(xiàn)總氮的達(dá)標(biāo)運(yùn)行呢?

要了解總氮的去除，首先要明確總氮的構(gòu)成，在化學(xué)意義上總氮不是一個(gè)單一的構(gòu)成體，它是水中氮的一族的合集，為硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮與有機(jī)氮的總稱，是反映水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要指標(biāo)。污水廠作為城市污水處理的重要環(huán)節(jié)，對(duì)總氮的去除效果對(duì)整體水環(huán)境的影響至關(guān)重要。但是在實(shí)際運(yùn)行中，總氮的去除往往是讓污水廠工藝管理人員為頭疼的指標(biāo)之一。

很多污水廠在經(jīng)過多年的運(yùn)行以后，對(duì) COD 以及氨氮的去除都有了很多經(jīng)驗(yàn)，可以應(yīng)對(duì)多種工藝異常，保證氨氮的穩(wěn)定去除(對(duì)氨氮的去除，大家可以回看公眾號(hào)內(nèi)《氨氮，氨氮，又見氨氮》一文詳細(xì)了解)，由于以往各級(jí)監(jiān)管部門對(duì)總氮的監(jiān)測(cè)和要求并不是很嚴(yán)格，多數(shù)污水廠的總氮去除效果并不是很理想， 有些人認(rèn)為我的污水里面氨氮都去除了，氨氮包括在總氮里面，為什么總氮沒有效果?是監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤么?總氮去除篇我們就來討論下總氮的去除為什么這么難，難點(diǎn)在哪里?

在前面的總氮的定義中可以了解，總氮包含的有硝酸鹽氮(NO3-)，亞硝酸鹽 氮(NO2-)，氨氮(NH4+)，有機(jī)氮這幾類。從這樣看來，氨氮是總氮的組分之一， 當(dāng)氨氮下降了，總氮也應(yīng)該下降達(dá)標(biāo)才對(duì)啊，為什么總氮會(huì)超標(biāo)呢?而且從排放國(guó)標(biāo)的一級(jí) A 的指標(biāo)值上看，氨氮的是 5(水溫低于 12℃為 8)mg/L，而總氮在15mg/L，總氮有充分的理由可以達(dá)標(biāo)，可是為什么出現(xiàn)氨氮容易達(dá)標(biāo)，總氮不 容易達(dá)標(biāo)呢?我們來看國(guó)際上公認(rèn)的采用生物法的污水處理廠內(nèi)總氮去除的機(jī)理。

采用活性污泥法的污水處理廠的處理是活性污泥中聚集的大量微生物， 這些微生物在生長(zhǎng)過程中，需要一部分氮作為體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，用以維持微生物的基本生命活動(dòng)，我們稱這部分在微生物生長(zhǎng)過程中去除的污水中的氮為同化作用去除的氮。總體來說通過同化作用去除的氮是比較少的。行業(yè)內(nèi)經(jīng)常討論的C：N：P 的比例 100：5：1 就是指這部分維持微生物基本生存所需要的營(yíng)養(yǎng)組分，也就是污水廠的微生物能正常生長(zhǎng)繁殖所能去除的氮大概在碳源的 1/20。但實(shí)際上我們污水中所含的氮源是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)比例的。特別是我國(guó)地域遼闊， 南北方飲食結(jié)構(gòu)不同，北方冬季寒冷，需要大量的肉食脂肪蛋白質(zhì)來保持身體所需，造成北方的總氮值很高，下表是北方某污水廠 2016 年的年度進(jìn)出水水質(zhì)平均值，可以看到 BOD 和 TN 的比值達(dá)到了 6，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 0.05 的生物比例。因此在污水廠內(nèi)，通過同化作用去除的氮是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)的。

在公眾號(hào)前面的活性污泥的系列文章中提到，活性污泥中聚集大量的不同種類的微生物，這些微生物具有各種不同的特性，有一族群的微生物會(huì)對(duì)污水中各種氮進(jìn)行比較明顯的生物作用，它們是自然界氮循環(huán)鏈條中必不可缺少的一環(huán)。關(guān)于氮循環(huán)我們?cè)诠娞?hào)前面的《污水中的兄弟連-氮族》中進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，

活性污泥中的而微生物對(duì)污水中的氮的去除是這個(gè)氮循環(huán)的一部分，通過幾個(gè)分步來完成的。我們來逐一看這幾步。

由于市政污水廠絕大部分采用的是活性污泥的生物處理法，我們來看看在市政污水廠中生物脫氮的基本原理，脫氮過程一般包括氨化、硝化和反硝化三個(gè)過程。

①氨化：污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程;

②硝化：污水中的氨氮在硝化菌(好氧自養(yǎng)型微生物)的作用下被轉(zhuǎn)化為 NO2--和NO3-的過程;

③反硝化：污水中的 NO2--和 NO3--在缺氧條件下在反硝化菌(兼性異養(yǎng)型細(xì)菌)

的作用下被還原為 N2 的過程。

從污水廠活性污泥法脫氮的生物學(xué)反應(yīng)機(jī)理上可以看到，在整個(gè)脫氮過程中，每 一步參與的微生物的種群都是不一樣的，有氨化的微生物，也有硝化的微生物， 還有反硝化的微生物，這些不同生物功能的微生物對(duì)生存環(huán)境的要求也不盡相同， 為了適應(yīng)這些不同的生存環(huán)境，在污水處理工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，以保證生物脫氮 的正常運(yùn)行。