污水脱氮的机理和控制脱氮效果的方法

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”

1.硝化过程-、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）。
2.硝化过程影响因素：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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.

 

二、反硝化过程

1.机理：

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。
2.反硝化过程影响因素

（1）温度

反硝化的最适宜温度范围是30~40℃。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。