【科普】污水处理中氨氮超标原因分析和解决办法

【科普】污水处理中氨氮超标原因分析和解决办法

在 污水处理中， 氮是引起水体富营养化的主要营养物质，同时，氨氮超标也是造成 环境 污染的原因之一。    

1、氮的去除机理

氮的去除不是靠细胞过量吸收去除的，其主要机理为：      

● 颗粒性不可生物降解有机氮通过生物絮凝作用成为活性污泥组分，通过排除剩余活性污泥从系统中去除；      

● 颗粒性可生物降解有机氮通过水解转化为溶解性可生物降解有机氮。溶解性不可生物降解有机氮，随处理出水排出，决定出水的有机氮浓度；      

● 溶解性可生物降解有机氮通过异养菌的氨化作用转化为氨氮，其中尿素可迅速水解成碳酸铵。好氧条件下硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，缺氧条件下反硝化菌将硝酸盐异化还原成气态氮，从水中除去。      

由于缺氧区反硝化需要大量碳源，因此一般缺氧区都放置在生物处理的前端（进水端），但是进水中多为氨氮，少有硝态氮，无法进行反硝化，因此需要内回流。

生化池出水中的总氮浓度和内回流是一样的，因此，即使是理论状态下，最大的脱氮率也只能达到(r+R)/(1+r+R)，其中，r为内回流比，R为污泥回流比。

2、氮生化去除过程        

氮生化去除过程主要包含氨化过程、硝化过程、反硝化过程，其中反硝化过程包含全程反硝化和短程反硝化，硝化细菌世代周期5~8天，反硝化细菌世代周期15天左右。

1、 氨化 过程：      

氨化过程是微生物分解有机氮化物产生氨的过程，一般可分为两步。第一步是含氮有机化合物(蛋白质、核酸等)降解为多肽、氨基酸、氨基糖等简单含氮化合物，第二步则是降解产生的简单含氮化合物在脱氨基过程中转变为NH?。

2、硝化过程：      

硝化反应过程原理为：在有氧条件下，氨氮被硝化细菌所氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。

包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；硝酸菌参与将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。

3、反硝化过程：      

反硝化反应过程原理为：在缺氧条件下，利用反硝化菌将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从污水中逸出，从而达到除氮的目的。

反硝化是将硝化反应过程中产生的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程，反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物。亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO?、CO?2ˉ、HCO?-等做为碳源，通过NH?、NH?﹢、或NO2ˉ的氧化还原反应获得能量。硝化反应过程需要在好氧条件下进行，并以氧做为电子受体，氮元素做为电子供体。

当有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子氧作为最终电子受体，当无分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N3﹢和N?﹢做为电子受体，有机物则作为碳源提供电子供体提供能量并得到氧化稳定，由此可知反硝化反应须在缺氧条件下进行。

反硝化过程中，反硝化菌需要有机碳源（如碳水化合物、醇类、有机酸类）作为电子供体，利用NO3ˉ中的氮进行缺氧呼吸。硝化反应每氧化1g氨氮耗氧4.57g，消耗碱度7.14g，表现为pH值下降，在反硝化过程中，去除硝酸盐氮的同时去除碳源，这部分碳源折合DO2.6g，另外，反硝化过程中补偿碱度3.57g。

 全程脱氮和短程脱氮生化原理图

3、氨氮超标原因及解决办法

1、有机物浓度高      

分析原因：运行管理不到位，预处理效果差，SS较多，使得废水处理的生化进水有机物浓度过高，已经超出了生化的处理能力，从而导致COD和氨氮的去除效率低下。COD高时会抑制硝化菌的活性而有利于发挥异氧菌的活性，使得有机氮发生水解而转化成氨氮，从而造成废水中的氨氮含量更高。

解决办法：立即停止进水进行闷曝、内外回流连续开启；停止排泥保证污泥浓度；如果有机物已经引起非丝状菌膨胀可以投加PAC来增加污泥絮性、投加消泡剂来消除冲击泡沫。后续提高管理水平，做好前端预处理，降低生化负荷。

2、内回流异常      

分析原因：因电气故障、机械故障或人为原因导致内回流异常。内回流导致的氨氮超标也可以归到有机物冲击中，因为没有硝化液的回流，导致好氧池中只有少量外回流携带的硝态氮，总体成厌氧环境，碳源只会水解酸化而不会完全代谢成二氧化碳逸出，所以大量有机物进入曝气池，导致了氨氮的升高。

解决办法：内回流已经导致氨氮升高，检修内回流泵，停止或者减少进水进行闷曝；硝化系统已经崩溃，停止进水闷曝，如果有条件、情况比较紧迫可以投加相似脱氮系统的生化污泥，加快系统恢复。后续定期检查回流泵，及时发现并解决问题。

3、pH过低

分析原因：一般微生物要在pH=6-9范围内比较合适，一般pH过低导致的氨氮超标有三种情况：

a.内回流太大或者内回流处曝气开太大，导致携带大量的氧进入缺氧池，破坏缺氧环境，反硝化细菌有氧代谢，部分有机物被有氧代谢掉，严重影响了反硝化的完整性，因为反硝化可以补偿硝化反应代谢掉碱度的一半，所以因为缺氧环境的破坏导致碱度产生减少，pH降低，低于硝化细菌适宜的pH之后硝化反应受抑制，氨氮升高。

b.进水CN比不足，原因也是反硝化不完整，产生的碱度少，导致的pH下降。

c.进水碱度降低导致的pH连续下降。

解决办法：发现pH连续下降就要开始投加碱来维持pH，然后再通过分析去查找原因；如果pH过低已经导致了系统的崩溃，首先要把系统的pH补充上来，然后闷曝或者投加同类型的污泥。

4、DO过低      

原因分析：曝气器老化和间歇曝气容易导致曝气器堵塞，池内曝气充氧和搅拌受阻，而硝化反应是有氧代谢，需要保证曝气池溶氧适宜的环境（缺氧池DO=0.2~0.5mg/L，好氧池DO≥2mg/L）下才能正常进行，而DO过低则会导致硝化受阻，氨氮超标。

解决办法：更换曝气头；提高风机变频功率，增大风量。

5、泥龄过低      

原因分析：排泥过多和污泥回流过少都会导致污泥的泥龄降低，因为细菌都有世代期，SRT低于世代期，会导致该细菌无法在系统中聚集，形成不了优势菌种，所以对应的代谢物无法去除。一般泥龄是细菌世代期的3-4倍。多系列中，污泥回流不均衡，各系列污泥回流相差过大，导致污泥回流少的系列氨氮升高。

解决办法：减少进水或者闷曝；投加同类型污泥；如果是污泥回流不均衡导致的问题，把问题系列的减少进水或者闷曝、保证正常系列运行的情况下将部分污泥回流到问题系列，每个系列设置流量计量装置，便于观察。

6、水质波动冲击      

原因分析：水质水量波动大，调节池处理不到位，导致来水氨氮突然升高，脱氮系统崩溃，出水氨氮超标。

解决办法：保证pH的情况下，投加同类型污泥、闷曝恢复系统；工艺末端增设氨氮去除剂投加和反应装置用于应急理。

7、温度过低      

原因分析：冬季进水温度很低，尤其是昼夜温差大，往往低于细菌代谢需要的温度，使得细菌休眠，硝化系统异常。

解决办法：设计阶段把池体做成地埋式的；提前提高污泥浓度；进水加热至适宜温度（硝化反应的最佳温度一般为20-30℃，15℃以下硝化反应速率下降，5℃以下停止；反硝化最佳温度为20-40℃，15℃以下反硝化菌活性下降；普通好氧菌最佳温度一般为15-30℃）。

8、工艺选择问题      

原因分析：脱氮选用的工艺是单纯的曝气池、接触氧化、SBR等等这些工艺，其实，在保证HRT(水力停留时间)和SRT(泥龄)足够长的情况下，这些工艺是可以脱氨氮的，但不经济。

解决办法：延长HRT和SRT，例如改造成MBR提高泥龄等等；前面增加反硝化池。

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