市政污水厂运行优化管理（三十九）

市政污水厂运行优化管理（三十九）

5、氧化沟工艺：氧化沟去除氨氮的机理主要依赖于生物硝化和反硝化作用，其独特的设计和运行方式为这些过程创造了有利条件。在氧化沟的好氧区域，通过曝气装置提供充足溶解氧，自养型硝化细菌（如亚硝酸菌和硝酸菌）将氨氮（NH?/NH??）氧化成为亚硝酸盐和硝酸盐。氧化沟采用的环形沟渠结合表面曝气机或转刷，形成交替的好氧/缺氧区域，曝气区通过表面曝气器推动水流并供氧，远离表曝机的非曝气区自然形成缺氧环境。氧化沟采用的长时间水力停留可以增强硝化菌对氨氮的降解，循环跑道式的混合对活性污泥与进水的均匀混合起到了良好的促进作用，同时循环流动促进污泥与污水充分接触，避免短流。氧化沟也采用了长污泥龄（SRT）：较长的SRT（通常15-30天）利于生长缓慢的硝化菌存活，确保硝化效率。

 

接触氧化工艺在市政污水厂中采用较少，就不再这里进行展开讨论了。

可以看到不论何种工艺，活性污泥法都对氨氮具有相应的去除能力，作为运维人员在实际运维管理过程中，需要通过活性污泥法中对氨氮去除过程中的重要控制参数进行优化管理，来提升各个工艺中的氨氮去除的优化管理。在活性污泥法为基础的污水处理厂中，氨氮的去除效率受多种控制和环境因素的影响，包括pH值、溶解氧、温度、碳源、污泥负荷和水力停留时间等。

（1）pH值：pH值影响氨（NH3）和铵根离子（NH4+）之间的平衡，氨在转化为铵根离子过程中，结合氢离子，生成OH-离子，碱性环境下，水中的较高的pH值有利于氨的转化为氨气释放，但碱性环境同时也影响硝化细菌的活性。当pH值低于6.8时，硝化速率显著下降。硝化的最佳pH值约为7.0-7.2或7.5-8.0，而高pH值（10.8-11.5）用于氨的氨气转化，在一些高氨氮废水的物理吹脱工艺中采用这种方式进行氨氮的去除。

（2）溶解氧（DO）：氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程中，溶解氧对于好氧硝化至关重要，最佳溶解氧水平约为2.0-3.0 mg/L。

            NH??+1.5O?→NO??+2H?+H?O

            NO??+0.5O?→NO??

氨氮硝化过程中对氧的需求可以从上面两个方程式中看到，因此在生化反应池中的低溶解氧会抑制硝化作用。但在近年来的研究发现微好氧条件（0.5-1.0 mg/L）可以促进同步硝化反硝化（SND）。这也是现阶段的氨氮去除工艺发展的新工艺路线。

（3）温度：温度显著影响微生物活性，硝化速率和温度的中温范围（20-40°C）是许多生物过程的最佳温度。在较低温度（低于15°C或68°F）下，硝化速率会降低。硝化速率的计算中会采用实际生化池内的温度进行速率的修正，对于生化池内的硝化速率受温度影响，可用Arrhenius方程修正：

                                       r_N,T=r_N,₂₀·θ^(T?20) 

其中，??为温度系数（通常为1.05-1.08），(T)为实际温度（℃），??_{?? , 20}为20℃时的硝化速率。所以温度变化，特别是低温的变化，对于生化池内的硝化速率是指数级的影响。

 

在寒冷气候地区，对管网进一步完善，避免管网埋深过浅，外部不明水源混入到污水管网内，可提升污水厂进水可以维持较高的温度，减少低温对硝化速率的影响，也可以对污水厂生化池表面进行冬季覆盖，减少环境低温造成的生化池表面热量的快速损失。

（4）污泥负荷：以F/M比（食物与微生物之比）表示，它影响有机物去除与硝化/反硝化之间的平衡。低污泥负荷适合硝化菌的高污泥负荷造成生化池内的异养菌在降解超过设计的有机负荷高浓度有机物时，消耗了过量的溶解氧，在提供生化池内溶解氧的鼓风机未发生改变，所提供的氧气一定时，系统中溶解氧分配在有机物的氧化过程中较多，剩余溶解氧就会下降，造成硝化细菌硝化过程所需的溶解氧不足，最终影响氨氮的去除。

（5）水力停留时间（HRT）：污水在生物反应池中的平均停留时间，对于完成生物反应至关重要，特别是速率较慢的硝化反应。HRT不足可能导致处理不完全。在较低温度下可能需要更长的HRT。最佳HRT取决于工艺和所需的出水水质。另外较长的污泥停留时间（SRT）有利于生长缓慢的硝化细菌。HRT对硝化反应的影响体现在以下几个方面：

 

A、细菌世代时间与剩余污泥排放： 硝化细菌的世代时间比降解有机物的异养菌要长，如果HRT过短，可能会导致硝化细菌在系统中的停留时间不足，其增殖速率大于不了剩余污泥排放的速率，从而发生硝化菌无法形成世代更迭生长，使得系统中硝化细菌数量减少，硝化效率显著下降甚至完全丧失。

B、反应时间： 足够长的HRT为硝化反应提供了必要的进行时间。在较低温度或较高氨氮负荷的情况下，需要更长的反应时间来完成充分的硝化。

C、污泥龄(SRT)的影响：SRT是污泥在系统中的平均停留时间，但在连续流系统中，HRT和SRT两者之间密切相关。足够长的HRT有助于维持较高的SRT，而较高的SRT是保证硝化菌在生化系统中停留和发挥作用的关键。对于硝化过程，通常需要较长的SRT，实际应用中通常需要几天到几十天，具体取决于水处理系统内的环境温度和其他条件。

D、微生物群落结构： HRT的变化也会影响活性污泥中微生物的群落结构。有研究表明，HRT的缩短可能导致系统中不同硝化菌比例的变化，影响硝化效率和亚硝酸盐的积累，最终影响氨氮出水的不稳定。

通常来说，为了实现稳定的硝化效果，活性污泥系统的HRT需要维持在一定的范围内。具体的所需HRT时长取决于多种因素，包括进水氨氮浓度、出水要求、运行温度、污泥龄、溶解氧浓度以及具体采用的工艺类型等。例如，在常规活性污泥工艺中，单级硝化的HRT通常需要数小时到十几小时不等。