水处理原理述说 - 缺氧（深度解说）

水处理原理述说 - 缺氧（深度解说）

缺氧段的核心功能是实现反硝化脱氮，其环境特征与厌氧段存在本质差异。根据微生物呼吸类型的不同，缺氧环境允许兼性厌氧菌利用硝酸盐作为电子受体，而厌氧环境则要求严格的无氧条件（DO<0.2mg/L）。这种差异决定了两者在菌群结构和代谢途径上的区别。

溶解氧梯度控制：缺氧段通过曝气强度调节或机械搅拌，将溶解氧维持在 0.2-0.5mg/L 区间，既抑制好氧菌过度增殖，又为反硝化反应提供必要条件。

碳源利用模式：以原水中的易降解有机物，如挥发性脂肪酸为碳源，反硝化菌通过异化还原将硝酸盐氮转化为氮气，同时完成自身增殖。

pH 动态平衡：反硝化过程产生的碱度，约 3.57g 碱度 /gNO??-N，可部分补偿后续硝化反应的碱度消耗，形成系统内的酸碱平衡。

缺氧环境去除的指标

有机物：污水中的部分有机物可在缺氧条件下被微生物利用，通过兼性微生物的代谢作用将其分解，从而降低污水中的 COD 含量。虽然缺氧段对 COD 的去除效果不如好氧段显著，但也能去除一部分易生物降解的有机物。

总氮：这是缺氧段的主要功能之一。在缺氧条件下，硝酸盐氮还原为氮气，从而实现脱氮，有效降低污水中的总氮含量。

悬浮物：通过沉淀和微生物的吸附作用，缺氧段可以去除一部分SS。污水中的一些悬浮颗粒会在重力作用下沉到池底，同时微生物的絮凝作用也能使部分细小的悬浮颗粒聚集变大，便于沉淀去除。

去除原理

反应过程：反硝化菌（异养型兼性厌氧菌）以硝酸盐（NO??）为电子受体，以有机物（BOD）为碳源和能量来源。

反应式：NO?? → NO?? → NO → N?O → N?↑（可先看下面的中文再回看反应式，秒懂）

硝酸盐（NO??）首先被还原为亚硝酸盐（NO??），然后亚硝酸盐进一步被还原为一氧化氮（NO），接着一氧化氮被还原为一氧化二氮（N?O），最终一氧化二氮被还原为氮气（N?），释放到大气中。每一步反应都由相应的酶来催化，如硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等。

异养型：是指该类生物不能利用无机碳源，如二氧化碳来合成自身所需的有机物质，必须依赖外界环境中现成的有机碳源，以获取碳元素和能量。

兼性厌氧菌：是指在有氧和无氧条件下都能生存的微生物。在有氧环境中，它们通过有氧呼吸将有机物质彻底分解为二氧化碳和水，释放大量能量，以支持其生命活动，在无氧环境中，它们则进行无氧呼吸或发酵作用，将有机物质分解为不彻底的氧化产物，同时释放较少的能量。

电子受体：在缺氧条件下，反硝化细菌无法利用氧气作为最终电子受体进行有氧呼吸。此时，硝酸盐替代氧气成为电子受体，使反硝化细菌能够通过呼吸作用继续氧化有机物，释放能量以维持自身的生命活动。

电子供体：反硝化细菌利用电子供体的电子来还原硝酸盐。常见的电子供体有有机物质，如葡萄糖、乙酸等，这些有机物质在细胞内被氧化分解，释放出电子，电子通过一系列的电子传递链最终传递给硝酸盐，使硝酸盐逐步被还原。

缺氧必要条件

溶解氧：一般控制在 0.2 - 0.5mg/L 之间。缺氧段的溶解氧需保持在较低水平，以创造适合反硝化细菌等兼性微生物生长和代谢的缺氧环境。如果溶解氧过高，会抑制反硝化作用，使硝态氮无法有效地转化为氮气逸出，而溶解氧过低，则可能影响微生物的活性，导致处理效果下降。

pH 值：通常维持在 7.0 - 7.5 之间。在此 pH 值范围内，反硝化细菌等微生物具有较高的活性，能够有效地进行反硝化反应。pH 值过高或过低都会影响微生物体内酶的活性，进而影响微生物对污染物的分解代谢能力，导致缺氧段的处理效果变差。

温度：适宜的温度范围一般为 20 - 40℃。温度对微生物的生长和代谢活动有重要影响，在这个温度范围内，微生物的酶活性较高，能够高效地进行反硝化等代谢反应。当温度低于15℃，微生物的活性会受到抑制，反应速率减慢。

碳氮比（C/N）：一般要求碳氮比在 4 - 6 之间。碳源是反硝化细菌进行反硝化反应的电子供体，足够的碳源对于反硝化过程至关重要。如果碳氮比过低，即碳源不足，反硝化细菌无法获得足够的能量来还原硝态氮，导致脱氮效果不佳；碳氮比过高，则会造成碳源浪费，同时可能导致出水有机物超标。

与其他阶段的区别

DO浓度不同：厌氧段 < 0.2 mg/L（严格厌氧），几乎不含氧气。好氧段2~4 mg/L（富氧环境），氧气充足。

核心功能不同：厌氧聚磷菌释放磷，为后续好氧段过量吸磷做准备，同时分解大分子有机物为小分子，如挥发性脂肪酸。好氧段的硝化作用将氨氮氧化为硝酸盐，聚磷菌过量吸收磷通过排泥去除磷以及底分解有机物。

微生物类型不同：厌氧菌（如聚磷菌），代谢无需氧气。缺氧段是兼性菌，如反硝化菌，可在有氧或缺氧条件下生存。好氧是好氧菌，如硝化菌，依赖氧气进行代谢。