外回流与内回流在污水处理中

的作用与调控策略

 

在污水处理过程中，回流现象是维系生物处理系统高效稳定运行的核心环节。回流主要分为外回流（污泥回流）和内回流（硝化液回流）两种形式，二者功能定位不同却协同互补，共同调控反应器内的微生物环境、底物分布及反应进程。随着2025年新版污水处理排放标准的实施，对氮磷去除效率和系统稳定性提出更高要求，精准把控内外回流的作用机制与调控策略成为污水处理厂提质增效的关键。以下是对外回流与内回流的作用、调控策略、工艺适配性及智能优化的全面解析。

一、外回流的作用与调控策略

1.外回流的核心作用

外回流，又称污泥回流，是将二沉池中沉淀浓缩后的活性污泥重新引入生物反应器（曝气池、厌氧池等）的技术操作，其核心目标是维持反应器内适宜的污泥浓度（MLSS），保障生物处理效能的稳定发挥。具体作用体现在以下方面：

（1）.维持微生物群落稳定：活性污泥中的微生物是分解污染物的核心主体，通过外回流可补充反应器中因出水流失或代谢老化的微生物，确保系统内具备足够数量和活性的功能菌群（如异养菌、聚磷菌、硝化菌等），保障有机污染物、氮磷等营养物质的高效去除。

（2）.调控污泥龄（SRT），适配工艺需求：外回流比的变化直接影响污泥在系统内的停留时间，进而调控污泥龄。不同功能微生物对污泥龄需求不同，如硝化菌需较长污泥龄（适宜温度下约3~10d）以完成增殖，聚磷菌则偏好较短污泥龄（5~17d）以实现高效除磷。通过精准调控外回流，可优化污泥龄参数，适配反硝化除磷、A?/O等不同工艺的功能需求。

（3）.增强系统抗冲击能力：当进水水质（如COD、氮磷浓度）或水量出现波动时，合理的外回流可快速补充反应器内的生物量，降低污泥负荷（F/M），避免微生物因底物浓度突变而失活，提升系统对冲击负荷的适应能力。

（4）优化二沉池运行状态：适度的外回流可控制二沉池内污泥的停留时间，避免污泥因停留过久发生厌氧上浮，同时减少污泥过度积累导致的二沉池水力负荷过高问题，保障二沉池的固液分离效果。

2.外回流的精细化调控策略

外回流调控需兼顾处理效果、能耗控制及设备运行稳定性，核心是通过调整回流比（回流污泥量与进水水量的比值）实现污泥浓度和污泥龄的精准控制，具体策略包括：

（1）基础参数恒定调控：

*恒定回流量调控：适用于进水水质水量稳定的场景，通过设定固定的回流污泥流量，维持反应器内MLSS在2000~4000mg/L的适宜范围（具体需结合工艺类型调整），确保微生物种群结构稳定。

*恒定剩余污泥排放量调控：根据污泥龄目标，计算并设定固定的剩余污泥排放流量，间接控制系统内污泥总量。该策略可避免污泥老化导致的沉降性能下降（SVI升高），尤其适用于硝化工艺占比高的系统。

（2）.基于运行参数的动态调控：

*依据MLSS和SVI调控：当监测到MLSS低于设计值时，提高回流比5%~20%以补充生物量；若SVI升高（超过150mL/g），表明污泥沉降性能变差，需适当降低回流比并增加剩余污泥排放，避免污泥膨胀。

*结合进水负荷调控：进水COD浓度升高或水量突增时，提高回流比10%~30%以降低污泥负荷，保障有机物去除效率；进水负荷降低时，降低回流比以减少能耗（如回流泵运行能耗）。

*利用污泥沉降曲线优化：通过绘制污泥沉降曲线（SV30曲线），确定污泥达到最大浓度的停留时间，调整回流量使二沉池污泥停留时间匹配该节点，实现回流污泥浓度最大化，同时缩短污泥在二沉池的停留时间，避免厌氧释磷影响出水水质。

（3）.工艺适配性调控：

*A?/O工艺：外回流比控制在50%~100%，需避免回流污泥携带过多硝酸盐进入厌氧区，否则会抑制聚磷菌释磷，可通过增设硝酸盐去除单元或调整回流路径优化除磷效果。

*MBR工艺：因无独立二沉池，外回流比控制在50%~100%，重点通过回流调控膜组件表面的污泥浓度，减少膜污染，同时保障硝化菌所需的污泥龄。

（4）异常工况应急调控：

*污泥膨胀时：若因丝状菌过度繁殖导致污泥膨胀，可临时提高回流比10%~20%，同时增加曝气量并投加适量杀菌剂，抑制丝状菌生长；若因污泥龄过长导致，需加大剩余污泥排放，降低回流比以缩短污泥龄。

*二沉池污泥上浮时：立即提高回流比，加快污泥回流速度，减少污泥在二沉池的停留时间，同时检查曝气池DO浓度，避免因曝气不足导致污泥厌氧分解。

二、内回流的作用与调控策略

1.内回流的核心作用

内回流，又称硝化液回流，是将好氧区（曝气池）产生的含硝酸盐（或亚硝酸盐）的混合液回流至前端缺氧区（或厌氧区）的操作，核心功能是强化生物脱氮过程，同时辅助优化反应器内的底物分布和微生物活性。具体作用包括：

（1）提供反硝化底物，强化脱氮效果：好氧区硝化反应产生的硝酸盐氮通过内回流进入缺氧区，为反硝化细菌提供电子受体，反硝化细菌利用污水中的碳源（BOD?）将硝酸盐氮还原为氮气释放到大气中，实现总氮（TN）去除。内回流比直接决定进入缺氧区的硝酸盐氮量，是影响脱氮效率的关键参数。

（2）优化反应器内DO分布：内回流可将好氧区的部分溶解氧（DO）带入缺氧区，通过调控回流量可控制缺氧区DO浓度在0.2mg/L以下，既满足反硝化细菌的缺氧需求，又避免因DO过高抑制反硝化反应。同时，内回流可促进各反应区的混合均匀性，提升底物与微生物的接触效率。

（3）维持微生物种群多样性：通过内回流实现混合液在好氧区与缺氧区的循环，为不同代谢类型的微生物（如硝化菌、反硝化菌）提供适宜的生长环境，避免因单一环境导致微生物群落单一化，提升系统对水质波动的适应能力。

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（4）辅助控制药剂成本：合理的内回流可提升生物脱氮效率，减少因总氮超标需投加的化学脱氮药剂（如甲醇、次氯酸钠），降低运行成本。若内回流控制不当，可能导致脱氮效果不佳，增加药剂投加量。

2.内回流的精细化调控策略

内回流调控的核心是平衡脱氮效率、能耗及系统稳定性，关键在于根据进水水质（尤其是碳氮比）、处理目标（出水TN标准）及运行参数动态调整回流比，具体策略包括：

（1）基于脱氮目标的基础调控：

*根据进出水TN浓度计算理论回流比：采用公式“内回流比=（进水TN-出水TN）/出水TN”计算理论值，实际运行中需在此基础上增加10%~20%的余量，避免因回流不足导致总氮超标。例如，进水TN=50mg/L，出水TN要求≤10mg/L，理论内回流比=（50-10）/10=400%，实际可控制在400%~450%。

*常规控制范围：多数污水处理工艺（如A/O、A?/O）的内回流比控制在200%~400%；对总氮去除要求极高（出水TN≤5mg/L）的场景，可提升至500%~600%，但需同步监测缺氧区DO浓度，避免DO过高抑制反硝化。

（2）结合水质特性的动态调控：

*碳氮比（C/N）充足时（C/N≥5）：可适当提高内回流比10%~30%，增加进入缺氧区的硝酸盐氮量，充分利用剩余碳源提升脱氮效率，例如将原200%的回流比提升至250%~300%。

*碳氮比不足时（C/N＜3）：需降低内回流比20%~50%，减少硝酸盐氮进入缺氧区，避免因碳源不足导致反硝化不彻底；同时可配合投加外碳源（如葡萄糖、甲醇），或调整外回流比增加厌氧区聚磷菌对碳源的摄取效率，平衡脱氮除磷效果。

*高COD污水处理：处理高浓度有机废水时，适当增大内回流比可促进活性污泥与底物的混合，提升微生物活性，但需避免回流比过高导致曝气池DO波动过大，建议控制在300%~400%并加强DO监测。

（2）工艺适配性调控：

*前置反硝化工艺：内回流比控制在200%~400%，重点确保缺氧区前端硝酸盐氮浓度均匀，避免局部碳源不足；后置反硝化工艺可适当降低回流比至100%~200%，减少能耗。

*MBR工艺：内回流比控制在100%~400%，需兼顾脱氮效果和膜污染控制，较高的回流比有助于减少膜表面污泥沉积，但需平衡能耗，建议结合膜组件跨膜压差（TMP）动态调整。

（3）异常工况应急调控：

*缺氧区DO过高（＞0.5mg/L）：若因内回流比过大导致，立即降低回流比5%~10%，或增设缺氧区搅拌装置提升混合效果，减少DO停留时间。

*出水总氮超标：排除碳源不足和曝气不足后，提高内回流比20%~30%，并监测缺氧区硝态氮浓度，若硝态氮浓度高于5mg/L，需同步投加外碳源。

*内回流泵故障：立即启用备用泵，若无法启用，临时降低进水负荷30%~50%，减少硝化反应产生的硝酸盐氮量，避免出水总氮大幅超标。

三、内外回流比的精准计算方法

1.外回流比计算

外回流比（R）是回流污泥量（Qr）与进水水量（Q）的比值，核心计算方法包括以下3种，可根据监测条件选择：

（1）基础公式：R = Qr / Q × 100% 释义：Qr为回流污泥流量（m?/d），Q为进水流量（m?/d），适用于直接监测回流泵流量的场景。

（2）基于MLSS的计算：R = MLSS / (RSSS - MLSS) × 100% 释义：MLSS为曝气池混合液污泥浓度（mg/L），RSSS为回流污泥浓度（mg/L）。例如，MLSS=3000mg/L，RSSS=6000mg/L，则R=3000/(6000-3000)×100%=100%。

（3）基于SV30的计算：R = SV30 / (100 - SV30) × 100% 释义：SV30为曝气池混合液30min沉降比（%），适用于无MLSS在线监测设备的场景。例如，SV30=30%，则R=30/(100-30)×100%≈43%。

2.内回流比计算

内回流比（α）核心计算方法包括理论计算法和实际运行计算法，具体如下：

（1）理论脱氮目标计算法：α = (进水TN - 出水TN) / 出水TN × 100% 释义：适用于明确脱氮目标的场景，需结合实际运行效果修正（通常增加10%~20%余量）。

（2）实际流量计算法：α = Qr39; / Q × 100% 释义：Qr39;为内回流混合液流量（m?/d），Q为进水流量（m?/d），适用于安装内回流流量监测装置的场景。

（3）原文公式补充释义：α = Qr / [Qt + (Qe - Qr)] 释义：Qr为回流水体积流量（m?/d），Qt为污水总进水流量（m?/d），Qe为污水出水流量（m?/d），该公式适用于考虑出水回流补充的复杂工艺，需注意Qe＞Qr时公式有效，核心是计算内回流对系统总流量的影响占比。

四、内外回流的协同调控原则与实践

在同时脱氮除磷的污水处理系统中，内外回流存在一定的相互影响（如外回流携带硝酸盐抑制厌氧释磷，内回流过高增加能耗），需遵循“聚焦目标、动态协同”的原则，实现处理效果与经济性的平衡。

1.协同调控核心原则

（1）优先级划分：脱氮效果不达标时，优先调整内回流比；污泥浓度不足或除磷效果不佳时，优先调整外回流比。

（2）平衡脱氮除磷矛盾：A?/O工艺中，外回流比过高会导致硝酸盐进入厌氧区抑制聚磷菌释磷，需控制外回流比在50%~100%，同时通过内回流比调控减少硝酸盐残留；若进水磷浓度过高，可适当提高外回流比并增加剩余污泥排放，提升除磷效率。

（3）能耗优化：内回流比每提升100%，回流泵能耗约增加15%~20%，需在满足脱氮目标的前提下，尽量控制内回流比在合理范围；外回流比过高会增加曝气池DO消耗（微生物量增多），需同步调整曝气量，避免能耗浪费。

2.典型场景协同调控实践

（1）进水碳氮比偏低（C/N=3~4）：

*内回流调控：降低内回流比20%~30%，减少硝酸盐氮进入缺氧区，避免碳源竞争。

*外回流调控：提高外回流比10%~20%，增加厌氧区聚磷菌浓度，提升碳源利用率（聚磷菌优先摄取碳源）。

*辅助措施：少量投加外碳源（如甲醇），确保反硝化彻底，同时监测厌氧区DO浓度＜0.2mg/L。

（2）进水水量突增（增幅＞30%）：

*外回流调控：提高外回流比20%~30%，维持曝气池MLSS稳定，避免污泥负荷过高。

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*内回流调控：同步提高内回流比10%~20%，确保硝酸盐氮回流充足，避免因水量增加导致脱氮效率下降。

3.冬季低温工况（水温＜15℃）：

（1）外回流调控：降低剩余污泥排放，延长污泥龄（提升至15~20d），保障硝化菌活性，外回流比控制在80%~120%。

（2）内回流调控：提高内回流比10%~20%，增加硝酸盐氮回流总量，弥补低温下反硝化速率下降的影响。

五、2025年智能调控技术应用趋势

随着物联网、大数据及模型预测技术的发展，2025年污水处理回流调控正从“经验型”向“智能型”转变，核心技术应用包括：

1.在线监测系统联动调控：通过安装MLSS、SV30、DO、TN、TP等在线监测设备，实时采集运行数据，系统自动计算最优回流比，驱动回流泵变频调节，实现“监测-计算-调控”闭环管理。

2.模型预测调控：基于劳伦斯-麦卡蒂模型或机器学习模型，输入进水水质、水量、温度等参数，预测不同回流比下的处理效果，提前调整回流参数，避免出水水质超标。例如，通过模型预测进水TN将升高，提前提高内回流比10%~15%，保障脱氮效果。

3.能耗优化算法：智能系统结合回流泵能耗、曝气动耗等数据，在满足出水标准的前提下，计算能耗最低的回流比组合，实现“提质增效+节能降耗”双重目标。

六、常见问题与解决对策

问题类型	可能原因	解决对策
出水总氮超标	内回流比不足、碳源不足、缺氧区DO过高	提高内回流比20%~30%；投加外碳源；降低内回流比或增加缺氧区搅拌
出水总磷超标	外回流比不足、厌氧区DO过高、污泥龄过长	提高外回流比10%~20%；控制厌氧区DO＜0.2mg/L；增加剩余污泥排放
污泥膨胀（SVI＞200mL/g）	外回流比过低、污泥龄过长、曝气不足	提高外回流比并增加剩余污泥排放；提升曝气量；投加适量PAC或杀菌剂
二沉池污泥上浮	外回流比过低、污泥在二沉池停留过久	提高外回流比；缩短污泥在二沉池的停留时间；检查曝气池DO浓度
回流泵能耗过高	回流比设定过高、泵体老化	基于能耗算法优化回流比；检修或更换回流泵

七、总结

外回流与内回流是污水处理生物系统的核心调控手段，二者功能互补、协同作用：外回流聚焦“微生物量平衡”，通过调控污泥浓度和污泥龄，保障系统生物处理效能的稳定；内回流聚焦“氮素转化路径”，通过提供反硝化底物，强化总氮去除效果。2025年新版排放标准实施背景下，回流调控需实现从“经验化”到“精细化、智能化”的升级，核心在于：结合工艺类型（A?/O、MBR等）和水质特性，动态调整回流比；通过内外回流协同调控，平衡脱氮除磷矛盾；借助智能监测与模型预测技术，优化能耗与处理效果。未来，随着智能调控技术的广泛应用，污水处理系统将实现更高效率、更低能耗、更稳定达标的运行目标，为水环境治理提供更有力的技术支撑。