一、生物脱氮基础回顾
理论上脱氮机理分为，氨化，硝化，反硝化。如下：
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氨化作用
有机氮化合物在氨化菌作用下，分解转化为氨氮，称为“氨化作用”。氨化作用是脱出羧基和氨基的过程。
氨化菌是异养菌（需要一定碳源），有好氧菌、兼性菌和厌氧菌，因此有机氮很容易被氨化。
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硝化作用
由种类非常有限的自养微生物完成，分两步：
一是亚硝酸菌利用氧将氨氮转化为亚硝酸氮；
二是硝酸菌利用氧将亚硝酸氮转化为硝酸氮，这一过程统称硝化。
1）硝化过程：亚硝酸菌和硝酸菌均为化能自养菌，统称硝化细菌。属革兰氏染色阴性、不生芽孢的短干菌和球菌，以CO2为碳源，从无机物的氧化中获取能量。生长速率很低（因为NH4 -N和NO2-N氧化过程产能底）。
2）影响硝化反应的环境因素：
▷ 温度：影响硝化细菌的比增长速率，及活性。一般4—45℃，最佳30℃。
▷ 溶解氧：硝化细菌——好氧菌，DO影响反应速率和细菌增长速度。一般DO≥2mg/L。
▷ 碱度和pH：如反应式，硝化过程产生[H ]，消耗碱度，pH会下降。硝化细菌对pH相当敏感（亚硝酸菌pH=7.7—8.1活性最强，硝酸菌pH=7.0—7.8活性最强），pH不适宜时活性急剧下降，pH值波动是致命的。
▷ C/N比：硝化细菌比增速率很慢，比其它异养菌底一个数量级，污水中的C/N过高（COD/TKN=10—15），对硝化细菌基质竞争不利。
▷ 泥龄：短时易被洗脱排出。
▷ 有毒物质：常规毒物对其有害，氨及亚硝酸对其也有毒性，消化污泥上清液回流水就抑制活性20%左右。
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反硝化作用
在缺氧/厌氧条件下，兼性异养菌将硝酸氮又转化为亚硝酸氮、继而还原为氮气（N2、N2O、NO）释放出来，这一阶段使氮脱除，叫反硝化。
1）反硝化过程：反硝化细菌—异养兼性厌氧菌，自然界很多。包括变形杆菌、假单胞杆菌、小球菌。在有分子氧（O2）存在时，利用O2呼吸降解有机物，无O2时利用NO2-、NO3-作为电子受体。
NOx-N的还原包括同化作用（合成细胞）和异化作用（分解脱氮为N2），异化反硝化为主，占到总脱氮量的70—75%。
2）影响反硝化反应的环境因素
▷ 温度：影响反硝化细菌的比增长速率，及活性。一般20—40℃。
▷ 溶解氧：抑制反硝化菌活性，与硝态氮竞争电子供体。一般DO＜0.3mg/L。
另外，反硝化菌体内某些酶只有在有氧条件下合成，所以要求好氧厌氧交替工作。
▷ 碱度和pH：反硝化过程产生[OH-]，积累碱度，正好补充硝化过程中消耗的碱度。
反硝化细菌对pH也敏感，适宜pH=7.0—7.5活性最强，pH不适宜时活性下降，pH值波动是致命的。
▷ 碳源有机物：有机物是反硝化反应的碳源，也是电子供体，消耗量很大。要求原水中提供或人工加入。
▷ C/N比：理论上，还原1g硝酸氮——需要碳源2.86g（BOD5），一般原水中的都不够。
▷ 有毒物质：反硝化细菌抗毒性能力＞硝化细菌，与一般好氧异养菌相同。所以毒性瓶颈在消化过程。
二、污水生物脱氮的基本条件
对于生物脱氮所需要具备的基本条件，久经沙场的水污师们，有这样的形容：
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C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲，C/N≥2.86就能进行生物脱氮，但一般认为，C/N≥3.5才能进行有效脱氮。要达到生物脱氮的目的，完全硝化是先决条件，充足的碳源是基本保障。
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首先硝化得进行，至于反硝化，碳源是关键。还有回流比、缺氧池的大小等。
三、实例解答
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案例一：规模为12000方/天生活污水，工艺采用两级A/O BAF，填料挂膜方式，进水COD160-220mg/L，氨氮28-40mg/L，总磷2-4mg/L。项目从2015年3月20日进场调试，第一步，接种污泥闷曝，第二步间断进水挂膜，第三步，控制参数驯化污泥。前期进展很顺利，挂膜长势很好，但是氨氮去除率较低。5.1节期间，氨氮去除很好，降到了1mg/L左右，但是只维持了两个星期，氨氮又升到十几mg/L。加大曝气量，减少进水氨氮去除在短时间内，效果很明显；很快会反弹。
分析原因：停留时间够，DO够，pH并不低，污泥附着在膜上，为什么氨氮去除这么低？
解决方法：该污水处理进水城区雨污分流基本没有，进水水质受天气波动特别大，这造成可生化系统遭受冲击特别严重。生物膜污泥量较死板，无法进行人工干预，所存在问题主要原因在于生物量远不够去除氨氮。针对这一情况，从二沉池回流污泥到前端解决生物量的问题，同时向系统内投放了部分新鲜污泥，增加外回流后，氨氮问题终得到了有效解决。
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案例二：污水厂每天水量大概是4500吨水，生化池容积为6500方。进水COD比较低，进水COD80 mg/L左右，出水20 mg/L左右。氨氮进水10 mg/L左右，出水1 mg/L左右，总氮进水20 mg/L左右，出水18 mg/L左右，总氮去除率相当低，就是到不了15 mg/L，现在执行的一级A 标。个人怀疑是碳源不足，采购了葡萄糖，目前培养的污泥浓度大概是3000 mg/L左右；现在每天加100公斤葡萄糖。
分析解答：氨氮效率还可以，证明问题出在反硝化了。能影响的就在碳源和回流上。总氮无外乎跟反硝化关联。反硝化的条件：DO浓度＜0.5mg/L；BOD5/TN＞3～5。总氮的去处效率=回流比/(回流比 1）*100%。按你原水的总氮20ppm，出水15ppm，去除率也就25%，反推回流比也就1/3。保守点，可按总水量（吨水每小时）的50%来回流至的缺氧池，总氮应该问题不大。但这个里面最大的前提是要核算现有缺氧段的碳源，反推添加的葡萄糖量是否能满足你反硝化需求的能量。
四、相关问题讨论解答
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问题1：反硝化滤池进水COD100mg/L，TN，60mg/L，氨氮10mg/L，出水TN会有一点去除吗？
回答：TN的去除有几个方面：一是同化去除一部分 ，二是反硝化去除一部分 ，三是不可生物降解的颗粒性有机氮进入污泥部分，总体下来出水TN估计在40-60mg/L之间，与水质关系特别大。
COD100mg/L，BOD也就40-50mg/L，理论上反硝化1gTN要2.86gBOD，实际运行要＞4gBOD，本身其他细菌还要氧化分解BOD自己活，又不是整个池子里全是反硝化菌。估计出水总氮能降低个2mg/L，但是总氮测量误差一般很大，你测出60多也是可能的。
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问题2：AAO 进水量5000-6000每天，总磷进水就超标，目前没有生物除磷了，都靠加药，总磷去除不错，但是总氮总是不好，目前想把厌氧池改为缺氧池进行反硝化脱氮，请问对进入厌氧池的硝酸盐氮有什么要求吗？
回答：可以改为缺氧池，但也无太大必要。其实厌氧池一直在脱氮。回流污泥中只要有硝氮进入厌氧段首先进行的就是脱氮，因为反硝化菌对碳源的需求比较宽泛，加之其属于异氧菌，所以进行的比较顺利。硝氮浓度降的足够低后才进行厌氧释磷，原因很简单，聚磷菌对碳源的利用是专一性的，即VFA.。VFA作为优质碳源很容易被多种细菌利用，同时因为他含量普遍较低，所以大部分厂子的生物除磷都无法达标而必须借助化学方法。将厌氧池改为缺氧池强化脱氮是没问题的，但也没有过大的必要，作用不会有翻天覆地的变化。决定脱碳速率除了上述的进水碳源外还有一个重要因素就是颗粒型碳源的水解速率。溶解性的碳源很快就能参与反硝化，有多少在厌氧或缺氧下都能很快反应。但是颗粒型的碳源就不一样了需要通过水解发酵作用，转变为溶解性的才能透过细胞膜被微生物利用。水解的速率与微生物总量是成正相关的。所以可以通过提高污泥浓度来强化这一过程。
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问题3：处理养猪场污水，好氧采用的是泥法的A2O工艺，水力停留时间为3天，现阶段A池进水COD才可怜的1000g/L，氨氮800mg/L，出水氨氮还有200g/L，COD一直在500g/L左右降不下去，SV30在35％，水温28℃，O池采用的是推流式，分三个廊道，第二个和第三个廊道出水pH在6.5到7，DO暂时测不了，混合液回流在240％，污泥回流在100％，如果要把氨氮和COD降下去该怎么办？
回答：因停留时间太短，可以先采取：1、降低进水量，提高污泥或者混合液回流比——其实是为了稀释进水氨氮 2、跨越厌氧设置短路管。
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问题4：我厂建在一工业园区处理各个企业排放的综合工业污水，包括煤化工、制药污水、靛蓝粉厂污水等等；工艺为厌氧池—好氧池—沉淀池—高级氧化，好氧池末端混合液和沉淀池污泥一起回流至好氧进水端，因成本原因高级氧化不常开启；进水COD指标要求小于500mg/L，出水执行一级B标准；水量水质：COD正常时每天处理水量为20000—23000m3/d， 实测进水COD波动很大，偶有超过2000mg/L的高浓污水进入系统，对生化系统冲击很大，但3月份平均进水COD约为500mg/L，B/C约0.3，进水氨氮60mg/l，进水TP小于1mg/Ll，出水COD平均值87mg/L，但氨氮去除率非常差，只有10%。现场参数：污泥浓度3500mg/L，好氧池DO要求控制在2.5—3.5mg/L之间，SVI为72，F/M为0.05左右，每天投加磷肥补充TP至1mg/L；现在最大的问题就是氨氮去除率很差，请问该如何调整？
回答：氨氮去除效率低可能原因：
（1）进入深化系统的pH值偏低（低于7）。
（2）工业废水水质影响消化菌占优势。
（3）目前测到的MLSS有效成分不高（如果平时排泥很少的话，则有可能存在的）。
（4）对策方面，如果pH没有异常，则将MLSS调整到3000mg/L和4000mg/L两个方向各保持1周后看看氨氮去除情况的变化。
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问题5：进水COD为120mg/L左右，NH3-N为40mg/L，要求出水COD为80mg/L，NH3-N为20mg/L，采用A2/O工艺，因为进水COD太低，污泥一直培养不起来，不过COD达标是没有问题，经过几个生化池后出水为70mg/L左右，可NH3-N却不达标，一直是在30mg/L左右，而且进水设计是6万T/t，可实际只有2万T/t。现在有两种想法，一种是加污泥驯化，可因为进水COD太低，需每天大量投加营养维持，似乎不太现实；另一种是在缺氧区投加化学物质（有搅拌机），或者在曝气池内投加，用以化学法去除NH3-N，二沉池当作絮凝沉淀池用。哪种方法更好一点，或者说有什么其他更好的方法来处理？
回答：
（1）处理水量也不小，外加碳源的话，成本过高，也是没有必要的。
（2）既然COD出水已满足要求，那么氨氮的话，可以通过调整好氧池运行来达到出水要求。
（3）由于硝化菌是自养菌，在碳源不充分的条件下反而有利于硝化菌繁殖，所以，需要控制好氧池的DO不低于3.0mg/L，pH值不低于7.0，且尽可能降低内回流。如此，出水氨氮达标问题不大。
（4）当然，由于硝化反应后，氨氮转化为硝态氮，所以总氮不会有多大减低，要去除总氮还需要等到进水有机物浓度有所提高后方能充分发挥反硝化的脱氮作用。
