上周討論了關于污水廠的氮去除工藝的優(yōu)化運行進行了討論，這周公眾號將繼續(xù)繞污水廠脫氮的優(yōu)化運行管理展開討論。
對于污水廠來說，氮的去除分為兩步，氨氮的去除并沒有將氮完全從系統(tǒng)中脫出，從前面的文章論述中，好氧階段的硝化作用是將氨氮轉化為另外的氮化合物，主要是亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，這兩種氮的化合物是氮污染物的一部分，不能直接排入到環(huán)境水體中。
硝態(tài)氮（NO₃⁻-N）和亞硝態(tài)氮（NO₂⁻-N）是水中常見的氮污染物，它們對環(huán)境有多種不利影響。一方面是水體富營養(yǎng)化：氮是水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要營養(yǎng)物質(zhì)，但過量的硝酸鹽和亞硝酸鹽會導致水體富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化引起藻類迅速繁殖，形成藻華，這會阻礙陽光進入水中，導致水生植物死亡，并消耗水中的氧氣，對水生生物造成威脅；一方面是對水生生物的毒性：高濃度的亞硝酸鹽對水生生物具有毒性，即使是低濃度的亞硝酸鹽也可能對某些魚類和底棲生物產(chǎn)生不利影響。硝酸鹽本身毒性較低，但它可以在環(huán)境中轉化為亞硝酸鹽，從而間接地產(chǎn)生毒性效應，硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累還會影響濕地和河口等生態(tài)系統(tǒng)的功能；一方面是對人類健康的潛在影響：飲用水中過量的硝酸鹽可能對人類健康造成風險，特別可能影響嬰兒，導致“藍嬰綜合征”（高鐵血紅蛋白癥）。而我們在日常飲食（比如腌制的食品中）中可能食用的亞硝酸鹽，在人體胃腸道中可能與胺類物質(zhì)反應形成亞硝胺，這是一些潛在的致癌物。從硝酸鹽和亞硝酸鹽的污染因素來說，控制和減少水體中硝酸鹽和亞硝酸鹽的排放對于保護水生生態(tài)系統(tǒng)和人類健康至關重要。
因此從上述這些水體污染的角度來說，必須對排放水體的污水進行硝酸鹽和亞硝酸鹽的指標控制，但是由于硝酸鹽和亞硝酸鹽的種類需要不同的檢測方法，如果實時監(jiān)控這兩項指標就需要增加兩臺設備來進行，可能還有遺漏的氨根等，為了全面的掌控污水廠出水中氮的含量多少，最終選用了總氮作為出水指標的監(jiān)控設備。在污水廠內(nèi)通過好氧階段的硝化作用，可以將進水中的氨氮降到5mg/L以下，甚至更低的水平，總氮是包含氨氮、有機氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的，這其中的有機氮基本在污水廠的生物處理全流程中都已經(jīng)被氨化，氨氮達到了處理排放的標準，含量也降到了很低的水平，因此在末端監(jiān)測總氮，主要就是監(jiān)測硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的含量，并且利用一臺總氮監(jiān)測儀可以替代硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮兩臺儀表的功能，因此在污水廠的末端會采用總氮監(jiān)測儀表，主要用來對排放污水的氮族指標進行綜合監(jiān)測，除去氨氮在線監(jiān)測之外，剩余的就是對硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的含量監(jiān)測了。
在我國的一些水環(huán)境敏感區(qū)域，地方政府正在收緊對集中處理后排放的污水中氮化合物的監(jiān)管標準。為了滿足這些日益嚴格的標準，污水處理廠需要不斷改進和優(yōu)化氮去除工藝，前面的文章討論了氨氮去除，接下來后續(xù)的文章將圍繞硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的優(yōu)化去除工藝。
總氮的去除過程，是由硝化和反硝化作用共同完成的，硝化作用將氨轉化為硝酸鹽，而反硝化作用則將硝酸鹽轉化為無害的氮氣釋放到大氣中，在污水廠的生物脫氮硝化和反硝化作用的順序?qū)τ诳偟コ欠浅Ｖ匾�，沒有完成硝化過程的氨氮轉化的，是無法進行下一步的反硝化作用的。硝化作用在前面的文章中已經(jīng)做了詳細的說明，我們接著來對反硝化作用進行詳細的工藝討論。
在污水廠的生物處理過程中，反硝化作用是一個多步驟的缺氧過程，兼性缺氧細菌（反硝化菌）將硝酸鹽還原為氮氣（N₂）。中間產(chǎn)物包括亞硝酸鹽（NO₂⁻）、一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N₂O）。反硝化作用需要在缺氧環(huán)境（低溶解氧或無溶解氧）下進行。需要注意的是在反應區(qū)域內(nèi)，如果有溶解氧的存在會抑制反硝化作用，因為反硝化細菌會優(yōu)先利用氧氣作為電子受體而不是硝酸鹽。在反硝化反應中，反硝化細菌需要碳源（電子供體）才能進行反應，這種碳源主要是污水中的有機物，但是由于居民生活飲食結構的不同，造成進水中的碳源和總氮的比例不適用于反硝化過程的碳源需求，因此在碳氮比例不合適的污水廠，需要投加碳源來保障總氮的去除，常用的碳源包括甲醇、乙酸鈉和葡萄糖、復合碳源等。關鍵的反硝化細菌屬包括假單胞菌屬（Pseudomonas）、副球菌屬（Paracoccus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和脫氯單胞菌屬（Dechloromonas）。在污水處理廠中，生物反應過程中，反硝化作用是去除硝酸鹽的主要機制，需要嚴格的缺氧條件和可利用的碳源，使其成為工藝優(yōu)化的關鍵控制點。
對于污水處理過程中，硝酸鹽/亞硝酸鹽類的去除工藝在近年來也得到了多項的發(fā)展，主要有活性污泥法的反硝化脫氮技術、反硝化深床濾池、硫自養(yǎng)脫氮、還有吸附、離子交換、反滲透等工藝。在污水廠中比較常用的還是活性污泥法的反硝化脫氮，也有反硝化深床濾池等。
下一篇將圍繞污水中的營養(yǎng)物質(zhì)氮族去除優(yōu)化管理工藝的優(yōu)化進行討論，歡迎持續(xù)關注并參與污水廠工藝優(yōu)化管理討論。
