2014年，污水排放随着环保政策的日趋严格，对氮磷的严格要求日益突出，我们如果依旧以去除有机物的思路设计污水处理站，将导致污水处理站难以挖掘生化工艺的潜力，总氮去除效率跟不上，导致后期的重复建设，污水处理的成本增加。同时没能充分利用原有污水处理站的有机物营养，而致使投资运行成本提高。掌握更深度的环保知识，对提升环保技能水平、降低投资与运行成本至关重要。

烟台金正环保科技有限公司以氮元素为出发点，以去除氮的最终目标的生化系统设计。整理了硝化-反硝化工艺的一些基础知识和设计原理。同时金正环保还对短程硝化-反硝化技术、厌氧氨氧化技术具有浓烈的兴趣，也期待与志同道合的污水处理工程师一同探讨，我们的微信公众平台：.

一、硝化与反硝化基础知识

废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。

一、硝化与反硝化

(一) 硝化

在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。

反应过程如下：

亚硝酸盐菌（8-36h）

NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-△E E=278.42KJ

第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐：

酸盐菌 （12-59h）

NO-+1/2O2 →NO3--△E △E=278.42KJ

这两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。上诉两式合起来写成：

NH4++2O2 →NO3-+2H++H2O-△E △E=351KJ

综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：

NH4++1.83O2+1.98HCO3- →0.02C5H7O2N+0.98 NO3-+1.04 H2O+1.88H2CO3

由上式可知：(1)在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g；(2)硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度(以CaCO3计) 7.lg。

（3）水中BOD不宜过高，20mg/L以下，否则会使增值速率较大的异氧细菌迅速增殖，使自养型的硝化细菌受到排挤，难以形成优势菌种，使硝化反应难以进行。

影响硝化过程的主要因素有：

(1)pH值 当pH值为8.0～8.4时(20℃)，硝化作用速度最快。

由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在7.5以上；

(2)温度 温度高时，硝化速度快。亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃，在15℃以下其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜；

(3)污泥停留时间 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 ＝0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间 必须大于硝化菌的最小世代时间 。在实际运行中，一般应取 ＞2d ；

(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上；

(5)BOD负荷 硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

(二) 反硝化

在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。

在生物反硝化过程中，不仅可使NO2--N、NO3--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。

1mg的硝酸盐氮理论消耗2.87mg的BOD5，一般4mg的BOD5即可满足反硝化的需求

影响反硝化的主要因素：

(1)温度

(2)pH值

(3)溶解氧

(4)有机碳源

二、脱氮型工业污水的设计

①设计的观点

脱氮通常采用脱氮池－硝化池(膜分离池)2池进行；如要求去除率在90％以上或处理出水T-N≦5mg/L的场合，还需要采用第2脱氮池－再曝气池(膜分离池)的组合型2段脱氮法。

脱氮池的搅拌应采用带入氧气较少的机械式设备。

② 1级脱氮法

硝化池及脱氮池的容量，根据下表的脱氮速率(标准)和硝化速率决定后，计算出脱氮容积负荷。

脱氮容积负荷(kg-N/(m3?d))＝脱氮(硝化)速率(kg-N/(kg-SS?d))×MLSS浓度(kg/m3)







硝化液循环量计算：根据去除率决定

从硝化池到脱氮池的循环比如果为R，硝化液循环量则为RQ，从脱氮池的移送量则为(R+1)Q。这时的最大脱氮率为R/(R+1)×100(％)，所以实际上从脱氮率算出R，并决定循环水泵的移送量(R+1)Q。

③ 2级脱氮法

2级脱氮法中第2级脱氮池对NOx的脱氮率可达100％，所以理论上对无机性氮的去除率可以为100％，但是現实情况是膜分离池中有NOx的溶出，所以会有0～3mg/L左右的余留。

首先需选择从膜分离池的返送汚泥送到硝化池(流程1) ，还是送到第1脱氮池(流程2)。作为大概值，流入的BOD/N[4时采用流程1，BOD/N≧4时采用流程2。

另外，有关甲醇的使用量，参照药液使用量计算公式。

1) 流程1（BOD/N[4）

第1级脱氮池中为了节約加碳源量(甲醇等)，第1脱氮池的去除氮量为流入BOD5×1/3(mg/L)的数值，剩余的氮量需要在第2级脱氮池去除。根据第1脱氮池的脱氮量计算去除率，决定硝化液循环比(R)。另外根据各池的汚泥浓度设为多少决定返送汚泥比(r)（表2-4）。各池的汚泥浓度减小时各水池的容量增大，所以最好返送汚泥比(r)≧3。

流入BOD几乎没有的场合，硝化液循环比设为R≧1，对第1级及第2级脱氮池注入需要的加碳源量。

2) 流程2（BOD/N≧4）

和流程1一样、根据第1级脱氮池的脱氮量计算去除率决定硝化液循环比(R)，因为流入BOD高，所以R≧4。根据各池的汚泥浓度设为多少决定返送汚泥比(r)（表2-4）。各池的汚泥浓度减小时各水池的容量增大、所以最好返送汚泥比(r)≧3。

和流程1相比第1脱氮池的MLSS可以提高，所以有可以减小水池的优点。