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氨氮、硝态氮、总氮、和生物脱氮工艺

发布时间:2019-03-15

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氨氮、硝态氮、总氮、和生物脱氮工艺 


去冬今春接到许多客户的电话咨询污水中氮的去除工艺。或许是因为这段时间气温低,微生物的活性低造成系统脱氮效率下降;或许也因为环保部门的管理越来越严格了(当然是好事)。本文旨在厘清一些基本概念,供同行参考。


首先说一下污水中氮的种类。

污水中的氮有两种形式:无机氮和有机氮。无机氮包括氨氮(NH3,NH4+)和和包括硝态氮(NO2-,NO3-),有机氮是指蛋白质、氨基酸等有机物里存在的氮。有机氮和无机氮在有些情况下(尤其是有微生物存在)可以相互转化。水体中总氮就是水体内无机氮和有机氮的含量总和。其相互关系如下图所示:

水中氮的形式


氨氮和总氮是污水排放控制重要指标。


其次说一下不同形式的氮是如何相互转化的

水体中各种形式的氮相互之间通过同化作用、氨化反应、硝化反应、反硝化反应相互转化。具体如下

  1. 同化作用:微生物生长繁殖的过程中会吸收一部分氮,变成有机氮成为细胞的一部分,成为活性污泥离开水系统,这个过程叫同化作用。按照细胞干重来计算,微生物细胞中氮的含量约为12.5%。同化作用可以带走污水中20%的氮。
  2. 氨化反应:有机氮通过一系列生化反应转化成无机的氨氮,这个过程就是氨化反应。参与氨化反应的细菌也被成为氨化细菌。
  3. 硝化反应:硝化反应是氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的反应,反应通过硝化细菌完成。反应分两步,过程示意如下:
    1. NH4++3/2O2→NO2-+H2O+2H+
    2. NO2-+1/2O2→NO3-
    3. 总反应式:NH4++2O2→NO3- +H2O+2H+。显然硝化反应是氧化反应,要消耗大量的氧气,同时产生大量酸,所以需要补充大量的碱来平衡。所以溶解氧和碱度是硝化系统正常工作的关键因素。一般需要控制水的溶解氧(DO)不低于2PPM,总碱度控制不低于100PPM
  4. 反硝化反应:反硝化反应是在缺氧条件下,亚硝酸氮和硝酸氮被还原成氮气(N2)。氮气排放到大气中从而污水得以脱氮。参与这一生化反应的是反硝化细菌。反硝化反应式如下:NO3-→NO2-→N2O-→N2反硝化反应需要在缺氧条件下才能进行,溶解氧控制在0-0.3PPM才能实现反硝化作用

以上所有反应简单总结在下面这个示意图里:

污水中氮的转化


最后说一下生物脱氮的基本工艺

污水的脱氮有两条技术路线:物理化学脱氮和生物脱氮。由于可持续性好、综合运行成本低,生物脱氮的应用越来越多。但需要注意的是氨化反应和硝化反应可以降低氨氮水平,但不能降低污水的总氮。上述所有生化过程中只有同化反应(通过排泥带走)和反硝化反应(通过生成氮气排放到大气中)可以将氮从污水中带走,从而降低总氮。这个过程才是真正的“脱氮”。这也是地球上氮循环的一个重要组成部分。


生物脱氮的原理很简单,但具体工艺流程差别很大,限于篇幅,需要单独的文章来阐述。



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