生活污水硝化反硝化處理技術(shù)介紹一、概述生活污水，作為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢杀苊獾漠a(chǎn)物，其妥善處理直接關(guān)系到水環(huán)境質(zhì)量和公眾健康。污水中含有的氮元素，主要以氨氮、有機(jī)氮等形式存在，若未經(jīng)有效處理直接排入水體，易引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類(lèi)瘋長(zhǎng)、溶解氧下降、水生生物死亡等一系列生態(tài)問(wèn)題。因此，脫氮是生活污水處理過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在眾多脫氮技術(shù)中，硝化反硝化技術(shù)因其高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好等特點(diǎn)，成為目前應(yīng)用最為廣泛的生物脫氮方法。該技術(shù)利用自然界中微生物的代謝活動(dòng)，將水中的氮元素轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)忉尫诺酱髿庵?，從而?shí)現(xiàn)污水的脫氮凈化。二、硝化反硝化的基本原理硝化反硝化技術(shù)的核心在于利用兩類(lèi)不同生理特性的微生物，在有氧和缺氧交替的環(huán)境條件下，分階段完成對(duì)氮的轉(zhuǎn)化與去除。（一）硝化過(guò)程硝化過(guò)程是在有氧條件下，由自養(yǎng)型微生物主導(dǎo)的將氨氮（NH??-N）氧化為硝酸鹽氮（NO??-N）的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。該過(guò)程通常分為兩個(gè)連續(xù)的階段進(jìn)行：1.氨氧化階段：在氨氧化細(xì)菌（AOB）的作用下，氨氮首先被氧化為亞硝酸鹽氮（NO??-N）。這一階段的代表性細(xì)菌有亞硝化單胞菌屬等。其反應(yīng)可簡(jiǎn)單表示為：NH??+1.5O?→NO??+H?O+2H?2.亞硝酸鹽氧化階段：在亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（NOB）的作用下，亞硝酸鹽氮進(jìn)一步被氧化為硝酸鹽氮（NO??-N）。這一階段的代表性細(xì)菌有硝化桿菌屬等。其反應(yīng)可簡(jiǎn)單表示為：NO??+0.5O?→NO??硝化細(xì)菌多為化能自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)速率較慢，對(duì)環(huán)境條件較為敏感，如溶解氧、溫度、pH值、污泥齡等均會(huì)顯著影響其活性。（二）反硝化過(guò)程反硝化過(guò)程是在缺氧（無(wú)分子氧，有硝酸鹽等電子受體）條件下，由異養(yǎng)型反硝化細(xì)菌將硝酸鹽氮（NO??-N）和亞硝酸鹽氮（NO??-N）還原為氮?dú)猓∟?）并釋放到大氣中的過(guò)程。反硝化細(xì)菌在這一過(guò)程中，以碳源作為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行呼吸作用，獲取能量并生長(zhǎng)繁殖。反硝化過(guò)程是一個(gè)多步驟的還原反應(yīng)，硝酸鹽首先被還原為亞硝酸鹽，然后依次經(jīng)過(guò)一氧化氮（NO）、一氧化二氮（N?O），最終生成氮?dú)猓∟?）。其總反應(yīng)可示意如下（以甲醇為碳源為例）：NO??+1.08CH?OH+0.24H?CO?→0.06C?H?O?N+0.47N?↑+1.68H?O+HCO??反硝化細(xì)菌為異養(yǎng)菌，種類(lèi)繁多，在自然界中廣泛存在。碳源的充足與否、以及碳氮比（C/N）是影響反硝化過(guò)程效率的關(guān)鍵因素之一。三、主要影響因素要使硝化反硝化過(guò)程高效穩(wěn)定運(yùn)行，必須嚴(yán)格控制好以下關(guān)鍵環(huán)境因素：1.溫度：硝化細(xì)菌最適溫度通常在20-30℃之間，溫度低于10℃時(shí)，其活性將顯著降低。反硝化細(xì)菌對(duì)溫度的適應(yīng)范圍相對(duì)較寬，但低溫同樣會(huì)抑制其活性。2.溶解氧（DO）：硝化過(guò)程需要充足的溶解氧，一般建議DO濃度維持在2.0mg/L以上。反硝化過(guò)程則需要嚴(yán)格的缺氧環(huán)境，DO濃度應(yīng)控制在0.5mg/L以下，以避免氧氣與硝酸鹽競(jìng)爭(zhēng)電子受體。3.pH值：硝化反應(yīng)的最適pH值范圍為7.5-8.5，pH值過(guò)低（如低于6.0）會(huì)嚴(yán)重抑制硝化細(xì)菌活性。反硝化反應(yīng)的最適pH值范圍為7.0-8.0，偏堿性環(huán)境更有利于反應(yīng)進(jìn)行。4.碳氮比（C/N）：反硝化過(guò)程需要足夠的有機(jī)碳源作為電子供體和細(xì)胞合成物質(zhì)。通常認(rèn)為，當(dāng)污水中BOD?與TN的比值（BOD?/TN）大于3-5時(shí)，可滿足反硝化對(duì)碳源的需求。若碳源不足，則需額外投加甲醇、乙酸鈉、葡萄糖或生活污水廠的初沉池污泥上清液等作為外加碳源。5.污泥齡（SRT）：硝化細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢，因此系統(tǒng)需要較長(zhǎng)的污泥齡以保證其在反應(yīng)器內(nèi)的停留和繁殖。一般硝化系統(tǒng)的污泥齡應(yīng)大于10-15天（20℃條件下）。反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)相對(duì)較快，對(duì)污泥齡的要求不如硝化細(xì)菌嚴(yán)格。6.水力停留時(shí)間（HRT）：需要保證足夠的水力停留時(shí)間，使硝化和反硝化反應(yīng)能夠充分進(jìn)行。7.有毒有害物質(zhì)：重金屬、某些有機(jī)物、高濃度氨氮等均可能對(duì)硝化和反硝化細(xì)菌產(chǎn)生抑制或毒害作用。四、常見(jiàn)的硝化反硝化工藝類(lèi)型基于硝化反硝化原理，發(fā)展出了多種污水處理工藝，以適應(yīng)不同的水質(zhì)水量和處理要求：1.傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝：如A/O（缺氧-好氧）工藝、A2/O（厭氧-缺氧-好氧）工藝。A/O工藝是最基本的生物脫氮工藝，污水先進(jìn)入缺氧池，利用原水中的碳源進(jìn)行反硝化脫氮，然后進(jìn)入好氧池進(jìn)行硝化反應(yīng)和有機(jī)物降解。A2/O工藝則在A/O工藝前端增加了一個(gè)厭氧池，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮除磷。2.序批式活性污泥法（SBR）及其改良工藝（如CASS、CAST等）：這類(lèi)工藝是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)時(shí)間序列上的進(jìn)水、反應(yīng)（包括缺氧攪拌和好氧曝氣）、沉淀、排水和閑置等工序的交替運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解和脫氮除磷。其特點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積小，脫氮效果好。3.氧化溝工藝：如卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝等。通過(guò)在溝渠內(nèi)形成缺氧區(qū)和好氧區(qū)，利用轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤(pán)等曝氣設(shè)備推動(dòng)水流循環(huán)，使污水在流動(dòng)過(guò)程中完成硝化和反硝化反應(yīng)。4.膜生物反應(yīng)器（MBR）：將膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合，利用膜的截留作用，可使反應(yīng)器內(nèi)維持較高的污泥濃度和較長(zhǎng)的污泥齡，有利于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，從而提高硝化效率。MBR工藝可通過(guò)合理的池體分區(qū)或運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)硝化反硝化。五、工藝運(yùn)行與控制要點(diǎn)在實(shí)際工程應(yīng)用中，硝化反硝化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效脫氮，離不開(kāi)精細(xì)化的運(yùn)行管理與控制：1.溶解氧的精確控制：好氧區(qū)DO的穩(wěn)定是保證硝化效果的前提，可通過(guò)曝氣設(shè)備的變頻控制或曝氣閥門(mén)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。缺氧區(qū)則需嚴(yán)格控制DO，避免好氧區(qū)混合液回流帶入過(guò)多溶解氧。2.污泥齡的控制：通過(guò)合理控制剩余污泥排放量，確保系統(tǒng)污泥齡滿足硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)需求。3.碳源的補(bǔ)充與調(diào)控：當(dāng)進(jìn)水碳源不足時(shí)，需準(zhǔn)確計(jì)算并投加適量的外加碳源。也可通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行方式（如分段進(jìn)水、多點(diǎn)進(jìn)水）來(lái)充分利用原水中的碳源。4.回流比的控制：硝化液回流（內(nèi)回流）是將好氧池產(chǎn)生的硝酸鹽氮送回缺氧池進(jìn)行反硝化的關(guān)鍵，其回流比通常在100%-400%之間，具體需根據(jù)脫氮效率要求和進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。污泥回流（外回流）則主要保證各反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度。5.水質(zhì)水量的均衡：盡可能減小進(jìn)水水質(zhì)水量的波動(dòng)，必要時(shí)設(shè)置調(diào)節(jié)池。6.日常監(jiān)測(cè)與維護(hù)：定期監(jiān)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)（如NH??-N、NO??-N、NO??-N、TN、COD、BOD?、SS等）、污泥性質(zhì)（MLSS、MLVSS、SVI等）以及工藝參數(shù)（DO、pH、溫度、ORP等），根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)，要做好設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，確保其正常運(yùn)行。六、結(jié)語(yǔ)與展望硝化反硝化技術(shù)作為生活污水生物脫氮的核心技術(shù)，已在國(guó)內(nèi)外污水處理廠得到了廣泛應(yīng)用和驗(yàn)證。其原理清晰，技術(shù)成熟，運(yùn)行成本相對(duì)較低，是實(shí)現(xiàn)污水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放、控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要保障。隨著對(duì)水質(zhì)要求的不斷提高和節(jié)能降耗理念的深入，未來(lái)硝化反硝化技術(shù)的發(fā)展將更加注重高效化、低碳化和智能化。例如，短程硝化反硝化（將氨氮直接氧化至亞硝酸鹽氮即進(jìn)行反硝化）、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等新型生物脫氮技術(shù)的研究與應(yīng)用，有望進(jìn)一步提高脫氮效率、節(jié)省能耗和碳源。同時(shí)，智能化控制系統(tǒng)的引入，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型的結(jié)