總氮的去除

上篇 污水中的總氮是造成水環境污染的主要物質之一，2017~2018 年，國家環保部門對總氮的監管開始進入到污水廠內，在污水廠的出口增加總氮在線檢測儀，對污水廠的出水總氮實行了實時監控。這對于各個污水廠來說是水質管理上臺階的具體的要求，那么污水處理廠在日常管理中，要如何實現總氮的達標運行呢?

要了解總氮的去除，首先要明確總氮的構成，在化學意義上總氮不是一個單一的構成體，它是水中氮的一族的合集，為硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮與有機氮的總稱，是反映水體富營養化的主要指標。污水廠作為城市污水處理的重要環節，對總氮的去除效果對整體水環境的影響至關重要。但是在實際運行中，總氮的去除往往是讓污水廠工藝管理人員為頭疼的指標之一。

很多污水廠在經過多年的運行以后，對 COD 以及氨氮的去除都有了很多經驗，可以應對多種工藝異常，保證氨氮的穩定去除(對氨氮的去除，大家可以回看公眾號內《氨氮，氨氮，又見氨氮》一文詳細了解)，由于以往各級監管部門對總氮的監測和要求并不是很嚴格，多數污水廠的總氮去除效果并不是很理想， 有些人認為我的污水里面氨氮都去除了，氨氮包括在總氮里面，為什么總氮沒有效果?是監測錯誤么?總氮去除篇我們就來討論下總氮的去除為什么這么難，難點在哪里?

在前面的總氮的定義中可以了解，總氮包含的有硝酸鹽氮(NO3-)，亞硝酸鹽 氮(NO2-)，氨氮(NH4+)，有機氮這幾類。從這樣看來，氨氮是總氮的組分之一， 當氨氮下降了，總氮也應該下降達標才對啊，為什么總氮會超標呢?而且從排放國標的一級 A 的指標值上看，氨氮的是 5(水溫低于 12℃為 8)mg/L，而總氮在15mg/L，總氮有充分的理由可以達標，可是為什么出現氨氮容易達標，總氮不 容易達標呢?我們來看國際上公認的采用生物法的污水處理廠內總氮去除的機理。

采用活性污泥法的污水處理廠的處理是活性污泥中聚集的大量微生物， 這些微生物在生長過程中，需要一部分氮作為體內蛋白質的合成，用以維持微生物的基本生命活動，我們稱這部分在微生物生長過程中去除的污水中的氮為同化作用去除的氮。總體來說通過同化作用去除的氮是比較少的。行業內經常討論的C：N：P 的比例 100：5：1 就是指這部分維持微生物基本生存所需要的營養組分，也就是污水廠的微生物能正常生長繁殖所能去除的氮大概在碳源的 1/20。但實際上我們污水中所含的氮源是遠遠高于這個比例的。特別是我國地域遼闊， 南北方飲食結構不同，北方冬季寒冷，需要大量的肉食脂肪蛋白質來保持身體所需，造成北方的總氮值很高，下表是北方某污水廠 2016 年的年度進出水水質平均值，可以看到 BOD 和 TN 的比值達到了 6，遠遠大于 0.05 的生物比例。因此在污水廠內，通過同化作用去除的氮是遠遠不能實現出水達標的。

在公眾號前面的活性污泥的系列文章中提到，活性污泥中聚集大量的不同種類的微生物，這些微生物具有各種不同的特性，有一族群的微生物會對污水中各種氮進行比較明顯的生物作用，它們是自然界氮循環鏈條中必不可缺少的一環。關于氮循環我們在公眾號前面的《污水中的兄弟連-氮族》中進行了詳細的介紹，

活性污泥中的而微生物對污水中的氮的去除是這個氮循環的一部分，通過幾個分步來完成的。我們來逐一看這幾步。

由于市政污水廠絕大部分采用的是活性污泥的生物處理法，我們來看看在市政污水廠中生物脫氮的基本原理，脫氮過程一般包括氨化、硝化和反硝化三個過程。

①氨化：污水中的含氮有機物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養型微生物氧化分解為氨氮的過程;

②硝化：污水中的氨氮在硝化菌(好氧自養型微生物)的作用下被轉化為 NO2--和NO3-的過程;

③反硝化：污水中的 NO2--和 NO3--在缺氧條件下在反硝化菌(兼性異養型細菌)

的作用下被還原為 N2 的過程。

從污水廠活性污泥法脫氮的生物學反應機理上可以看到，在整個脫氮過程中，每 一步參與的微生物的種群都是不一樣的，有氨化的微生物，也有硝化的微生物， 還有反硝化的微生物，這些不同生物功能的微生物對生存環境的要求也不盡相同， 為了適應這些不同的生存環境，在污水處理工藝上進行了改進，以保證生物脫氮 的正常運行。