关于AO脱氮工艺

关于AO脱氮⼯艺
基本原理
A/O法⽣物去除氨氮原理：污⽔中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，⼤量硝态氮回流⾄A段，在缺氧条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作⽤，以污⽔中有机物作为电⼦供体，硝态氮作为电⼦受体，使硝态氮波还原为⽆污染的氮⽓，逸⼊⼤⽓从⽽达到最终脱氮的⾃的。

硝化反应：
NH4+＋2O2→NO3-＋2H++H2O
反硝化反应：
6NO3-＋5CH3OH（有机物）→5CO2↑＋7H2O+6OH-+3N2↑
A/O⼯艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在⼀起，A段DO不⼤于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。

在缺氧段异养菌将污⽔中的淀粉、纤维、碳⽔化合物等悬浮污染物和可溶性有机物⽔解为有机酸，使⼤分⼦有机物分解为⼩分⼦有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧⽔解的产物进⼊好氧池进⾏好氧处理时，可提⾼污⽔的可⽣化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋⽩质、脂肪等污染物进⾏氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充⾜供氧条件下，⾃养菌的硝化作⽤将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回⾄A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作⽤将NO3-还原为分⼦态氮（N2）完成C、N、O在⽣态中的循环，实现污⽔⽆害化处理。

A/O内循环⽣物脱氮⼯艺特点
根据以上对⽣物脱氮基本流程的叙述，结合多年的废⽔脱氮的经验，我们总结出(A/O)⽣物脱氮流程具有以下优点：
1.效率⾼
该⼯艺对废⽔中的有机物，氨氮等均有较⾼的去除效果。

当总停留时间⼤于54h，经⽣物脱氮后的出⽔再经过混凝沉淀，可将COD值降⾄100mg/L以下，其他指标也达到排放标准，总氮去除率在70%以上。

2.流程简单，投资省，操作费⽤低
反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污⽔中的有机底物作为碳源，效果好，反硝化反应充分；曝⽓池在后，使反硝化残留物得以进⼀步去除，提⾼了处理⽔⽔质；A段搅拌，只起使污泥悬浮，⽽避免DO的增加。

O段的前段采⽤强曝⽓，后段减少⽓量，使内循环液的DO含量降低，以保证A段的缺氧状态。

该⼯艺是以废⽔中的有机物作为反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源。

尤其，在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后，碳氮⽐有所提⾼，在反硝化过程中产⽣的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。

3.缺氧反硝化过程对污染物具有较⾼的降解效率
如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有机物的去除率分别为62%和36%，故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程。

4.容积负荷⾼
由于硝化阶段采⽤了强化⽣化，反硝化阶段⼜采⽤了⾼浓度污泥的膜技术，有效地提⾼了硝化及反硝化的污泥浓度，与国外同类⼯艺相⽐，具有较⾼的容积负荷。

5.缺氧/好氧⼯艺的耐负荷冲击能⼒强
当进⽔⽔质波动较⼤或污染物浓度较⾼时，本⼯艺均能维持正常运⾏，故操作管理也很简单。

通过以上流程的⽐较，不难看出，⽣物脱氮⼯艺本⾝就是脱氮的同时，也降解酚、氰、COD等有机物。

结合⽔量、⽔质特点，我们推荐采⽤缺氧/好氧(A/O)的⽣物脱氮(内循环) ⼯艺流程，使污⽔处理装置不但能达到脱氮的要求，⽽且其它指标也达到排放标准。

A/O法存在的问题
1.由于没有独⽴的污泥回流系统，从⽽不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；
2.若要提⾼脱氮效率，必须加⼤内循环⽐，因⽽加⼤运⾏费⽤。

从外，内循环液来⾃曝⽓池，含有⼀定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。

污⽔脱氮的影响因素
1.酸碱度（pH值）
⼤量研究表明，氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的适宜的pH分别为7.0～8.5和6.0～7.5，当pH值低于6.0或⾼于9.6时，硝化反应停⽌。

硝化细菌经过⼀段时间驯化后，可在低pH值（5.5）的条件下进⾏，但pH值突然降低，则会使硝化反应速度骤降，待pH值升⾼恢复后，硝化反应也会随之恢复。

反硝化细菌最适宜的pH值为7.0～8.5，在这个pH值下反硝化速率较⾼，当pH值低于6.0或⾼于8.5时，反硝化速率将明显降低。

此外pH值还影响反硝化最终产物，pH值超过7.3时终产物为氮⽓，低于7.3时终产物是N2O。

硝化过程消耗废⽔中的碱度会使废⽔的pH值下降（每硝化1g氨氮将消耗7.14g碱度，以CaCO3计）。

相反，反硝化过程则会产⽣⼀定量的碱度使pH值上升（每反硝化1g硝酸盐将产⽣3.57g 碱度，以CaCO3计）但是由于硝化反应和反硝化过程是序列进⾏的，也就是说反硝化阶段产⽣的碱度并不能弥补硝化阶段所消耗的碱度。

因此，为使脱氮系统处于最佳状态，应及时调整pH 值。

2.温度（T）
硝化反应适宜的温度范围为5～35℃，在5～35℃范围内，反应速度随温度升⾼⽽加快，当温度⼩于5℃时，硝化菌完全停⽌活动；在同时去除COD和硝化反应体系中，温度⼩于15℃时，硝化反应速度会迅速降低，对硝酸菌的抑制会更加强烈。

反硝化反应适宜的温度是15～30℃，当温度低于10℃时，反硝化作⽤停⽌，当温度⾼于30℃时，反硝化速率也开始下降。

有研究表明，温度对反硝化速率的影响取与反应设备的类型、负荷率的⾼低都有直接的关系，不同碳源条件下，不同温度对反硝化速率的影响也不同。

3.溶解氧（DO）
在好氧条件下硝化反应才能进⾏，溶解氧浓度不但影响硝化反应速率，⽽且影响其代谢产物。

为满⾜正常的硝化反应，在活性污泥中，溶解氧的浓度⾄少要有2mg/L，⼀般应在2～3mg/L，⽣物膜法则应⼤于3mg/L。

当溶解氧的浓度低于0.5～0.7mg/L时，硝化反应过程将受到限制。

传统的反硝化过程需在较为严格的缺氧条件下进⾏，因为氧会同竞争电⼦供体，且会抑制微⽣物对硝酸盐还原酶的合成及其活性。

但是，在⼀般情况下，活性污泥⽣物絮凝体内存在缺氧区，曝⽓池内即使存在⼀定的溶解氧，反硝化作⽤也能进⾏。

研究表明，要获得较好的反硝化效果，对于活性污泥系统，反硝化过程中混合液的溶解氧浓度应控制在0.5mg/L以下；对于⽣物膜系统，溶解氧需保持在1.5mg/L以下。

4.碳氮⽐（C/N）
在脱氮过程中，C/N将影响活性污泥中硝化菌所占的⽐例。

因为硝化菌为⾃养型微⽣物，代谢过程不需要有机质，所以污⽔中的BOD5/TKN越⼩，即BOD5的浓度越低硝化菌所占的⽐例越⼤，硝化反应越容易进⾏。

硝化反应的⼀般要求是BOD5/TKN＞5，COD/TKN＞8,下表是GradyC.P.L.Jr推荐的不同的C/N对脱氮的效果的影响：
不同的C/N的脱氮效果
氨氮是硝化作⽤的主要基质，应保持⼀定的浓度，但氨氮浓度超过100～200mg/L时，会对硝化反应起抑制作⽤，其抑制程度随着氨氮浓度的增加⽽增加。

反硝化过程需要有⾜够的有机碳源，但是碳源种类不同亦会影响反硝化速率。

反硝化碳源可以
分为三类：第⼀类是易于⽣物降解的溶解性的有机物；第⼆类是可慢速降解的有机物；第三类是细胞物质，细菌利⽤细胞成分进⾏内源硝化。

在三类物质中，第⼀类有机物作为碳源的反应速率最快，第三类最慢。

有研究认为，废⽔中BOD5/TKN≥4~6时，可以认为碳源充⾜，不必外加碳源。

5.污泥龄（SRT）
污泥龄（⽣物固体的停留时间）是废⽔硝化管理的控制⽬标。

为了使硝化菌菌群能在连续流的系统中⽣存下来，系统的SRT必须⼤于⾃养型硝化菌的⽐⽣长速率，泥龄过短会导致硝化细菌的流失或硝化速率的降低。

在实际的脱氮⼯程中，⼀般选⽤的污泥龄应⼤于实际的SRT。

有研究表明，对于活性污泥法脱氮，污泥龄⼀般不低于15d。

污泥龄较长可以增加微⽣物的硝化能⼒，减轻有毒物质的抑制作⽤，但也会降低污泥活性。

6.内回流⽐（r）
内回流的作⽤是向反硝化反应器内提供硝态氮，使其作为反硝化作⽤的电⼦受体，从⽽达到脱氮的⽬的，循环⽐不但影响脱氮的效果，⽽且影响整个系统的动⼒消耗，是⼀项重要的参数。

循环⽐的取值与要求达到的效果以及反应器类型有关。

有数据表明，循环⽐在50％以下，脱氮率很低；脱氮率在200％以下，脱氮率随循环⽐升⾼⽽显著上升；内回流⽐⾼于200％以后，脱氮效率提⾼较缓慢。

⼀般情况下，对低氨氮浓度的废⽔，回流⽐在200％～300％最为经济。

7.氧化还原电位（ORP）
在理论上，缺氧段和厌氧段的DO均为零，因此很难⽤DO描述。

据研究，厌氧段ORP值⼀般在－160～－200mV之间，好氧段ORP值⼀般在+180mV坐右，缺氧段的ORP值在－50～－
110mV之间，因此可以⽤ORP作为脱氮运⾏的控制参数。

8.抑制性物质
某些有机物和⼀些重⾦属、氰化物、硫及衍⽣物、游离氨等有害物质在达到⼀定浓度时会抑制硝化反应的正常进⾏。

游离氨的抑制允许浓度：亚硝酸（Nitosomonas）为10～150mg/L，硝酸盐(Nitrobacter)为0.1～1mg/L。

有机物抑制硝化反应的主要原因：⼀是有机物浓度过⾼时，硝化过程中的异养微⽣物浓度会⼤⼤超过硝化菌的浓度，从⽽使硝化菌不能获得⾜够的氧⽽影响硝化速率；⼆是某些有机物对硝化菌具有直接的毒害或抑制作⽤。

9.其他因素影响
⽣物脱氮系统涉及厌氧和缺氧过程，不需要供氧，但必须使污泥处于悬浮状态，搅拌是必需的，搅拌所需的功率对竖向搅拌器⼀般为12～16W/m3，对⽔平搅拌器⼀般为8W/m3。

10.⽣物脱氮过程中氮素的转化条件
⽣物脱氮过程包括氨氧化、亚硝化、硝化及反硝化，有机物降解碳化过程亦伴随着这些过程同时完成。

综合考虑各项因素（如菌种及其增值速度、溶解氧、pH值、温度、负荷等）可有效减化和改善⽣物脱氮的总体过程。

⽣物脱氮反应与有机物好氧分解反应条件与特性
END。