污水處理技術之AO脫氮工藝
1、基本原理
A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的條件下(O段)，被硝化菌硝化為硝態氮，大量硝態氮回流至A段，在缺氧條件下，通過兼性厭氧反硝化菌作用，以污水中有機物作為電子供體，硝態氮作為電子受體，使硝態氮波還原為無污染的氮氣，逸入大氣從而達到最終脫氮的自的。硝化反應：
NH4++2O2→NO3-+2H++H2O
反硝化反應：
6NO3-+5CH3OH(有機物)→5CO2↑+7H2O+6OH-+3N2↑
A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉化成可溶性有機物，當這些經缺氧水解的產物進入好氧池進行好氧處理時，可提高污水的可生化性及氧的效率;在缺氧段，異養菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化(有機鏈上的N或氨基酸中的氨基)游離出氨(NH3、NH4+)，在充足供氧條件下，自養菌的硝化作用將NH3-N(NH4+)氧化為NO3-，通過回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態氮(N2)完成C、N、O在生態中的循環，實現污水無害化處理。
2、A/O內循環生物脫氮工藝特點
根據以上對生物脫氮基本流程的敘述，結合多年的廢水脫氮的經驗，我們總結出(A/O)生物脫氮流程具有以下優點：
(1)效率高。
該工藝對廢水中的有機物，氨氮等均有較高的去除效果。當總停留時間大于54h，經生物脫氮后的出水再經過混凝沉淀，可將COD值降至100mg/L以下，其他指標也達到排放標準，總氮去除率在70%以上。
(2)流程簡單，投資省，操作費用低。
反硝化在前，硝化在后，設內循環，以原污水中的有機底物作為碳源，效果好，反硝化反應充分;曝氣池在后，使反硝化殘留物得以進一步去除，提高了處理水水質;A段攪拌，只起使污泥懸浮，而避免DO的增加。O段的前段采用強曝氣，后段減少氣量，使內循環液的DO含量降低，以保證A段的缺氧狀態。
該工藝是以廢水中的有機物作為反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂貴的碳源。尤其，在蒸氨塔設置有脫固定氨的裝置后，碳氮比有所提高，在反硝化過程中產生的堿度相應地降低了硝化過程需要的堿耗。
(3)缺氧反硝化過程對污染物具有較高的降解效率。
如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有機物的去除率分別為62%和36%，故反硝化反應是最為經濟的節能型降解過程。
(4)容積負荷高。
由于硝化階段采用了強化生化，反硝化階段又采用了高濃度污泥的膜技術，有效地提高了硝化及反硝化的污泥濃度，與國外同類工藝相比，具有較高的容積負荷。
(5)缺氧/好氧工藝的耐負荷沖擊能力強。
當進水水質波動較大或污染物濃度較高時，本工藝均能維持正常運行，故操作管理也很簡單。通過以上流程的比較，不難看出，生物脫氮工藝本身就是脫氮的同時，也降解酚、氰、COD等有機物。結合水量、水質特點，我們推薦采用缺氧/好氧(A/O)的生物脫氮(內循環) 工藝流程，使污水處理裝置不但能達到脫氮的要求，而且其它指標也達到排放標準。
3、A/O法存在的問題
(1)由于沒有獨立的污泥回流系統，從而不能培養出具有獨特功能的污泥，難降解物質的降解率較低;
(2)若要提高脫氮效率，必須加大內循環比，因而加大運行費用。從外，內循環液來自曝氣池，含有一定的DO，使A段難以保持理想的缺氧狀態，影響反硝化效果，脫氮率很難達到90% 。
4、污水脫氮的影響因素
1、酸堿度(pH值)
大量研究表明，氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌的適宜的pH分別為7.0～8.5和6.0～7.5，當pH值低于6.0或高于9.6時，硝化反應停止。硝化細菌經過一段時間馴化后，可在低pH值(5.5)的條件下進行，但pH值突然降低，則會使硝化反應速度驟降，待pH值升高恢復后，硝化反應也會隨之恢復。具體聯系污水寶或參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
反硝化細菌最適宜的pH值為7.0～8.5，在這個pH值下反硝化速率較高，當pH值低于6.0或高于8.5時，反硝化速率將明顯降低。此外pH值還影響反硝化最終產物，pH值超過7.3時終產物為氮氣，低于7.3時終產物是N2O。
硝化過程消耗廢水中的堿度會使廢水的pH值下降(每硝化1g氨氮將消耗7.14g堿度，以CaCO3計)。相反，反硝化過程則會產生一定量的堿度使pH值上升(每反硝化1g硝酸鹽將產生3.57g堿度，以CaCO3計)但是由于硝化反應和反硝化過程是序列進行的，也就是說反硝化階段產生的堿度并不能彌補硝化階段所消耗的堿度。因此，為使脫氮系統處于最佳狀態，應及時調整pH值。
2、溫度(T)
硝化反應適宜的溫度范圍為5～35℃，在5～35℃范圍內，反應速度隨溫度升高而加快，當溫度小于5℃時，硝化菌完全停止活動;在同時去除COD和硝化反應體系中，溫度小于15℃時，硝化反應速度會迅速降低，對硝酸菌的抑制會更加強烈。
反硝化反應適宜的溫度是15～30℃，當溫度低于10℃時，反硝化作用停止，當溫度高于30℃時，反硝化速率也開始下降。
有研究表明，溫度對反硝化速率的影響取與反應設備的類型、負荷率的高低都有直接的關系，不同碳源條件下，不同溫度對反硝化速率的影響也不同。
3、溶解氧(DO)
在好氧條件下硝化反應才能進行，溶解氧濃度不但影響硝化反應速率，而且影響其代謝產物。為滿足正常的硝化反應，在活性污泥中，溶解氧的濃度至少要有2mg/L，一般應在2～3mg/L，生物膜法則應大于3mg/L。當溶解氧的濃度低于0.5～0.7mg/L時，硝化反應過程將受到限制。
傳統的反硝化過程需在較為嚴格的缺氧條件下進行，因為氧會同競爭電子供體，且會抑制微生物對硝酸鹽還原酶的合成及其活性。但是，在一般情況下，活性污泥生物絮凝體內存在缺氧區，曝氣池內即使存在一定的溶解氧，反硝化作用也能進行。研究表明，要獲得較好的反硝化效果，對于活性污泥系統，反硝化過程中混合液的溶解氧濃度應控制在0.5mg/L以下;對于生物膜系統，溶解氧需保持在1.5mg/L以下。
4、碳氮比(C/N)
在脫氮過程中，C/N將影響活性污泥中硝化菌所占的比例。因為硝化菌為自養型微生物，代謝過程不需要有機質，所以污水中的BOD5/TKN越小，即BOD5的濃度越低硝化菌所占的比例越大，硝化反應越容易進行。硝化反應的一般要求是BOD5/TKN>5，COD/TKN>8,下表是GradyC.P.L.Jr推薦的不同的C/N對脫氮的效果的影響：
不同的C/N的脫氮效果
氨氮是硝化作用的主要基質，應保持一定的濃度，但氨氮濃度超過100～200mg/L時，會對硝化反應起抑制作用，其抑制程度隨著氨氮濃度的增加而增加。
反硝化過程需要有足夠的有機碳源，但是碳源種類不同亦會影響反硝化速率。反硝化碳源可以分為三類：第一類是易于生物降解的溶解性的有機物;第二類是可慢速降解的有機物;第三類是細胞物質，細菌利用細胞成分進行內源硝化。在三類物質中，第一類有機物作為碳源的反應速率最快，第三類最慢。
有研究認為，廢水中BOD5/TKN≥4~6時，可以認為碳源充足，不必外加碳源。
5、污泥齡(SRT)
污泥齡(生物固體的停留時間)是廢水硝化管理的控制目標。為了使硝化菌菌群能在連續流的系統中生存下來，系統的SRT必須大于自養型硝化菌的比生長速率，泥齡過短會導致硝化細菌的流失或硝化速率的降低。在實際的脫氮工程中，一般選用的污泥齡應大于實際的SRT。有研究表明，對于活性污泥法脫氮，污泥齡一般不低于15d。污泥齡較長可以增加微生物的硝化能力，減輕有毒物質的抑制作用，但也會降低污泥活性。
6、內回流比(r)
內回流的作用是向反硝化反應器內提供硝態氮，使其作為反硝化作用的電子受體，從而達到脫氮的目的，循環比不但影響脫氮的效果，而且影響整個系統的動力消耗，是一項重要的參數。循環比的取值與要求達到的效果以及反應器類型有關。有數據表明，循環比在50%以下，脫氮率很低;脫氮率在200%以下，脫氮率隨循環比升高而顯著上升;內回流比高于200%以后，脫氮效率提高較緩慢。一般情況下，對低氨氮濃度的廢水，回流比在200%～300%最為經濟。
7、氧化還原電位(ORP)
在理論上，缺氧段和厭氧段的DO均為零，因此很難用DO描述。據研究，厭氧段ORP值一般在-160～-200mV之間，好氧段ORP值一般在+180mV坐右，缺氧段的ORP值在-50～-110mV之間，因此可以用ORP作為脫氮運行的控制參數。
8、抑制性物質
某些有機物和一些重金屬、氰化物、硫及衍生物、游離氨等有害物質在達到一定濃度時會抑制硝化反應的正常進行。游離氨的抑制允許濃度：亞硝酸(Nitosomonas)為10～150mg/L，硝酸鹽(Nitrobacter)為0.1～1mg/L。有機物抑制硝化反應的主要原因：一是有機物濃度過高時，硝化過程中的異養微生物濃度會大大超過硝化菌的濃度，從而使硝化菌不能獲得足夠的氧而影響硝化速率;二是某些有機物對硝化菌具有直接的毒害或抑制作用。
9、其他因素影響
生物脫氮系統涉及厭氧和缺氧過程，不需要供氧，但必須使污泥處于懸浮狀態，攪拌是必需的，攪拌所需的功率對豎向攪拌器一般為12～16W/m3，對水平攪拌器一般為8W/m3。
10、生物脫氮過程中氮素的轉化條件
生物脫氮過程包括氨氧化、亞硝化、硝化及反硝化，有機物降解碳化過程亦伴隨著這些過程同時完成。綜合考慮各項因素(如菌種及其增值速度、溶解氧、pH值、溫度、負荷等)可有效減化和改善生物脫氮的總體過程。
生物脫氮反應與有機物好氧分解反應條件與特性
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