最新AO生化的硝化与反硝化原理及控制参数-汇总重要

A/O生化处理工艺的硝化和反硝化控制（天道酬勤）

1、基本原理

本系统生化处理段采用缺氧/好氧(A/O)工艺，A/O工艺通常是在常规的好氧活性污泥法处理系统前，增加一段缺氧生物处理过程。在好氧段，好氧微生物氧化分解污水中的BOD5，同时进行硝化反应，有机氮和氨氮在好氧段转化为硝化氮并回流到缺氧段，其中的反硝化细菌利用氧化态氮和污水中的有机碳进行反硝化反应，使化合态氮变成分子态氮，同时获得同时去碳和脱氮的效果。这里着重介绍生物脱氮原理。

1) 生物脱氮的基本原理

传统的生物脱氮机理认为：脱氮过程一般包括氨化、硝化和反硝化三个过程。

①氨化(Ammonification)：废水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；

②硝化(Nitrification)：废水中的氨氮在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下被转化为NO2-和NO3-的过程；

③反硝化(Denitrification)：废水中的NO2-和NO3-在缺氧条件下以及反硝化菌(兼性异养型细菌)的作用下被还原为N2的过程。

在反硝化菌的作用下，少部分亚硝酸及硝酸盐氮同化为有机氮化物，成为菌体，大部分异化为气态（70～75％）。

其中硝化反应分为两步进行：亚硝化和硝化。

2、硝化菌对环境的变化很敏感，它所需要的环境条件主要包括以下几方面：

(1)好氧条件，DO≥1mg/l,并保持一定碱度，适宜的PH值为7.5～8.5，当pH值低于7.0时，硝化反应会受到抑制，但是当pH低于一定值后，硝化反应就会被抑制而停止，所以说如果废水pH由高到低，且pH小于6.5时就可以排除硝化反应导致的pH值降低。

(2)有机物含量不宜过高，污泥负荷≤0.15kgBOD/kgMLVSS·d,因为硝化菌是自养菌，有机基质浓度高，将使异氧菌快速增殖而成为优势。

(3)适宜温度20～30℃。

(4)硝化菌在反应器中的停留时间必须大于最小世代时间。

(5)抑制浓度尽可能的低，除重金属外，抑制硝化菌的物质还有高浓度有机基质，高浓度氨氮、NOx-N 以及络合阳离子。

(6)硝化过程NH3-N耗于异化氧化和同化的经典公式

NH4++1.83O2 +1.98HCO3- 0.98NO3-+0.021C5H7NO2+1.88H2CO3+1.04H2O

因此表明，去除1gNH3-N约：耗去4.33gO2；生成0.15g细胞干物质；

减少7.14g碱度；耗去0.08g无机碳（碳酸钠能提供无机碳源）。

硝化反应过程方程式如下所示：

①亚硝化反应：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+

②硝化反应：NO2-+0.5O2→NO3-

③总的硝化反应：NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+

3、反硝化反应的适宜条件：

(1)最适宜的PH值为7～8。PH高于8或低于6，反硝化速率将大为降

低。

(2)反硝化菌需要缺氧、好氧（合成酶系统)条件交替存在，系统DO≤0.5mg/l

(3)最适宜温度为20～40℃，低于15℃，反硝化反应速率降低。

(4)(4)BOD/TN≥3～5。反硝化菌是异氧兼性厌氧菌，可作为其碳源的有机物较多.

反硝化过程NO3-+1.08CH3 OH+0.24H2CO3→0.06C5H7NO2 +0.47N2+1.68H2O+HCO3-

因此表明：每1gNO3--N 被硝化，消耗3.7gCOD产生0.45g新细胞产生3.57g 碱度

（5）在20℃情况下，反硝化速率可取0.03～0.06gNO3--N/(gMLVSS·d)；对于没有外来碳源的后置反硝化系统，反硝化速率可取0.01～0.03gNO3--N/(gMLVSS·d).

反硝化反应过程分三步进行，反应方程式如下所示(以甲醇为电子供体为例)：第一步： 6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O

第二步： 6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-

第三步： 6NO3-+5CH3OH 5CO2+3N2+7H2O+6OH-

4、本系统脱氮原理

针对本系统生化工艺段而言，除了上述脱氮原理外，还糅合了短程硝化-反硝化，即氨氮在O池中未被完全硝化生成NO3-，而是生成了大量的NO2--N，但在A池NO2-同样被作为受氢体而进行脱氮（上述第二步可知）；再者在A池NO2-同样也可和NH4+进行脱氮，即短程硝化-厌氧氨氧化，其表示为：NH4++NO2-→N2+2H2O。

因此针对本系统而言，A/O工艺如在进水水质以及系统控制参数稳定的条件下也可达到理想的出水效果。

5、工艺特征

A/O脱氮工艺主要特征是：将脱氮池设置在去碳硝化过程的前端，一方面使脱氮过程能直接利用进水中的有机碳源而可以省去外加碳源；另一方面，则通过消化池混合液的回流而使其中的NO3-在脱氮池中进行反硝化，且利用了短程硝化-反硝化以及短程硝化-厌氧氨氧化等工艺特点。因此工艺内回流比的控制是较为重要的，因为如内回流比过低，则将导致脱氮池中BOD5/NO3-过高，从而是反硝化菌无足够的NO3-或NO2-作电子受体而影响反硝化速率，如内回流比过高，则将导致BOD5/NO3-或BOD5/NO3-等过低，同样将因反硝化菌得不到足够的碳源作电子供体而抑制反硝化菌的生长。

A/O工艺中因只有一个污泥回流系统，因而使好氧异养菌、反硝化菌和硝

化菌都处于缺氧/好氧交替的环境中，这样构成的一种混合菌群系统，可使不同菌属在不同的条件下充分发挥它们的优势。将反硝化过程前置的另一个优点是可以借助于反硝化过程中产生的碱度来实现对硝化过程中对碱度消耗的内部补充作用。图2.3所示为A/O脱氮工艺的特性曲线。由图可见，在脱氮反应池(A 段)中，进入脱氮池的废水中的COD、BOD5和氨氮的浓度在反硝化菌的作用下均有所下降(COD和BOD5的下降是由反硝化菌在反硝化反过程中对碳源的利用所致)，而氨氮的下降则是由反硝化菌的微生物细胞合成作用以及短程硝化-厌氧氨氧化所致)，NO3-的浓度则因反硝化作用而有大幅度下降；在硝化反应池(O段)中，随硝化作用的进行，NO3-的浓度快速上升，而通过内循环大比例的回流，反硝化段的NO3-N含量通过反硝化菌的作用明显下降，COD和BOD5则在异养菌的作用下不断下降。氨氮浓度的下降速率并不与NO3-浓度的上升相适应，这主要是由于异养菌对有机物的氨化而产生的补偿作用造成的。

(3)溶解氧氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；

(4)BOD负荷硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而佼白养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

(3)污泥停留时间硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为＝0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留