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2022

A/O脱氮工艺的详解！

A/O工艺通常是指缺氧-好氧工艺，A（Anaerobic）为缺氧单元，设置在O（Oxic）好氧单元之前。在缺氧单元，反硝化细菌利用原污水中的碳源进行脱氮；在好氧单元，硝化细菌进行硝化反应将氨氮氧化为NO₃-并回流至缺氧单元作为电子受体，同时去除污水中剩余有机物。

一、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好氧或厌氧环境下经氨化功能菌的代谢分解转化为氨氮的过程；

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-，然后再氧化为NO₃-的过程；

③ 反硝化（Denitrification）：在缺氧环境下，反硝化菌（兼性异养型细菌）将废水中的NO₂-和NO₃-还原为N₂的过程。

其中硝化反应分为两步进行：亚硝化和硝化。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+

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：3NO₃-+CH₃OH→3NO₂-+2H₂O+CO₂

第二步：2H++2NO₂-+CH₃OH→N₂+3H₂O+CO₂

第三步：6H++6NO₃-+5CH₃OH→₃N₂+13H₂O+5CO₂

二、A/O脱氮工艺特征

A/O脱氮工艺主要特征是：反硝化在前，硝化在后，一方面直接利用原污水中的有机碳源进行反硝化反应，脱氮效果好并可以省去外加碳源；另一方面，通过设置硝化液回流可为反硝化反应提供NO₃-电子受体。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，反硝化反应缺少足够的NO₃-作为电子受体而影响反应速率；如内回流比过高，则将导致BOD₅/NO₃-过低，反硝化菌生长因缺少足够的碳源受到抑制。

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补偿硝化过程中碱度的消耗。

图1所示为A/O脱氮工艺的特性曲线。由图可见，在缺氧反应池（A段）中，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，其中氨氮的下降是因为反硝化菌的微生物细胞合成作用及硝化液回流稀释作用，而NO₃-N的浓度的大幅度下降则是反硝化作用的结果。

在好氧反应池（O段）中，随硝化作用的进行，NO₃-N的浓度快速上升，并通过内循环大比例的回流，在缺氧反应池中NO3-N通过反硝化菌的作用去除，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-N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。

图1 A/O脱氮工艺的特性曲线

表1 生物脱氮反应过程中各项生物反应特征（参考值）

根据废水的脱氮水质、处理目标、出水要求，选择A/O脱氮工艺时，其参数一般也有所不同。通常情况下，可以按照表2选用各参数。

表2 A/O法工艺参数（参考值）

三、影响因素与控制条件

1、硝化反应主要影响因素与控制要求

① 好氧条件，并保持一定的碱度。硝化反应以分子氧作为电子受体，因此硝化池内溶解氧的高低，必将影响硝化反应的进程，溶解氧质量浓度一般维持在2~3mg/L，当溶解氧较低时，硝化反应将受到抑制甚至停止。

硝化菌对pH值的变化十分敏感，为保持适宜pH值，废水应保持足够的碱度以调节pH值的变化，对硝化菌的适宜pH值为8.0~8.4。

② 硝化系统混合液中有机物含量不宜过高，当存在高浓度有机物时，硝化细菌对营养物质的竞争远弱于异养菌而产生抑制效果，硝化反应会因硝化菌数量的减少而受到限制。

③ 硝化反应的适宜温度是20~35℃。当温度在5~35℃之间由低向高逐渐升高时，硝化反应的速率将随温度的升高而加快，而当低至5℃时，硝化反应完全停止。对于除碳和硝化在同一个池子中完成的脱氮工艺而言，温度对硝化速率的影响更为明显。当温度低于15℃时即发现硝化速率迅速下降。低温状态对硝化细菌有很强的抑制作用，如温度为12~14℃时，反应器出水常会出现亚硝酸盐积累的现象。因此，温度的控制相当重要的。

④ 硝化菌在好氧反应池内的停留时间，即生物固体平均停留时间，必须大于最小的世代时间，否则硝化菌会从系统中流失殆尽。

⑤ 有害物质的控制。除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质有高浓度NH4-N、高浓度有机基质以及络合阳离子等。

2、反硝化反应主要影响因素与控制要求

① 碳源（C/N）的控制。反硝化菌是异养微生物，需要足够数量的有机碳源以保证反硝化反应能顺利地进行。碳源的控制包括碳源种类的选择、碳源需求量及供给方式等。

反硝化菌碳源的供给可用外加碳源的方法（如传统脱氮工艺）)、或利用原废水中的有机碳（如前置反硝化工艺等）的方法来实现。反硝化的碳源可分为三类：第一类为外加碳源，如甲醇、乙酸钠、乙醇、葡萄糖、淀粉、蛋白质等；第二类为原废水中的有机碳；第三类为细胞物质，细菌利用细胞成分进行内源反硝化，但反硝化速率最慢。

当原废水中的BOD₅与TKN(总凯氏氮)之比在5~8时，BOD₅与TN（总氮）之比大于3~5时，可认为碳源充足。

② 反硝化反应最适宜的pH值为8 ~8.6。pH值高于8.6或低于6，反硝化速率将大幅度下降。

③ 反硝化反应最适宜的温度是20~35℃。低于15℃反硝化反应速率降低，为了保持一定的反应速率，在冬季时采用降低处理负荷、提高生物固体平均停留时间以及水力停留时间等措施。

④ 反硝化菌属于异养兼性厌氧菌在无分子氧但存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，一方面，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原；另一方面，因为反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下才能合成，所以反硝化菌适宜在厌氧、好氧条件交替下进行，故溶解氧应控制在0.5mg/L以下。

四、A/O生化处理生物相的判断

生物相是指活性污泥微生物的种类、数量及其活性状态的变化。生物相观察可以作为一种辅助手段来达到控制工艺运行的目的。

表3 A/O法工艺一般生物相（参考）