楊昌萍，田 飛，張 磊

(貴州省貴陽市環(huán)境監(jiān)測中心站，貴州 貴陽550002)

1 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，也產生了一系列的環(huán)境問題，尤其是水污染給城鎮(zhèn)地區(qū)居民的生產、生活帶來了十分嚴重的影響，引起了社會的廣泛關注。因此城鎮(zhèn)污水處理廠應加強對污水中氨氮各處理階段的機理研究，加強對污水處理的出水水質監(jiān)測以及增強污水的處理效率，從而降低水污染對環(huán)境造成的影響。

2 城鎮(zhèn)地區(qū)污水處理現(xiàn)狀

我國是一個水資源相對短缺的國家，但隨著石油、化工等行業(yè)的迅速發(fā)展，產生了大量的高氨氮污水，當含有過高氨氮水平的污水進入水域后，會引起水質的富營養(yǎng)化，不但降低了水的欣賞價值，還會對水中的生物造成影響，進而威脅到人類的身體健康。

當前城鎮(zhèn)的污水排放總量已經超出了環(huán)境所固有的承載能力，幾乎形成“有水皆臭、有水皆臟”的局面，但城鎮(zhèn)建設中仍缺乏必要的污水收集及污水處理系統(tǒng)設施，部分生活用水、工業(yè)用水在未經處理的情況下被直接排出，造成了城鎮(zhèn)水源氨氮、重金屬、磷質、化學需氧量等一系列的指標在不同程度上超出標準，富含氨氮的污水危害表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)氨氮進入水體會消耗水中的氧氣，借助硝化細菌作用，氨氮被氧化成硝酸鹽，而硝酸鹽會對水中生物的生存環(huán)境造成不利影響。

(2)若污水處理廠用氯氣進行消毒，氨氮與氯氣結合會生成氯胺，接著氯胺被氧化，形成氮氣，則會明顯影響自由氯的消毒效果。

(3)氮化合物會在一定條件下對人體及生物進行毒害，魚類對水中的游離氯的濃度十分敏感，其濃度太高，會造成魚類的大量死亡。1mg/L為氯氣對魚類的致死量。

(4)亞硝酸鹽與硝酸鹽若在人體中結合，會生成亞硝胺，亞硝胺是一種致癌、致畸物質，嚴重威脅人體健康。

3 城鎮(zhèn)污水處理廠氨氮各處理階段的去除機理探討

3.1 城鎮(zhèn)污水處理廠主要氨氮處理方法

3.1.1 空氣吹脫法

這一方法的主要原理為:污水中的NH3和NH4+受到溫度以及pH值的影響，所以存在著化學平衡，若將溫度和pH值增大，則NH3的比例將會提高，反之比例越小。這一方法的除氨流程為:將污水的pH值調整至10.5～11.5，用污水泵將污水引至吹脫塔內，用硫酸將吹脫的氨氣回收。該法常用CaO或者NaOH來對pH值進行調節(jié)，一般情況下保持9.0的pH值，則氨氣的吹脫率能達到90%以上。

3.1.2 折點加氯的方法

污水處理廠在采用這一工藝時主要是向污水中加入足夠多的氯氣，最終將氨氮氧化為氮氣的脫氮方法，折點加氯的方法的化學反應公式為如下:

在圖1中余氯的表示曲線存在A點、B點兩個轉折點，A點前的余氯大部分為氯胺，在B點轉折后余氯經過作用大部分已經屬于游離氯，即自由氯。因此，加氯脫氮法添加的氯量須以折點處的對應氯量作為標準，并對其進行嚴格的控制，但是這一方法的主要缺點在于加入的氯量太大，成本過高，而其在反應后留下的余氯，也有二次污染的危險。

圖1 典型加氯圖

3.2 某污水處理廠的氨氮處理機理

3.2.1 某污水處理廠概況

某市現(xiàn)有的污水處理技術較為先進，處理污水的能力較高，該區(qū)某污水處理廠的建設規(guī)模為55萬m3/d，使用的是A2O污水處理工藝，每日處理污水的均量為25萬t，污水經過處理后水體中的氨氮濃度明顯降低，保持在0.1 ～4.0mg/L 的水平(圖2)。

圖2 污水處理廠改良后A/A/O工藝流程

3.2.2 實驗及數(shù)據(jù)分析

以對該污水處理廠的常用工藝的改良流程為基礎，在處理污水過程中的入口、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出口等不同的工序位置布置試驗點進行采樣，在整個工序中，好氧區(qū)的主要目的在于去除氨氮，所以應在這一區(qū)域設置密集試驗點進行采樣分析。

經過監(jiān)測分析，污水處理廠的污水入口位置氨氮量為17 mg/L，預缺氧之前的氨氮量為14 mg/L，直至厭氧結束，其氨氮量為9mg/L，在好氧道內氨氮濃度有所起伏，但是在出口位置，出口1采集到的氨氮量為0.4 mg/L，而在出口2已經只有0.38mg/L。

4 結果與分析

4.1 生物合成、污泥排除工藝去除氨氮的機理研究

好氧池、厭氧池、缺氧池、缺氧區(qū)是污水中廢棄污泥排除以及生物合成過程的主要場所。由于污水中微生物的內源呼吸產生作用，活性污泥含有的氮量會逐漸下降，原因在于活性微生物中的含氮量較之呼吸殘留物較高，污泥泥齡在對污泥產生量的影響下間接影響廢棄污泥中的含氮量。

這一過程中，如果將污水中微生物進行內源呼吸時產生的殘留物用XP來表示，將活性生物的固體產量用 XB，H表示，則去除氮氣的公式可表為:N生物=0.125 XB，H+0.08XP，該公式中 XB，H的計算方法為:XB，H=BOD5YH/(1+ θCbH)，在這一公式中，泥齡用 θC表示，產率系數(shù)為YH，而異養(yǎng)菌微生物的內源衰減的系數(shù)就用bH表示。

養(yǎng)菌微生物進行內源呼吸時，其形成的內源殘留量的計算公式可以表述為 XP=fpbHθCXB，H，其中 fp所代表的意義為微生物不可降解的存在比例，其值為0.2。另外在利用污水處理工藝數(shù)污水中固體污泥進行排放時，也可以有效去除部分氮NS，公式為NS=N初沉+N生物。N初沉指污水中初沉的污泥量，在生物固體中去除的含氮量常用NSS/BOD進行表示。若異養(yǎng)菌微生物的產率系常小于0.65，那么在同化作用下，去除單位BOD與去除的氮量之間壁紙最大是0.65×0.125=0.081，但是通常泥齡會產生作用使識記的比較小于0.081，舉個例子，如果污水中的泥齡為20d，那么這個比值大概會變成0.018。

根據(jù)以上分析可知，生物合成、同化過程中進水去除單位BOD與氨氮的去除量間的比例維持在2%～5%之間。該污水處理廠的沉淀池的含有的氨氮濃度與氨氮出水去除單位BOD分別為30mg/L、120mg/L，這種情況下，生物合成、污泥排除工藝去除氨氮的效率為8% ～20%，相應地，在污水處理的二沉池階段，其氨氮濃度大概是24～28mg/L。在活性污泥體系內，厭氧消化處理階段中排水若回流到處理污水的工序之內，會導致部分的有機氮和氨氮返回污水處理體系，降低最終固體排除的氨氮含量。

另外，在常見的活性污泥處理系統(tǒng)中，處理污水之后的形成的氮的常見形式為氨氮，若該污泥系統(tǒng)中的污泥泥齡較長，則污泥會含有數(shù)量較多的硝化菌，在硝化菌的作用下氨氮可轉換為硝態(tài)氮。而活性污泥體系中能夠進行生物脫氮或者具有硝化、反硝化作用時，硝化作用會使氨氮變成硝態(tài)氮，反硝化則會使硝態(tài)氮轉化為N2，并得以去除。

4.2 生物硝化過程去除部分氨的機理研究

氧化氨氮進而形成硝酸鹽需要利用自養(yǎng)型的兩組好氧微生物在兩個重要步驟中進行，而好氧池就是進行生物硝化的主要場所。這兩個十分重要的步驟為:首先利用亞硝酸菌把氨氮氣體轉換為亞硝酸鹽，接著再利用硝酸菌將已經形成的亞硝酸鹽氧化，最后形成硝酸鹽。

氨氮被亞硝酸菌氧化成為硝酸鹽以及亞硝酸鹽利用硝酸菌進行氧化作用的總的反應公式可以表示為以下形式:通過這一反應公式，可以得出一個結論:將1g的氨氮氧化成為硝酸鹽時，需要損耗4.57g氧以及7.14g堿度。

較之異養(yǎng)的微生物，硝化菌最大的增長速率小了一個數(shù)量級，反過來說，即硝化菌依存的污泥的泥齡相應得也應大于異養(yǎng)菌一個數(shù)量級。需要明確的是，通常硝化菌飽和常數(shù)較小，而該污水處理廠的污水進水濃度中氨氮的濃度通常保持在10～15mg/L，如果能夠保證有泥齡較長的污泥，就能夠讓硝化菌保持穩(wěn)定的生長，這樣在生化池內就能夠達到較高的硝化程度。

4.3 同化過程去除部分氨的機理研究

在污水處理廠中，利用同化作用也可以有效去除氨，其過程主要在厭氧池、好氧池、缺氧池區(qū)域進行。在進行污水處理的過程中，污水中的部分氨氮會在同化作用中成為微生物的組成部分，從細胞干重角度計算，微生物中的含氮量大于為12.5%，而微生物會通過內源呼吸將部分氨氮以有機氮的形式排入污水之中，另外部分的氨氮則繼續(xù)存在與微生物的細胞內或保留在微生物殘留物之中，微生物存在物污水中的活性污泥內，如此氨氮能夠在二次沉淀池中排除活性污泥時，一并將氨氮排除。這一過程用公式表示為N合成=0.125XB，H，在同化作用下排除了氨氮量用 N合成表示，XB，H則代表微生物的固體產量。

5 結語

在微生物環(huán)境的條件中進行硝化作用這一過程主要發(fā)生的主要區(qū)域為缺氧池、厭氧池預、缺氧區(qū)。在微環(huán)境之中，如果出現(xiàn)攪拌加劇、DO濃度過高等情況，傳遞氧氣的能力得以強化時，活性污泥內部所存在的微環(huán)境就會從厭氧轉變成好氧，這種情況下，就會有部分氨氮在消化作用之下被轉化為硝酸鹽或者亞硝酸鹽。

該污水處理廠的好氧區(qū)能夠溶解的氧的含量超過了2mg/L，生化池 pH值大約為7.4，而該廠的進水荷載能力較強，客觀制造了一個利于硝化作用的環(huán)境。在該污水處理廠的生化池中，部分的氨氮經過同化成為了微生物的一部分，如此就會消耗部分氨氮，另外，在微環(huán)境之下，有部分氨氮在消化作用之下被轉化為硝酸鹽或者亞硝酸鹽，又會有部分氨氮被消耗，經過以上這些階段氨氮將能被有效去除。

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