上周討論了關于污水廠的氮去除工藝的優化運行進行了討論，這周公眾號將繼續繞污水廠脫氮的優化運行管理展開討論。
對于污水廠來說，氮的去除分為兩步，氨氮的去除并沒有將氮完全從系統中脫出，從前面的文章論述中，好氧階段的硝化作用是將氨氮轉化為另外的氮化合物，主要是亞硝態氮和硝態氮，這兩種氮的化合物是氮污染物的一部分，不能直接排入到環境水體中。
硝態氮（NO₃⁻-N）和亞硝態氮（NO₂⁻-N）是水中常見的氮污染物，它們對環境有多種不利影響。一方面是水體富營養化：氮是水生生態系統中的重要營養物質，但過量的硝酸鹽和亞硝酸鹽會導致水體富營養化。富營養化引起藻類迅速繁殖，形成藻華，這會阻礙陽光進入水中，導致水生植物死亡，并消耗水中的氧氣，對水生生物造成威脅；一方面是對水生生物的毒性：高濃度的亞硝酸鹽對水生生物具有毒性，即使是低濃度的亞硝酸鹽也可能對某些魚類和底棲生物產生不利影響。硝酸鹽本身毒性較低，但它可以在環境中轉化為亞硝酸鹽，從而間接地產生毒性效應，硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累還會影響濕地和河口等生態系統的功能；一方面是對人類健康的潛在影響：飲用水中過量的硝酸鹽可能對人類健康造成風險，特別可能影響嬰兒，導致“藍嬰綜合征”（高鐵血紅蛋白癥）。而我們在日常飲食（比如腌制的食品中）中可能食用的亞硝酸鹽，在人體胃腸道中可能與胺類物質反應形成亞硝胺，這是一些潛在的致癌物。從硝酸鹽和亞硝酸鹽的污染因素來說，控制和減少水體中硝酸鹽和亞硝酸鹽的排放對于保護水生生態系統和人類健康至關重要。
因此從上述這些水體污染的角度來說，必須對排放水體的污水進行硝酸鹽和亞硝酸鹽的指標控制，但是由于硝酸鹽和亞硝酸鹽的種類需要不同的檢測方法，如果實時監控這兩項指標就需要增加兩臺設備來進行，可能還有遺漏的氨根等，為了全面的掌控污水廠出水中氮的含量多少，最終選用了總氮作為出水指標的監控設備。在污水廠內通過好氧階段的硝化作用，可以將進水中的氨氮降到5mg/L以下，甚至更低的水平，總氮是包含氨氮、有機氮、硝態氮、亞硝態氮的，這其中的有機氮基本在污水廠的生物處理全流程中都已經被氨化，氨氮達到了處理排放的標準，含量也降到了很低的水平，因此在末端監測總氮，主要就是監測硝態氮和亞硝態氮的含量，并且利用一臺總氮監測儀可以替代硝態氮和亞硝態氮兩臺儀表的功能，因此在污水廠的末端會采用總氮監測儀表，主要用來對排放污水的氮族指標進行綜合監測，除去氨氮在線監測之外，剩余的就是對硝態氮和亞硝態氮的含量監測了。
在我國的一些水環境敏感區域，地方政府正在收緊對集中處理后排放的污水中氮化合物的監管標準。為了滿足這些日益嚴格的標準，污水處理廠需要不斷改進和優化氮去除工藝，前面的文章討論了氨氮去除，接下來后續的文章將圍繞硝態氮和亞硝態氮的優化去除工藝。
總氮的去除過程，是由硝化和反硝化作用共同完成的，硝化作用將氨轉化為硝酸鹽，而反硝化作用則將硝酸鹽轉化為無害的氮氣釋放到大氣中，在污水廠的生物脫氮硝化和反硝化作用的順序對于總氮去除是非常重要的，沒有完成硝化過程的氨氮轉化的，是無法進行下一步的反硝化作用的。硝化作用在前面的文章中已經做了詳細的說明，我們接著來對反硝化作用進行詳細的工藝討論。
在污水廠的生物處理過程中，反硝化作用是一個多步驟的缺氧過程，兼性缺氧細菌（反硝化菌）將硝酸鹽還原為氮氣（N₂）。中間產物包括亞硝酸鹽（NO₂⁻）、一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N₂O）。反硝化作用需要在缺氧環境（低溶解氧或無溶解氧）下進行。需要注意的是在反應區域內，如果有溶解氧的存在會抑制反硝化作用，因為反硝化細菌會優先利用氧氣作為電子受體而不是硝酸鹽。在反硝化反應中，反硝化細菌需要碳源（電子供體）才能進行反應，這種碳源主要是污水中的有機物，但是由于居民生活飲食結構的不同，造成進水中的碳源和總氮的比例不適用于反硝化過程的碳源需求，因此在碳氮比例不合適的污水廠，需要投加碳源來保障總氮的去除，常用的碳源包括甲醇、乙酸鈉和葡萄糖、復合碳源等。關鍵的反硝化細菌屬包括假單胞菌屬（Pseudomonas）、副球菌屬（Paracoccus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）和脫氯單胞菌屬（Dechloromonas）。在污水處理廠中，生物反應過程中，反硝化作用是去除硝酸鹽的主要機制，需要嚴格的缺氧條件和可利用的碳源，使其成為工藝優化的關鍵控制點。
對于污水處理過程中，硝酸鹽/亞硝酸鹽類的去除工藝在近年來也得到了多項的發展，主要有活性污泥法的反硝化脫氮技術、反硝化深床濾池、硫自養脫氮、還有吸附、離子交換、反滲透等工藝。在污水廠中比較常用的還是活性污泥法的反硝化脫氮，也有反硝化深床濾池等。
下一篇將圍繞污水中的營養物質氮族去除優化管理工藝的優化進行討論，歡迎持續關注并參與污水廠工藝優化管理討論。
