为您全面解析污水生物脱氮技术详细流程

氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮四种形式存在。生活污水中氮的主要存在形态是有机氮和氨氮。通常采用的二级生化处理技术对氮的去除率是比较低的，一般将有机氮化合物转化为氨氮，却不能有效地去除氮。

污水脱氮，从原理看，可以分为物理法、化学法和生物法三大类。由于生物脱氮一般能够满足有关方面对污水净化的要求，而且价格低廉，产生的二次污染物较易处理，因此生物脱氮方法是当前最活跃的研究与投资开发领域。

一、生物脱氮技术

生物脱氮技术主要是利用污水中某些细菌的生物氧化与还原作用实现的。生物脱氮工艺从碳源的来源分，可分为外碳源工艺和内碳源工艺；从硝化和反硝化过程在工艺流程中的位置来分，可分为传统工艺和前置反硝化工艺；按照细菌的存在状态不同，可以分为活性污泥法和生物膜法生物脱氮工艺。前者的硝化菌、反硝化菌等微生物处于悬浮态，而后者的各种微生物却附着在生物膜上。

1. 活性污泥法

活性污泥法是一种历史悠久、目前应用最广泛的生物脱氮技术，它有许多种形式。

（1）活性污泥法传统流程（三级生物脱氮工艺）

将有机物的氧化、硝化和反硝化作用分别在三个独立的构筑物中完成，即：

一级：有机物氧化（曝气池）→ 二级：硝化（硝化池，DO＝2～4mg/L，SRT＞15～25d）→ 三级：反硝化（反硝化池，DO＜0.5mg/L，需外加碳源）

• 由于有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌的生长环境均较佳，因而反应速度快，脱氮效果也比较好。

• 缺点：流程长、构筑物多、附属设备多，基建费用高、管理难度大；硝化池需加碱维持pH（每氧化1g NH₃-N消耗约7.1g CaCO₃）；反硝化需外加甲醇等碳源；为去除尾水残余甲醇还需增设后曝气池，运行费用高。

若将有机物去除和硝化合并在同一反应器中进行，反硝化放在另一反应器，则三级可简化为两级生物脱氮系统，基建费用和占地面积有所降低，但仍需外加甲醇和碱源。

（2）前置反硝化生物脱氮系统（A/O工艺）

又称缺氧-好氧活性污泥脱氮系统、改良 Ludzack-Ettinger 工艺等，是目前使用比较广泛的脱氮工艺。

分建式系统：缺氧池在前、好氧池在后，两池独立设置，中间设内回流泵将好氧池硝化液回流至缺氧池（Rₙ＝200%～400%）。

合建式装置：缺氧和好氧环境放在一个构筑物内，中间以挡板隔开，挡板下端与池内壁之间以一定缝隙相通，对现有推流式曝气池的改造更加方便。

与传统的生物脱氮流程相比较，前置反硝化工艺具有如下优势：

1. 构筑物数量减少，流程简化，占地面积减少；缺氧段消耗原污水中的部分有机物，降低好氧段有机物污泥负荷，有利于硝化菌取得竞争优势，同时降低曝气充氧电耗，基建费用和运行费用均比较低；

2. 将缺氧段放在好氧段前边，可起到生物选择器的作用，有利于防止污泥膨胀，改善活性污泥的沉降性能；

3. 反硝化过程能够充分利用原污水中有机物和内源代谢产物作为电子受体，可减少或取消外加碳源，省去后曝气池，提高处理水水质，又保证较高的碳氮比，有利于反硝化的充分进行；

4. 由于存在内循环，缺氧反硝化产生的碱度能够补偿硝化反应所造成的pH值下降，大大降低了碱投加量。

不足之处：

• 处理出水中含有一定浓度的硝酸盐，可能污染受纳水体；

• 由于内回流比限制，本工艺的脱氮率一般为70%～80%，很难达到90%；

• 对运行管理人员的素质要求比较高，如系统运行不当，沉淀池内将发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理水恶化。

（3）氧化沟工艺

从工艺、流态和构造方面看，氧化沟也非常适合于生物脱氮：

1. 污泥龄长：一般可达15～30d，非常适合于世代时间长、增殖缓慢的硝化菌存活与繁殖；

2. DO分布不均：氧化沟做成总长达几十米甚至上百米的环形构筑物，循环次数多达72次甚至360次，混合液近似完全混合。曝气器附近DO高（好氧区），远离曝气装置处DO低（缺氧区），使硝化和反硝化能在同一装置中顺利进行。

据报道，Carrousel 氧化沟、交替工作氧化沟、二次沉淀池交替运行氧化沟、Orbal 型氧化沟、曝气-沉淀一体化氧化沟和射渠型一体化氧化沟等均可以用于脱氮，其脱氮效率可以达到60%～90%：

• Carrousel 氧化沟的脱氮率为90%；

• Orbal 型氧化沟的总氮去除率也达到85%～90%。

氧化沟工艺特点：构造简单，运行稳定，易于管理维护，出水水质好，基建费用和处理成本均较低，对原水水质水量的变化也有很强的适应性，是一种非常有竞争力的生物脱氮技术。

2. 生物膜法

生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水处理技术。由于生物污泥的生物固体平均停留时间与污水的水力停留时间无关，世代时间长、比增殖速度较小的硝化菌和亚硝化菌都能够很好地繁殖和增殖，因此各种生物膜处理工艺都具有一定的硝化功能，采用适当的运行方式，还能够达到反硝化脱氮的要求。

与活性污泥法相比，生物膜法还具有下列优点：

1. 微生物浓度高，处理效率高：折算成曝气池的 MLVSS，可达到40～60g/L，远远高于活性污泥处理系统；

2. 污泥龄长，产泥量少：生物膜上存在的食物链较长，因此产泥量少，剩余污泥的处理量仅为活性污泥法的一半左右。

在生物转盘上还可以生长世代时间较长的硝化菌，因此如果运行得当，除有效去除有机物外，还能够具有硝化和反硝化脱氮的作用。

生物转盘脱氮原理：由于降解有机物的好氧氧化菌的生长繁殖优先于硝化菌与亚硝化菌，因此在前两级转盘上去除有机物的能力较强，而后两级能够产生比较充分的硝化反应，形成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。由于转盘低速旋转的传质作用，这些硝态氮随污水进入处于厌氧状态的淹没式转盘时，与外加甲醇充分接触，进行反硝化脱氮反应。而残留下来的甲醇再经过好氧生物转盘的处理后得到去除。

江西中跃环保科技有限公司（位于江西九江，主营一体化污水处理设备）在承接新建或提标改造（TN 达标）项目时，可根据进水水质、水量、排放标准及客户预算，灵活选用上述生物脱氮工艺：

一、前置反硝化 A/O 工艺工程承接

• 工艺路线：格栅→调节池→缺氧（DO＜0.5mg/L，HRT＝1.5～3h）→好氧（DO＝2～4mg/L，HRT＝4～8h，SRT＞15～25d）→二沉池→消毒→达标排放

• 设计要点：

  • 好氧池按每氧化1g NH₃-N 消耗7.1g CaCO₃ 碱度校核，不足配液碱/石灰乳自动加药装置（pH 在线联动）；

  • 内回流比 Rₙ＝200%～400%，将好氧池硝化液回流至缺氧池，配套内回流潜水轴流泵＋变频器；

  • BOD₅/TN＜3～5 时设乙酸钠/甲醇碳源储罐＋计量泵＋与出水 NO₃⁻-N 或时间联动；

• 设备配套：提供碳钢防腐/玻璃钢一体化罐体、微孔刚玉/EPDM 曝气器、变频罗茨/回转风机、缺氧区低速潜水搅拌机、污泥回流及排泥电动调节阀、碳源/碱液/营养盐(N/P)自动加药装置、DO/pH/ORP/MLSS 在线仪及 PLC 控制柜；

• 脱氮率：设计合理可达 70%～80%，运行良好可接近 90%。

二、氧化沟工艺工程承接

• 适用场景：中型城镇污水厂（5000～50000m³/d），对水质水量波动适应性强。

• 工艺路线：格栅→沉砂→调节池→氧化沟（沟内 HRT＝8～24h，DO 通过表曝机/倒伞曝气机控制，SRT＝15～30d）→二沉池→消毒→达标排放

• 设计要点：

  • 氧化沟沟深 3～5m，沟宽 6～12m，沟内流速≥0.3m/s（防止污泥沉积）；

  • 曝气器选用表面曝气机（倒伞型/表曝转盘）或微孔曝气器＋底部曝气，根据 DO 在线仪自动调节启停；

  • 利用氧化沟内 DO 自然梯度（曝气区 DO＝2～4mg/L，远端 DO＜0.5mg/L）实现同步硝化反硝化，无需额外缺氧池；

• 设备配套：提供氧化沟主体结构（钢筋混凝土/预制拼装）、表曝机/倒伞曝气机/微孔曝气系统、推流器、DO/pH/ORP/液位在线仪及 PLC 控制柜、污泥回流泵、刮吸泥机；

• 脱氮率：Carrousel 氧化沟可达 90%，Orbal 型 85%～90%，一般氧化沟 60%～90%。

三、生物膜法脱氮工程承接

1. 生物接触氧化（A/O 或 A²/O ＋填料）

• 工艺路线：格栅→调节池→厌氧/缺氧（低速搅拌）→好氧接触氧化池（悬挂组合纤维/弹性填料，底部微孔曝气，HRT＝4～8h）→二沉池→消毒→达标排放

• 设计要点：填料填充率 50%～70%，BOD₅ 容积负荷 1.0～2.0 kgBOD₅/m³·d，MLVSS 折算可达 40～60g/L，远高于活性污泥法；

• 设备配套：提供碳钢防腐/玻璃钢一体化罐体、组合纤维/弹性立体填料、微孔刚玉/EPDM 曝气器、低噪回转/罗茨风机、二沉池及消毒单元、DO/pH/ORP 在线仪及 PLC 控制柜。

2. MBBR（移动床生物膜反应器）

• 在 A/O 或接触氧化池投加 PP 悬浮填料（填充率 25%～50%，比表面积≥500m²/m³），依靠曝气或搅拌使填料流化，硝化菌以生物膜形式附着生长（长 SRT 独立），反硝化菌悬浮生长（短 SRT），实现脱氮；

• 优势：无需反冲洗，可在同等池容下提升处理能力 30%～50%，耐冲击负荷强；

• 设备配套：提供MBBR 悬浮填料供货＋导流筛网（防填料流失）＋曝气/搅拌系统设计。

3. 生物转盘（RBC）

• 工艺路线：格栅→调节池→多级生物转盘（前2级好氧降解有机物＋硝化，后2级厌氧淹没式＋甲醇反硝化）→二沉池→消毒→达标排放

• 设计要点：转盘直径 2～4m，浸水率 40%～50%，转速 1～3rpm，前段 DO＝2～4mg/L（好氧），后段 DO＜0.5mg/L（缺氧/厌氧），外加碳源（甲醇）投加量与 NO₃⁻-N 按比例联动；

• 设备配套：提供玻璃钢/塑料盘片、转轴、驱动装置（电机＋减速机）、甲醇储罐＋计量泵、DO/pH/ORP 在线仪及 PLC 控制柜；

• 适用场景：小水量（＜200m³/d）、低噪要求场合，适合村镇分散式污水处理站点。

四、工艺选型速查表

五、调试与运维支持

• 接种驯化：协助联系同类污水厂好氧剩余污泥接种（MLSS≥3000～4000mg/L），按"闷曝→渐增进水→镜检成熟（钟虫/等枝虫/轮虫出现，SV₃₀＝20～30%）→全负荷运行"节奏推进，约 20～30d 完成培菌驯化；

• 碳源投加优化：根据进出水 COD/NH₃-N/TN/NO₃⁻-N 实时数据，动态调整碳源投加点（厌氧区改善释磷/缺氧区强化反硝化）和投加量，避免浪费；

• 日常检测台账：SV₃₀（每日）、MLSS（每2～3d）、DO/pH（每班）、进出水 COD/NH₃-N/TN/NO₃⁻-N/TP、镜检（每2天），培训运行人员识别脱氮异常征兆（如缺氧区 DO＞0.5mg/L、好氧区 DO＜1.5mg/L、内回流不足等）；

• 交付文件：调试完成后出具工艺操作 SOP（含各异常工况处置步骤）、脱氮参数控制范围建议书、碳源投加计算表，配合业主完成环保验收。