滚氮吧，总氮君--污水厂中总氮的去除（下）
从前面两篇的介绍和讨论中，可以对污水厂的总氮的去除有一定的基本的了解，但是在污水厂的实际运行中，是要如何进行生物脱氮的管理呢？今天在前两篇《滚氮吧，总氮君（上）》《滚氮吧，总氮君（中）》的基础上，我们来聊聊污水厂的生物脱氮的运行管理。
对于一个具备生物脱氮功能的污水厂来说，运行管理人员要对生物处理区域进行认真划分，了解各个区域的生物脱氮功能，区别开生物脱氮的第一步硝化反应的场所，第二步反硝化反应的场所。硝化和反硝化细菌对生存环境的要求不一样，污水厂的工艺管理人员的主要职责就是为水处理微生物提供最佳的生存环境，只有明确了功能区域的划分，才能提供最佳的生存环境。因为生物脱氮的两步反应对氧的需求是不同的，运行人员需要明确厂内生物池的每个区域是生物脱氮的那一部分，才能进行有效的工艺控制。污水厂在设计中都有很明确的硝化和反硝化功能区的划分，有些是在结构上进行了划分，比如AO工艺，A２O工艺，前置反硝化的氧化沟（卡鲁塞尔２０００及改良性的氧化沟）等等，是能很明确的看到的；有些工艺是时间上进行了划分，比如SBR工艺及相关的变种CASS，CWSBR等等，在同一个池体内利用时序进行不同功能区域的划分；有些工艺在生物结构上进行的划分，比如生物膜法，利用生物膜表层，内层结构上的微生物对氧气的接触条件不同划分。
了解了厂内的生物脱氮的区域划分以后，工艺管理人员就要在不同的区域进行相应的工艺管理了。而工艺管理的思路就是通过前面的几篇文章（文后有公众号生物脱氮的相关文章的链接）对生物脱氮反应的机理来进行的。
在硝化区，氨氮的硝化反应是需要大量的氧气参与反应的，因此在这个阶段，是要有充足的曝气。而且硝化反应的速率是低于生物降解碳源的反应的，硝化菌的泥龄也比较长。在实际运行中，为了保证充足的硝化反应过程，往往会提供富裕的氧气来满足硝化反应，而且在初期培养阶段，可以明显看到出水的COD已经达标，但是氨氮需要更长一个时间段之后才会达标；反之在溶解氧或者泥龄过低的情况下，出水的氨氮首先会超标，然后是COD的超标。综合这些因素来说，硝化区要保持一定溶解氧富裕。由于我们在生物池上监测的溶解氧是微生物生长消耗溶解氧所剩余的水中的溶解氧（《活性污泥的DO》），所以从理论上说，最完美的节能降耗的曝气控制，是在生物池的出口位置，溶解氧达到零。但是我们一般是要求出口的溶解氧要求在2mg/L，这是为了保持一定的富裕溶解氧，但是这部分富裕溶解氧是不能过高的，原因就是下一步我们的反硝化反应的过程了。
在反硝化区，反硝化菌作为兼性菌，我们是不希望它利用水中溶解氧来进行反应的，我们需要把硝态氮中的氧原子夺出来，这个反应难度远远大于从水中直接摄取氧气，所以在反硝化区，工艺管理人员要严格控制水中的溶解氧的含量。从AO，A2O工艺来看，反硝化区都在硝化区（曝气区域）前端，从工艺流程上说是没有进行人工的强制的曝气的，这样看来反硝化区是不用担心水中的氧气对反硝化反应的干扰的。但是在实际运行中，却不是这样的，反硝化区往往存在大量的氧气，造成反硝化反应不佳。这就与上面硝化反应中，生物池出口的溶解氧控制有关了。很多污水厂喜欢用过量的曝气来保证出水的COD和氨氮的稳定达标，过量的曝气会在从曝气出口形成高溶解氧，这部分硝化液返回到反硝化区后，会造成反硝化区内的溶解氧的含量较高，阻止了反硝化菌对硝态氮内的氧的夺取。所以这就需要我们对硝化部分进行有效的控制，保持出口位置合理的溶解氧含量（１～２mg/L），是确保反硝化反应进行的重要因素。同时在反硝化区的日常巡检过程中，也要注意反硝化氮气释放的气泡情况，可以从表观上大致了解厂内反硝化的进行程度。
反硝化内的推流器是保证活性污泥不沉淀，加大反硝化菌和水中硝态氮和碳源的接触机会和反应几率的设备，因此反硝化区的推进器也是作为反硝化反应的主要设备，在日常的管理中，对设备的运行保养也是工艺管控的组成部分。
同时要进行的就是反硝化的内回流，从前面的文章可以得知，反硝化的内回流是提供生物脱氮的反硝化进行的必要条件，在AO和A２O工艺中是通过内回流泵来进行的，内回流泵的运行和回流比的控制是反硝化进行的设备和工艺基础条件。通过内回流泵的稳定运行，把硝化液回流到反硝化区，为反硝化区提供硝化液，使反硝化菌具备硝态氮进行反硝化反应。
这是内回流泵运行的机理基础，也是运行人员进行内回流设备管理的工艺基础。内回流泵的开启台数决定了内回流比，也就是硝化液和进水之间的比例。一些工艺是通过在池内设置的内回流阀门来实现内回流的，比如氧化沟工艺等，通过阀门开启调整回流无法实现精确比例，现阶段被内回流泵取代的较多。内回流比的确定是根据各个污水厂实际进水中总氮的浓度来确定的，一般内回流比在２００～４００％之间进行调整，进水总氮越高的污水厂，需要更高的内回流比来进行反硝化反应，但是过高的内回流比也会造成反硝化区的水中的溶解氧过高，抑制反硝化反应。因此在实际的运行中，比较合理的方式就是，根据设计的内回流比，以设计的内回流比为调整基准，结合进出水水质进行合理的工艺调整，直到寻找到最佳的内回流比，最终作为厂内的内回流比的最优参数。同时在参数确定过程中，也要明确内回流大小对出水总氮的变化的影响，为今后进水水质变化对内回流比的调整方向确定调整依据。
最后一点就是要考虑反硝化的碳源问题了。由于反硝化反应是要碳源参与反应的，因此在反硝化过程中是要对碳源进行考虑的。在AO和A２O工艺中，为了满足反硝化反应的碳源需求，把反硝化段前移到硝化段，满足了反硝化反应对碳源的需求。从这个角度来说，反硝化的碳源是优先于曝气段的碳源利用的，为什么还会出现碳源不足需要补充碳源的情况呢？这个要从两个方面考虑，一方面是进水中碳氮比不合理，总氮远远高于生物脱氮的比例，进水中的碳源不足于满足反硝化脱氮反应所需的碳源；另一方面进水中的碳源恰好被反硝化全部利用，但是到了硝化区没有足够的碳源来满足生物的正常去除碳源反应，导致硝化反应也被抑制，造成氨氮无法转化成硝态氮，造成内回流的混合液中的硝态氮不足，反硝化区的脱氮反应也进行不下去，所以造成总氮不能达标。因此在碳氮比不合理的进水中，对碳源的人为补充是保证出水总氮达标的重要工艺控制手段。关于去除总氮的碳源投加，大家可以回看公众号的《碳源投加的计算》一文，详细了解。
污水厂内的生物脱氮反应是一个两段式反应过程，在每一段进行合理的工艺控制，从而使出水总氮合格达标。这也是总氮的控制难点，在污水厂中实现总氮的控制达标，首先要了解生物脱氮的反应机理，然后有选择的进行工艺管控。这对污水厂的工艺管理人员提出了更高更细的管理要求，也是对污水厂生物处理的深入管理，包括在污水厂内精细化管理，数据化管理开展的契机，希望每一位污水厂管理人员能通过生物脱氮的运行管理，把厂内的工艺管理提高到一个新的台阶。