总氮组成与处理方法

进水总氮含它包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及有机氮。针对总氮的处理，主要方法包括微生物硝化和反硝化过程，通过这些过程将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，最终转化为氮气释放到大气中。这一过程涉及到的关键微生物包括亚硝化细菌和硝酸菌，它们在好氧条件下将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，而在缺氧条件下，反硝化细菌将硝态氮还原为氮气。

1 优化运营管理

控制pH值、水力停留时间、碳源供应等参数对微生物硝化和反硝化过程有直接影响。例如，pH值的控制对于硝化细菌的生长和活性至关重要，而适宜的水力停留时间可以确保污染物与微生物充分接触，提高处理效率。此外，碳源供应是反硝化过程中不可或缺的，它为微生物提供能量来源，促进硝态氮的还原。

2 物理化学方法的应用

物理化学方法也在总氮处理中发挥着重要作用。气浮法、过滤、化学沉淀和离子交换等技术可以作为生物处理的补充或替代。例如，化学沉淀法通过向废水中加入化学试剂，使氮形态转化为不溶性固体，从而通过沉淀或过滤从水中去除。离子交换法利用离子交换树脂吸附废水中的氮，达到净化水质的目的。

3 源头控制与监测

源头控制与监测降低进水总氮的排放，可以减轻污水处理厂的负担。定期监测和检测进水中的氮含量，可以帮助运营者及时调整处理策略，确保出水水质达标。

2. 氨氮与总氮的关系

氨氮作为总氮的一个重要组成部分占总氮的比例不仅反映了污水中氮的形态分布，而且对污水处理工艺的选择和优化具有指导意义。不同地区、不同类型的污水以及不同的处理工艺，氨氮与总氮的比例存在显著差异。例如，生活污水中氨氮占总氮的比例通常较高，而工业废水中这一比例可能较低。

根据国内外多个污水处理厂的运行数据，生活污水中氨氮占总氮的比例通常在30%至60%之间。这一比例的变化受到多种因素的影响，包括污水中的有机物含量、氮的来源、污水停留时间等。例如，有机物含量较高的污水中，氨氮的比例可能较低，因为有机物中的氮在微生物作用下更容易转化为硝态氮。相反，有机物含量较低的污水中，氨氮的比例可能较高。

氨氮与总氮的比例对污水处理工艺的选择具有直接影响。在氨氮比例较高的污水中，硝化工艺是必要的，以将氨氮转化为硝态氮，进而通过反硝化过程去除。而在氨氮比例较低的污水中，可能需要更多的关注有机物的去除和反硝化过程。

氨氮的转化过程

硝化反应概述

氨氮的转化过程主要涉及硝化反应，该过程包括两个连续的步骤：亚硝化和硝化。在亚硝化步骤中，亚硝化细菌将氨氮(NH4+)氧化为亚硝酸盐(NO2-)，而在硝化步骤中，硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐(NO3-)。这两个过程通常在好氧条件下进行，需要足够的溶解氧来支持微生物的代谢活动。

在pH值约为7.0至8.0的中性条件下，硝化细菌的活性最高。温度对硝化反应的影响显著，最适宜的生长温度通常在20至30摄氏度之间。溶解氧浓度应保持在2至3mg/L以支持硝化细菌的活性。此外，氨氮的浓度也会影响硝化速率，高浓度的氨氮可能会抑制硝化细菌的活性。

反硝化反应是氨氮转化过程的另一重要环节，它在缺氧或厌氧条件下进行。在这一过程中，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体，将它们还原为氮气(N2)，从而完成氮的去除。反硝化过程需要有机碳源作为电子供体，以提供能量支持硝酸盐和亚硝酸盐的还原。

反硝化反应的受多种因素影响，包括碳源的类型和浓度、pH值、温度和溶解氧浓度。最适宜的pH值通常在6.5至7.5之间。温度对反硝化速率的影响与硝化反应类似，最适宜的温度范围在20至30摄氏度。溶解氧的存在会抑制反硝化细菌的活性，因此需要控制溶解氧浓度在较低水平。

为了提高氨氮转化效率，可以通过调整工艺参数来优化硝化和反硝化过程。例如，通过增加曝气量来提高溶解氧浓度，以支持硝化细菌的活性；或者通过调整碳源供应来促进反硝化过程。此外，还可以通过添加硝化促进剂或反硝化促进剂来提高转化效率。

曝气池中的微生物

1 硝化菌的作用与特性

曝气池中的硝化菌是氨氮转化为氮气过程中的关键微生物。这些自养型微生物包括亚硝酸菌和硝酸菌，它们在好氧条件下将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。亚硝酸菌和硝酸菌的最适生长pH值分别为7.5-8.0和6.5-7.5，温度范围为25-30°C。硝化过程的速率限制步骤通常是亚硝酸菌的活性，因为它们的生长速率比硝酸菌慢。

2 反硝化菌的作用与特性

反硝化菌在缺氧或厌氧条件下将硝态氮还原为氮气，完成氮的去除。反硝化菌的最适生长pH值为6.5-7.5，温度范围为20-40°C。反硝化过程的效率受碳源类型、浓度和可利用性的影响，常见的碳源包括甲醇、乙酸和葡萄糖。

3 其他有益菌种

除了硝化菌和反硝化菌外，曝气池中还存在其他有益菌种，如侧孢芽孢杆菌巨大芽孢杆菌（和地衣芽孢杆。这些菌种在有机物分解、生物絮凝和重金属吸附等方面发挥作用。

4 微生物群落结构与功能

曝气池中的微生物群落结构复杂，不同菌种之间存在共生和竞争关系。例如，硝化菌和反硝化菌在空间分布上可能存在分离，硝化菌主要分布在好氧区域，而反硝化菌则在缺氧或厌氧区域活跃。这种空间分布有利于硝化和反硝化过程的协同进行，提高氮的去除效率。此外，微生物群落的多样性和稳定性对污水处理厂的抗冲击负荷能力和适应性至关重要。

曝气去除COD好氧型异养菌的作用

在污水处理过程中，曝气是去除化学需氧量（COD）的关键步骤，主要依赖于好氧型异养菌的代谢活动。这些微生物在有氧条件下将有机物转化为二氧化碳和水，同时释放能量供自身生长和繁殖。好氧型异养菌包括硝化细菌属、芽孢杆菌属和酵母菌属等，它们在活性污泥中的生物量和活性直接影响COD的去除效率。

进水COD过低的影响溶解氧偏高的影响

进水COD浓度过低会导致活性污泥中的微生物面临碳源不足的情况，这会促使微生物进入内源呼吸状态，消耗自身储存的物质以获取能量。由于有机物的缺乏，微生物的代谢活动减缓，对溶解氧的需求降低，导致曝气池中的溶解氧水平上升。根据相关研究，当进水COD浓度低于50mg/L时，曝气池中的溶解氧浓度往往会升高至3mg/L以上，这不仅增加了能耗，还可能导致污泥膨胀和上浮现象。

污泥上浮现象

进水COD浓度过低可能导致污泥上浮现象，这主要是由于以下几个原因：

内源呼吸增强：微生物在缺乏外部碳源的情况下，通过内源呼吸分解自身细胞物质，产生气体，导致污泥上浮。

厌氧腐败：在污泥中，厌氧区域可能因为有机物的不足而增加，厌氧腐败产生的气体使污泥上浮。

反硝化作用：在低COD条件下，反硝化作用可能在沉淀池中发生，产生的氮气附着在污泥颗粒上，降低污泥密度，引起污泥上浮。

为了减轻进水COD过低对污水处理厂的影响，可以采取以下措施：

通过投加易降解的碳源，根据进水COD的变化，调整曝气量和污泥回流比，以控制溶解氧水平和污泥的沉降性能。加强对进水水质的监测，及时发现COD过低的情况，并采取相应的控制措施，如调整进水配比或增加污泥排放量。

内源呼吸与微生物死亡

1 内源呼吸的定义与过程

内源呼吸是指在缺乏外部营养源的情况下，微生物通过分解代谢自身内部储存的物质来维持生命活动的过程。在污水处理系统中，当进水COD浓度过低，无法满足微生物正常生长和代谢需求时，活性污泥中的微生物便会进入内源呼吸状态。此时，微生物主要依赖于细胞内的多糖、脂肪、PHB等能量储备物质进行代谢，以维持基本的生命活动。

2 内源呼吸对微生物活性的影响

内源呼吸的启动意味着微生物无法从外部环境中获取足够的能量和营养物质，从而影响其正常的生长和繁殖。研究表明，内源呼吸会导致微生物的生长速率下降，代谢活性降低，甚至出现细胞死亡。在活性污泥系统中，内源呼吸的加剧往往伴随着污泥活性的下降和处理效率的降低。