一体化污水处理设备：氨氮与总氮去除全解析

一、污水处理的关键指标

在污水的众多指标里，氨氮与总氮是两个极为关键的存在。氨氮主要以游离氨（NH?）和铵离子（NH??）的形式存在于污水中，它的来源广泛，生活污水中的含氮有机物分解、工业废水的排放等都会产生氨氮。而总氮则涵盖了有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等多种形态的氮。当污水中的氨氮和总氮含量超标时，会引发一系列严重的环境问题。氨氮超标会导致水体富营养化，使藻类大量繁殖，消耗水中的氧气，造成水生生物缺氧死亡，进而破坏整个水生态系统的平衡。并且，氨氮在一定条件下会转化为亚硝酸盐氮，而亚硝酸盐氮具有毒性，对人体和水生生物健康产生威胁。 

二、一体化设备的工作原理

1.硝化反应

在一体化污水处理设备中，硝化反应是去除氨氮和总氮的重要步骤。这一反应在好氧条件下进行，主要依靠亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用。具体来说，亚硝酸盐菌首先将氨氮（NH??）氧化为亚硝酸盐（NO??），其化学反应方程式为：NH?? + 1.5O? → NO?? + H?O + 2H?。随后，硝酸盐菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐（NO??），反应式为：NO?? + 0.5O? → NO??。整个硝化反应过程在好氧池内完成，通过这一系列的氧化反应，氨氮转化为硝酸盐氮，成为总氮的一部分。虽然在这个过程中氨氮的形态发生了变化，但氮的总量并未减少，而是从氨氮形态转化为了硝态氮，为后续总氮的去除奠定基础。

2.反硝化反应

反硝化反应是实现总氮去除的关键环节，它在厌氧条件下发生。兼性脱氮菌（反硝化菌）在这个过程中发挥核心作用，将亚硝酸盐氮（NO?? - N）和硝酸盐氮（NO?? - N）还原成氮气（N?）和水。其反应方程式如下：

NO?? + 3H（电子供给体 - 有机物） → 0.5N? + H?O + OH?

NO?? + 5H（电子供给体 - 有机物） → 0.5N? + 2H?O + OH?

在一体化污水处理设备中，反硝化反应在厌氧池内进行。通过反硝化菌的作用，硝态氮被逐步还原，最终以氮气的形式释放到大气中，从而实现了总氮的有效去除，降低污水中氮元素的含量，减轻对环境的污染。

三、影响去除效果的因素

1.污泥负荷与污泥龄

生物硝化属于低负荷工艺，在这种低负荷的条件下，硝化反应能够更高效地进行。这是因为硝化细菌的生长速度相对较慢，低负荷可以避免其被快速生长的异养菌所压制。而且，硝化细菌的世代周期较长，一般需要较长的污泥停留时间（SRT）来保证其在系统中的数量和活性。通常来说，污泥停留时间在 11 - 23 天左右，这样才能为硝化细菌的生长和繁殖提供足够的时间，使其充分发挥作用，将氨氮逐步转化为硝酸盐氮。

2.回流比

在生物硝化系统中，回流比是一个重要的参数，通常为 50 - 100%。如果回流比过小，会使得二沉池中的停留时间过长。在这种情况下，容易引发反硝化反应的发生。因为在二沉池底部可能会形成缺氧环境，导致硝酸盐氮被还原为氮气，氮气在污泥中形成气泡，从而使污泥上浮。而在总氮去除过程中，好氧池与缺氧池之间的硝化液回流泵的回流比更是不能小于 200%。这是因为足够大的回流比能够将好氧池中产生的硝酸盐氮大量回流到缺氧池中，为反硝化菌提供充足的底物，促进反硝化反应的进行，从而有效地去除总氮。

3.水力停留时间

由于硝化反应的速率相较于有机污染物的去除速率要低很多，所以需要更长的反应时间来保证硝化反应的充分进行。硝化曝气池的水力停留时间至少要在 5 小时以上。在这个相对较长的时间内，氨氮才有足够的机会与氧气和硝化细菌充分接触，逐步完成向硝酸盐氮的转化过程，确保硝化反应的效果，减少出水中氨氮的含量。

4.BOD5/TKN

BOD5/TKN 这个比值对硝化效果有着显著的影响。当这个比值越大时，意味着污水中可生物降解的有机物质相对较多，异养菌会大量繁殖，而活性污泥中硝化细菌所占的比例就会越小。因为异养菌在生长过程中会与硝化细菌竞争溶解氧、空间等资源，从而导致硝化速率降低。经过大量的实践和研究发现，BOD5/TKN 的最佳范围大约在 2 - 3 之间。在这个范围内，既能保证有机污染物的有效去除，又能使硝化细菌有足够的生存空间和资源，维持较好的硝化效果，有利于一体化设备对氨氮和总氮的去除。

5.硝化速率

硝化速率的大小取决于多个因素，其中活性污泥中硝化细菌的比例是关键因素之一。硝化细菌数量越多，硝化速率相对越高。此外，温度也对硝化速率有着重要影响。在一般情况下，硝化速率的典型值约为 0.02gNH?- N/gMLVSS×d。了解硝化速率有助于我们更好地掌握一体化污水处理设备中氨氮转化为硝酸盐氮的速度，从而合理设计设备参数和运行条件，提高氨氮和总氮的去除效率。例如，在实际运行中，如果发现硝化速率较低，可以通过增加硝化细菌的数量或者调整温度等措施来提高硝化速率。

6.溶解氧

硝化细菌属于专性好氧菌，这就意味着它们在进行硝化反应时需要充足的氧气。在一体化污水处理设备的好氧区，必须保持溶解氧在 2mg/L 以上，这样才能满足硝化细菌对氧气的需求，确保硝化反应的正常进行。在一些特殊情况下，比如处理高氨氮废水或者对出水水质要求更高时，甚至需要将溶解氧提高到更高的水平。因为如果溶解氧不足，硝化反应会受到抑制，氨氮无法及时转化为硝酸盐氮，从而影响整个污水处理设备对氨氮和总氮的去除效果，导致出水氮含量超标。

7.温度

硝化细菌对温度的变化非常敏感。当污水的温度低于 15℃时，硝化速率就会明显下降，这是因为低温会影响硝化细菌体内酶的活性，使其新陈代谢减缓。而当温度低于 5℃时，硝化细菌的生理活动几乎停止，硝化反应难以进行。在冬季，北方的污水处理厂常常会面临这样的问题，由于气温较低，污水温度也随之降低，导致氨氮超标现象时有发生。为了解决这个问题，一些污水处理厂会采取保温措施，如对处理池进行加盖保温、对进水进行加热等，以维持硝化细菌的活性，保证氨氮和总氮的去除效果。

8.pH 值

pH 值对硝化细菌的生物活性有着至关重要的影响。硝化细菌在 pH 值为 8 - 9 的范围内生物活性最高，能够高效地进行硝化反应。当 pH 值小于 6.0 或者大于 9.6 时，硝化细菌的生物活性会受到严重抑制，甚至停止生长和繁殖，导致硝化反应无法正常进行。所以，在一体化污水处理设备的运行过程中，需要严格控制生物硝化系统混合液的 pH 值，使其大于 7.0，尽量维持在适宜硝化细菌生长的范围内，这样才能确保设备对氨氮和总氮的去除效果稳定可靠。 

四、设备的实际应用与维护

一体化污水处理设备在众多场景中都有着广泛的应用，并发挥着重要作用。在生活小区里，它能够有效处理居民日常生活产生的污水。经过设备的处理，污水中的氨氮和总氮含量显著降低，出水水质达到国家相关标准，可用于小区内的绿化灌溉、道路喷洒等，实现水资源的循环利用，不仅节约了水资源，还提升了小区的环境质量。在工业厂区，例如食品加工厂、制药厂等，一体化污水处理设备同样表现出色。它能够应对工业生产过程中产生的复杂污水，去除其中的氨氮和总氮，使处理后的污水符合排放标准，避免对周边水体环境造成污染，确保企业的生产活动与环境保护协调发展。

为了保证一体化污水处理设备持续有效地去除氨氮和总氮，日常维护工作至关重要。定期对设备进行全面检查是必不可少的环节，包括检查设备的连接部位是否紧密，有无漏水、漏气现象；查看曝气机、水泵等关键设备的运行状况，确保其正常运转且无异常噪音；检查各类阀门的开合是否灵活，控制是否精准。及时清理设备内的污泥也是关键要点，过多的污泥会占据反应空间，影响微生物与污水的充分接触，降低处理效果。一般来说，根据污泥的产生量和设备的运行情况，每隔一段时间就要进行污泥清理工作，将积累的污泥排出并妥善处理。同时，要密切监测设备运行参数，如溶解氧、pH 值、温度等，并根据实际情况及时调整。通过这些日常维护工作，能够确保一体化污水处理设备始终处于良好的运行状态，稳定地发挥去除氨氮和总氮的作用，为环境保护贡献力量。