上周讨论了关于污水厂的氮去除工艺的优化运行进行了讨论，这周公众号将继续绕污水厂脱氮的优化运行管理展开讨论。
对于污水厂来说，氮的去除分为两步，氨氮的去除并没有将氮完全从系统中脱出，从前面的文章论述中，好氧阶段的硝化作用是将氨氮转化为另外的氮化合物，主要是亚硝态氮和硝态氮，这两种氮的化合物是氮污染物的一部分，不能直接排入到环境水体中。
硝态氮（NO₃⁻-N）和亚硝态氮（NO₂⁻-N）是水中常见的氮污染物，它们对环境有多种不利影响。一方面是水体富营养化：氮是水生生态系统中的重要营养物质，但过量的硝酸盐和亚硝酸盐会导致水体富营养化。富营养化引起藻类迅速繁殖，形成藻华，这会阻碍阳光进入水中，导致水生植物死亡，并消耗水中的氧气，对水生生物造成威胁；一方面是对水生生物的毒性：高浓度的亚硝酸盐对水生生物具有毒性，即使是低浓度的亚硝酸盐也可能对某些鱼类和底栖生物产生不利影响。硝酸盐本身毒性较低，但它可以在环境中转化为亚硝酸盐，从而间接地产生毒性效应，硝酸盐和亚硝酸盐的积累还会影响湿地和河口等生态系统的功能；一方面是对人类健康的潜在影响：饮用水中过量的硝酸盐可能对人类健康造成风险，特别可能影响婴儿，导致“蓝婴综合征”（高铁血红蛋白症）。而我们在日常饮食（比如腌制的食品中）中可能食用的亚硝酸盐，在人体胃肠道中可能与胺类物质反应形成亚硝胺，这是一些潜在的致癌物。从硝酸盐和亚硝酸盐的污染因素来说，控制和减少水体中硝酸盐和亚硝酸盐的排放对于保护水生生态系统和人类健康至关重要。
因此从上述这些水体污染的角度来说，必须对排放水体的污水进行硝酸盐和亚硝酸盐的指标控制，但是由于硝酸盐和亚硝酸盐的种类需要不同的检测方法，如果实时监控这两项指标就需要增加两台设备来进行，可能还有遗漏的氨根等，为了全面的掌控污水厂出水中氮的含量多少，最终选用了总氮作为出水指标的监控设备。在污水厂内通过好氧阶段的硝化作用，可以将进水中的氨氮降到5mg/L以下，甚至更低的水平，总氮是包含氨氮、有机氮、硝态氮、亚硝态氮的，这其中的有机氮基本在污水厂的生物处理全流程中都已经被氨化，氨氮达到了处理排放的标准，含量也降到了很低的水平，因此在末端监测总氮，主要就是监测硝态氮和亚硝态氮的含量，并且利用一台总氮监测仪可以替代硝态氮和亚硝态氮两台仪表的功能，因此在污水厂的末端会采用总氮监测仪表，主要用来对排放污水的氮族指标进行综合监测，除去氨氮在线监测之外，剩余的就是对硝态氮和亚硝态氮的含量监测了。
在我国的一些水环境敏感区域，地方政府正在收紧对集中处理后排放的污水中氮化合物的监管标准。为了满足这些日益严格的标准，污水处理厂需要不断改进和优化氮去除工艺，前面的文章讨论了氨氮去除，接下来后续的文章将围绕硝态氮和亚硝态氮的优化去除工艺。
总氮的去除过程，是由硝化和反硝化作用共同完成的，硝化作用将氨转化为硝酸盐，而反硝化作用则将硝酸盐转化为无害的氮气释放到大气中，在污水厂的生物脱氮硝化和反硝化作用的顺序对于总氮去除是非常重要的，没有完成硝化过程的氨氮转化的，是无法进行下一步的反硝化作用的。硝化作用在前面的文章中已经做了详细的说明，我们接着来对反硝化作用进行详细的工艺讨论。
在污水厂的生物处理过程中，反硝化作用是一个多步骤的缺氧过程，兼性缺氧细菌（反硝化菌）将硝酸盐还原为氮气（N₂）。中间产物包括亚硝酸盐（NO₂⁻）、一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N₂O）。反硝化作用需要在缺氧环境（低溶解氧或无溶解氧）下进行。需要注意的是在反应区域内，如果有溶解氧的存在会抑制反硝化作用，因为反硝化细菌会优先利用氧气作为电子受体而不是硝酸盐。在反硝化反应中，反硝化细菌需要碳源（电子供体）才能进行反应，这种碳源主要是污水中的有机物，但是由于居民生活饮食结构的不同，造成进水中的碳源和总氮的比例不适用于反硝化过程的碳源需求，因此在碳氮比例不合适的污水厂，需要投加碳源来保障总氮的去除，常用的碳源包括甲醇、乙酸钠和葡萄糖、复合碳源等。关键的反硝化细菌属包括假单胞菌属（Pseudomonas）、副球菌属（Paracoccus）、芽孢杆菌属（Bacillus）和脱氯单胞菌属（Dechloromonas）。在污水处理厂中，生物反应过程中，反硝化作用是去除硝酸盐的主要机制，需要严格的缺氧条件和可利用的碳源，使其成为工艺优化的关键控制点。
对于污水处理过程中，硝酸盐/亚硝酸盐类的去除工艺在近年来也得到了多项的发展，主要有活性污泥法的反硝化脱氮技术、反硝化深床滤池、硫自养脱氮、还有吸附、离子交换、反渗透等工艺。在污水厂中比较常用的还是活性污泥法的反硝化脱氮，也有反硝化深床滤池等。
下一篇将围绕污水中的营养物质氮族去除优化管理工艺的优化进行讨论，欢迎持续关注并参与污水厂工艺优化管理讨论。
