污水廠的處理流程中的工藝細節管理（十九）-生化池的運行細節10
上一期對污水廠脫氮的進水基礎的細節管理進行了探討，這一周將從脫氮機理的方面進行污水廠的脫氮運行管理的細節討論。
對于污水處理的全部過程，污水處理的科學家們通過近百年的不斷地學習和認知，科學家將污水處理的活性污泥中的微生物的脫氮工藝的基本機理是依據污水中的氮元素從復雜有機物逐步轉化為氮單質（氮氣）的化學過程得出的，根據這個過程多個化學反應，把污水廠內氮元素的轉化過程分解成幾個部分，這幾個部分基本是沿著污水中的存在的氮的復雜有機物轉化過程依次進行的。
第一個部分是氨化過程，主要是對進入到污水廠的污水中的有機氮轉化為氨氮的過程，污水中的有機氮是指以有機化合物形式存在的氮，如蛋白質、氨基酸、肽、尿素、有機胺、硝基化合物、重氮化合物等。城市生活污水中存在的有機氮主要是蛋白質及其分解產物一多肽和氨基酸。這個過程稱為氨化過程，氨化過程對氧氣參與沒有特別的要求，在厭氧好氧的環境下都可以通過微生物來完成的，因此這個過程可以發生在污水廠外的污水輸送管道內，在污水管道內的流動過程中，厭氧微生物會對有機氮化合物起到一定的氨化分解過程，也可以發生在進入到污水廠內進行，因此剩余的部分有機氮化合物會在污水廠內進一步進行氨化，最終形成氨氮形式的氮化合物。在污水廠中有一項凱式氮的檢測指標，主要對進水中的有機氮和氨氮之和進行的檢測，通過檢測凱式氮指標，可以判定進水的C：N比例是否滿足微生物生長所需的100：5的基本條件。一般的生活污水都會滿足，工業廢水中的成分復雜，需要針對這個數值進行檢驗，校核是否滿足。
這個氨化過程，簡單用化學表達式就是：有機氮→氨氮，過程中主要是各類微生物參與其中，由于生活污水中的有機氮所占的比例相對較小，因此在污水廠中沒有針對有機氮的去除設置特定的工藝構筑物，主要依賴污水管道內的輸送和A2O工藝的厭氧區，好氧區進行有機氮的氨化作用。由于含量較低，污水廠的運管人員也不將其作為重點的管控對象進行管理。需要注意的是，如果進水的凱式氮較高，氨氮較低的時候，說明有機氮含量高，就需要在工藝環節中考慮有機氮的氨化過程的控制。考慮到厭氧區停留時間較短且調控的參數較少，這個氨化過程主要考慮好氧區增加一部分曝氣量滿足氨化過程的氧氣所需，這樣好氧區的曝氣量會有三個用途，降解有機物BOD，有機氮的氨化作用，氨氮的硝化作用，因此在有機氮較高的污水廠要注意曝氣量的充足保障。
通過氨化作用后，污水中的有機氮轉化為氨氮，和污水中原有的氨氮一起形成占絕對比例的氮族化合物－氨氮，研究發現氨氮向氮單質的轉化有很多途徑，在自然條件下比較常見的是硝化過程，也有短程硝化過程，由于其控制條件苛刻，在自然條件下難以重復再現，一般污水廠不把這個過程作為主要的工藝管控對象，我們要注意由于污水廠內的微生物種類及其復雜多樣性，有充分的理由認為在實際中各種氮的轉化途徑都會有在生物池內發生，但是作為工藝條件苛刻的反應，污水廠的工藝控制是無法長期穩定保持的，因此在實際運行中，也不把這種難以穩定控制的反應作為主要的控制目標，對于污水廠的運行人員來說，需要對本廠內的工藝環境條件有充分的認知，不可盲目迷信各種脫離本廠現實條件宣傳文案，把精力和財力投入到無法穩定實現和保持的項目中去，最終導致工藝的不穩定性更大，日常管理要基于本廠的實際條件，不可試圖人為的創造和改變，這種人為的因素最終都不可長久延續，只能帶來更復雜的環境改變，導致出水水質的異常。下面我們主要討論污水廠內常見的硝化過程。
硝化過程是將氨氮在氧氣參與的條件下通過硝化細菌（好氧自養型微生物）轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的氮族化合物的過程，這個過程在污水廠中稱為硝化過程。從硝化過程的定義可以看到這個過程中關鍵的幾個內容：一是需要氧氣的參與，因此這個過程是需要在一個氧氣充足的環境中進行的。污水之所以稱為污水，是因為其中的有機污染物大量消耗水中溶解的氧氣，導致水體中沒有足夠的氧氣來維持復雜的生態系統的氧氣所需，因此污水中的氧氣是嚴重不足的，也就是說僅依靠污水自身是無法完成硝化反應的，所以需要采取額外的人工方式的曝氣，強制性的給污水中提供氧氣，以滿足好氧自養型的硝化菌硝化過程的氧氣所需。
從上面的分析可以了解到，硝化反應需要人工強制性的供給氧氣，這樣在污水廠中就只有一個合適的區域可以進行，那就是在生物池的好氧區域來完成這個硝化反應過程了。在前文提到生物池的好氧區域主要降解有機污染物BOD，加上氨氮的硝化，這樣好氧區域就具備了兩個功能，降解BOD和氨氮硝化，對好氧區域的管控就需要從這兩個方面進行。在實際的運行中，污水廠的管理人員通過安放在曝氣池出口位置的溶解氧儀來確定微生物對溶解氧的需求量是否充足，降解BOD/COD的好氧自養型細菌的能力較強，抵抗異常進水的毒性干擾也很強，因此一般通過末端的溶解氧高低，基本可以判斷有機物的去除情況，但是硝化過程中的硝化菌能力較弱，進水毒性物質干擾作用明顯，簡單的通過溶解氧還不足以顯示出氨氮的去除效果。隨著污水處理檢測探頭技術的發展，在線的氨氮檢測探頭也進入到污水處理廠中，這樣就可以通過氨氮檢測探頭檢測好氧區域中段或者末端氨氮的變化，將生物池的好氧區域的功能完全進行監控起來，實現污水廠的生物處理的過程控制。
延伸閱讀：
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