在污水處理的生物脫氮工藝中，為了保證生物系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，工藝中有很多控制參數(shù)，其中比較常用的有污泥齡，溫度，溶解氧，污泥濃度，內(nèi)回流等。內(nèi)回流是污水生物處理工藝中是否具有脫氮功能的重要的一個(gè)區(qū)別性的特征，對(duì)內(nèi)回流的精1準(zhǔn)控制，是微生物脫氮的保障條件，今天這一期我們就來聊聊內(nèi)回流。

在一些污水廠的運(yùn)行人員中，對(duì)生物脫氮工藝的內(nèi)回流的理解不是很深入，認(rèn)為內(nèi)回流就是一個(gè)比例關(guān)系，而且感覺內(nèi)回流從好氧末端回到缺氧段，從工藝流程上來看，感覺就是一個(gè)毫無用處的消耗電力的過程。在工藝管理的巡視檢查上，并沒有引起足夠的重視。特別是內(nèi)回流在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，不像外回流一旦停運(yùn)，曝氣池內(nèi)的活性污泥濃度急速下降，表面會(huì)產(chǎn)生大量的低濃度白色泡沫，導(dǎo)致污水處理指標(biāo)快速超標(biāo)。內(nèi)回流泵即使停運(yùn)，特別是很多內(nèi)回流泵現(xiàn)在采用的穿墻泵，停運(yùn)后從生物池表觀上看不出任何的區(qū)別，巡視人員也往往會(huì)忽略內(nèi)回流的作用。隨著污水廠對(duì)總磷總氮的要求，生物脫氮工藝的運(yùn)行大面積在污水廠中開展起來，很多污水廠都把總氮工藝控制重1點(diǎn)放在了碳源投加上，把碳源當(dāng)成化學(xué)藥劑來進(jìn)行對(duì)待，簡單的認(rèn)為碳源就是去除總氮的靈丹妙藥，不斷地增加碳源投加量，而忽略了生物脫氮工藝的其他控制點(diǎn)，比如內(nèi)回流。在污水廠生物脫氮工藝的大量開展的現(xiàn)狀下，認(rèn)真了解內(nèi)回流的來龍去脈，是控制好生物脫氮工藝的前提。

要深入的了解內(nèi)回流的作用，就需要再次回到生物脫氮的工藝上來，生物脫氮的過程是由三部分組成的，分別是：

① 氨化（ammonification）：污水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程；

加氧脫氨基反應(yīng)式為：

RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

水解脫氨基反應(yīng)式為：

RCHNH2COOH+H2O→RCHOHCOOH+NH3

在生活污水中的有機(jī)氮被水解或加氧后，產(chǎn)生的氨（NH３）溶于水后，生成污水中的氨氮NH４－N。

② 硝化（nitrification）：污水中的氨氮（NH4+－N）在硝化菌（好氧自養(yǎng)型微生物）的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2-和進(jìn)一步的NO3-的過程；

亞硝化反應(yīng)式：

NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+

硝化反應(yīng)式：

NO2-+0.5O2→NO3-

總反應(yīng)式：

NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+

上述反應(yīng)式中，我們對(duì)硝化菌的增殖，堿度的消耗等不進(jìn)行展開，只做簡化的硝化反應(yīng)討論。

③ 反硝化(denitrification)：污水中的NO2-和NO3-在缺氧條件下在反硝化菌（兼性異養(yǎng)型細(xì)菌）的作用下被還原為N2釋放到空氣的過程。

反硝化反應(yīng)式：

NO2-+3H+(有機(jī)物供體的電子)→0.5N2+ H2O+OH-

NO3-+5H+(有機(jī)物供體的電子)→0.5N2+ 2H2O+OH-

在污水廠中，完成了這三步反應(yīng)以后，也就完成了生物脫氮的整個(gè)反應(yīng)過程，大家注意下氮元素用綠色（原料）和黃1色（產(chǎn)物）標(biāo)注出來的在三步反應(yīng)中的不同存在方式，氨化是從有機(jī)氮轉(zhuǎn)化氨氮，硝化是把上一階段產(chǎn)生的氨氮（包含污水中本身的氨氮）轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，反硝化是把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫?。這三步反應(yīng)，每一步反應(yīng)的原料都是上一步反應(yīng)的產(chǎn)物，也就是說這三步反應(yīng)其實(shí)是環(huán)環(huán)相扣的，缺少任何一部，總氮都不能終形成氮?dú)忉尫懦鰜?。所以?a href="/Article-detail-id-117698.html" title="污水處理中">污水處理中，生物脫氮反應(yīng)應(yīng)該是下圖這樣的一個(gè)流程：

污水進(jìn)入第一個(gè)曝氣池內(nèi)，進(jìn)行氨化以及去除BOD的反應(yīng)，產(chǎn)生氨氮產(chǎn)物；進(jìn)入到第二階段，進(jìn)行硝化反應(yīng)，把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸根和硝酸根；后來到第三階段，進(jìn)行反硝化反應(yīng)，把亞硝酸根和硝酸根轉(zhuǎn)化成為氮?dú)忉尫懦鋈?。這樣一個(gè)流程是嚴(yán)格符合生物脫氮的順序的，是根據(jù)生物脫氮的三步逐級(jí)進(jìn)行的。但是在實(shí)際的污水廠中，生物脫氮的A２O工藝并不是這樣的流程，那么為什么沒有進(jìn)行這種符合生物脫氮的標(biāo)準(zhǔn)流程的設(shè)計(jì)呢？

在上圖中反硝化的流程中，除了攪拌工藝以外，還有重要的一個(gè)標(biāo)識(shí)，就是在反硝化反應(yīng)器中，投加碳源甲醇（CH3OH），這個(gè)是由于反硝化反應(yīng)需要有機(jī)物提供的電子來進(jìn)行脫氧的一個(gè)反應(yīng)，所以這個(gè)階段碳源是必不可少的。注意看***步反應(yīng)中，曝氣池的作用，去除BOD，BOD是污水中有機(jī)物的生化指標(biāo)，也就是曝氣池去除污水中的有機(jī)物。但是在第三步的反應(yīng)中是需要有機(jī)物的，那么這個(gè)流程布置就很尷尬，前端用了很大力氣去除有機(jī)物（來自污水本身），后端又人工的進(jìn)行補(bǔ)充有機(jī)物（額外購置），造成資源的浪費(fèi)。那么能不能把這部分先去除后補(bǔ)充的有機(jī)物合二為一呢？那就出來了改良的生物脫氮工藝流程：

這個(gè)流程中把反硝化反應(yīng)器從第三步提前到了***步，把原廢水中的有機(jī)物作為了反硝化反應(yīng)中的電子供體，為反硝化反應(yīng)提供了反應(yīng)的基礎(chǔ)條件，使反應(yīng)向右進(jìn)行下去。這樣調(diào)整后，進(jìn)水中的有機(jī)物在被好氧曝氣去除之前，實(shí)現(xiàn)了其在反硝化的作用，從運(yùn)行上節(jié)省了在后進(jìn)行碳源投加的成本，也降低了曝氣池溶解氧的消耗，減少了曝氣風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量，整體上降低了運(yùn)行成本。

但是這樣也帶來一個(gè)很重要的問題，反硝化區(qū)的前置改變了生物脫氮反應(yīng)的正常流程，反硝化區(qū)接收的是污水廠的原廢水，這其中的氨氮還沒有經(jīng)過硝化區(qū)的反應(yīng)轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮，反硝化區(qū)只有有機(jī)物的電子供體，但是沒有硝酸鹽氮，也就無法實(shí)現(xiàn)反硝化反應(yīng)，也就不能完成脫氮反應(yīng)后一步。那么怎么解決這個(gè)問題呢？內(nèi)回流設(shè)置就是為了解決這個(gè)問題的。

進(jìn)水中的氨氮經(jīng)過曝氣區(qū)的推流過程中的硝化反應(yīng)生成硝酸鹽氮，這部分硝酸鹽氮與活性污泥混合在一起，通過設(shè)置在曝氣區(qū)（硝化區(qū)）的末端的內(nèi)回流泵提升回流到反硝化區(qū)，提升混合液而不是二沉池出水的原因是為了保持反硝化區(qū)內(nèi)的活性污泥濃度，不至于被二沉池出水稀釋過低，導(dǎo)致反硝化菌的數(shù)量不足，造成反硝化反應(yīng)無法進(jìn)行。所以說內(nèi)回流是保證這種調(diào)整后的工藝流程能實(shí)現(xiàn)生物脫氮的重要環(huán)節(jié)。從這個(gè)角度來說，內(nèi)回流在生物脫氮工藝中是非常重要的一項(xiàng)工作，也是我們做生物脫氮工藝管理中需要密切注意的項(xiàng)目，沒有穩(wěn)定的內(nèi)回流是無法保證生物脫氮工藝的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的。

內(nèi)回流的流量和進(jìn)水水量的比例關(guān)系，稱為內(nèi)回流比，為了和外回流比R進(jìn)行區(qū)別，內(nèi)回流比一般用r來表示。在污水廠的運(yùn)營管理人員中，對(duì)內(nèi)回流比r的數(shù)值確定，一般從設(shè)計(jì)說明，或者其他的一些相關(guān)文獻(xiàn)資料上，都看到內(nèi)回流比r在2~4（也有用百分比來計(jì)量的，在200~400%）之間，但是有沒有認(rèn)真想過為什么內(nèi)回流比r是2~4（200%~400%），而不是外回流的1（一百%）呢？

要分析內(nèi)回流比的取值問題，就要回到生物脫氮的基本原理上來，從上一篇公眾號(hào)的介紹內(nèi)回流的作用是為了保證生物脫氮流程中反硝化流程提前以后補(bǔ)充缺氧區(qū)的硝酸鹽濃度的，內(nèi)回流的大小就是調(diào)整了反硝化區(qū)的硝酸鹽濃度的高低。反硝化區(qū)作為生物脫氮的后一個(gè)步驟，運(yùn)行人員希望盡可能的將所有好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽實(shí)現(xiàn)了反硝化轉(zhuǎn)化成氮?dú)忉尫懦鋈ィ瑥亩ＷC出水總氮的達(dá)標(biāo)，那就需要調(diào)整內(nèi)回流的量。

從污水廠的生物脫氮運(yùn)行角度，進(jìn)水的總氮和出水的總氮，反硝化所去除的硝酸鹽氮之間，可以得出一個(gè)氮在污水廠內(nèi)的平衡關(guān)系。為了使我們更好的理解污水廠的氮平衡，需要簡化下面的一些關(guān)系：

1、進(jìn)水中的有機(jī)氮全部轉(zhuǎn)化，生活污水廠內(nèi)的有機(jī)氮本身含量不高，在污水管網(wǎng)的流動(dòng)和污水廠的生物厭氧過程中，大部分有機(jī)氮已經(jīng)轉(zhuǎn)化，為了簡化氮平衡，在計(jì)算中，不考慮有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化問題。

2、微生物生長過程中的本身合成所需的氮不進(jìn)行考慮，也就是說活性污泥的同化作用（活性污泥微生物自我生長消耗）所需要的氮不去統(tǒng)計(jì)，這部分氮存在，但是在進(jìn)水總氮較高的地區(qū)，這部分作用去除的總氮所占比例很小，一般不去進(jìn)行計(jì)算。

3、假設(shè)出水中總氮主要以氨氮和硝酸鹽氮為主，有機(jī)氮和亞硝酸氮假設(shè)在整個(gè)生化過程中都得到了完全的處理，不存在這兩種過程產(chǎn)物。

4、假設(shè)進(jìn)水總氮中，氨氮占了很大比例，硝態(tài)氮很少，在平衡計(jì)算中，不考慮進(jìn)水中的硝態(tài)氮的數(shù)量。

有了這四個(gè)簡化及假設(shè)以后，根據(jù)物料平衡的計(jì)算，在好氧區(qū)所產(chǎn)生的硝酸鹽終分布在出水、內(nèi)回流、外回流中，根據(jù)這個(gè)推理，可以得出污水廠內(nèi)氮的平衡關(guān)系式來：

其中：

進(jìn)水流量：Q

外回流比：R

內(nèi)回流比：r

在好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽：NO3-

出水中的硝酸鹽氮：Ne

外回流中的硝酸鹽氮：NR

內(nèi)回流中的硝酸鹽氮：Nr

在這個(gè)關(guān)系式中，要注意出水中的硝酸鹽氮Ne，外回流中的硝酸鹽氮NR, 內(nèi)回流中的硝酸鹽氮Nr，這三者的關(guān)系，內(nèi)回流和外回流本質(zhì)上都是從曝氣池好氧末端流出的混合液，而出水也是從曝氣池末端流出的，硝酸鹽在這三者中沒有分別，也就是說它們的濃度其實(shí)是一樣的，因此這三者我們可以簡化成一個(gè)值，上面的關(guān)系式就可以變成：

也就是說： NO3-=Ne(1+r+R)

這樣就可以推導(dǎo)出內(nèi)回流比的計(jì)算公式了：

在內(nèi)回流的比例計(jì)算上，外回流比R采用傳統(tǒng)數(shù)值1，好氧池產(chǎn)生的硝酸鹽氮可以認(rèn)為是進(jìn)水總氮全部轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮，出水硝酸鹽氮可以認(rèn)為是出水總氮中拋除出水氨氮的剩余部分，一般出水氨氮以0~5mg/L計(jì)算，出水總氮以15mg/L為標(biāo)準(zhǔn)，出水的硝酸鹽氮就是為10~15mg/L之間，這樣可以得出后的內(nèi)回流比的確定數(shù)值：

從這個(gè)公式可以看出，由于受到出水水質(zhì)TN的國1家標(biāo)準(zhǔn)15mg/L的控制，當(dāng)進(jìn)水的總氮在40~60mg/L時(shí)，內(nèi)回流比要在2左右，這也是全國普遍污水廠的進(jìn)水氨氮區(qū)間，因此為了保證好氧區(qū)產(chǎn)生的所有的硝酸鹽都回到反硝化區(qū)進(jìn)行處理，內(nèi)回流比要保持在2以上。如果進(jìn)水的總氮更高，在60mg/L以上，就需要內(nèi)回流比控制在4或者4以上了。但是由于內(nèi)回流比如果控制的過高，會(huì)造成好氧末端的溶氧隨著內(nèi)回流帶回到反硝化區(qū)，造成反硝化區(qū)內(nèi)的溶氧過高，因此在調(diào)大內(nèi)回流的同時(shí)，一1定要嚴(yán)格控制好氧出水的溶解氧，以保障反硝化反應(yīng)的正常運(yùn)行。根據(jù)這個(gè)公式當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)的總氮越高，內(nèi)回流比就需要控制的越高，才能將所有的硝酸鹽氮回到反硝化區(qū)，滿足生物脫氮的要求。當(dāng)然如果污水廠進(jìn)水水質(zhì)中總氮甚至低于出水的15mg/L的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)達(dá)標(biāo)，就不能再適用這個(gè)公式來計(jì)算了，這個(gè)公式是基于出水的指標(biāo)為15mg/L的GB18918-2002的一級(jí)A標(biāo)進(jìn)行推算的。

內(nèi)回流的原理是為了把好氧區(qū)所產(chǎn)生的硝酸鹽氮帶回到置于好氧區(qū)前端的反硝化區(qū)，那么內(nèi)回流量的確定也就是以盡可能把好氧區(qū)所產(chǎn)生的全部的硝酸鹽帶回去來進(jìn)行推算的，經(jīng)過簡化的推算可以得到內(nèi)回流比與進(jìn)水的TN濃度有直接的關(guān)系，在污水廠的生物脫氮的工藝控制中，根據(jù)進(jìn)水總氮的濃度高低，來合理調(diào)控內(nèi)回流比，是工藝管控的重要內(nèi)容之一，希望通過內(nèi)回流的這兩篇文章，能和污水廠的各位運(yùn)營人員共同探討污水廠的生物脫氮工藝的管理。