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编辑|胖先生的水处理日记
来源|心得总结
上一篇日记中，胖哥记载了生化系统中，有关NH3和NH4+转化关系的知识点。
还没有来得及阅读的，可以点击以下链接，跳至原文阅读。当时这篇文章发出来后，就有小伙伴表示，这个知识点又难又麻烦，还没什么卵用，不值得花费精力去理解。![]()
毕竟水处理又不直接产生效益，唯一能见着效益的办法，可能就是关老爷住车棚，省钱为妙（庙）！省钱这事儿，说起来容易做起来难，就算最节俭的活性污泥工艺，它也离不开风机碳源，否则根本就玩不转。但相对来说，微生物的潜力还是可以挖一挖的，就好比厌氧菌，它们吃得少生的也少，不论是风机还是污泥处置这一块，都要比好氧工艺强得多。这就给人们以发挥空间了，例如以去除COD为主时，咱可以尽量选用厌氧工艺，而要以去除氨氮和总氮为主时，咱就可以选择厌氧氨氧化了。这您就是眼睛长在耳朵边上，有偏见了，实话实说，厌氧氨氧化工艺现在用的还是挺好的。“不是都说厌氧氨氧化对温度、基质和有机物等等都有比较高的要求吗，怎么反而还用的挺好呢？”单论的话，它可能不行，但是要和别人打配合，那就是一把好手了。猪场的养殖废水，COD上万也不少见，氨氮大几百甚至小两千，也是常有的事儿，要是用传统的AO工艺进行处理，成本必然不低。首先，UASB中产甲烷菌，对于温度的需求和红菌基本一致，完全可以控制在35℃左右运行，这就解决了Anammox工艺对温度的需求。其次UASB主要的作用是消耗COD和氨化，完全可以通过降低负荷来尽可能的去除可生物降解有机物，并且让有机氮最大限度转化为氨氮。这样一来，不但增加了后续出水氨氮的浓度，又解除了对红菌的有机物限制，真可谓是打枣捎带粘知了，一举两得！如此一来，是不是就凑齐了厌氧氨氧化工艺运行的几大要素了呢？“不对啊，就算你的有机负荷很低了，温度又合适了，那也不能光有NH3啊，因为厌氧氨氧化的过程，还得有NO2-参与！”NH4+ +NO2− → N2 +2H2O
按照这个方程式，红菌在去除1mol氨氮时，同时需要1mol的亚硝酸盐氮。
但实际上，厌氧氨氧化反应中消耗的氨氮和亚硝酸盐氮并非1:1，而是1:1.32，也就是消耗的亚硝酸盐氮要多一些。
具体的化学反应方程式如下所示。
NH4+ + 1.32NO2- + 0.066HCO3- + 0.13H+ → 0.26NO3- + 1.02N2 + 0.066CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O
从中可知，要想消耗掉1mol的氨氮，至少需要给红菌准备1.32mol的亚硝酸盐氮。很明显，如果原水中没有亚硝酸盐氮的话，UASB出水中也不可能含有这玩意儿。![]()
正所谓兄弟齐心，其利断金，这仨工艺一组合，任凭你来水情况再复杂，也能在尽量少花钱的前提下，给红菌创造发挥奇迹的机会！至于如何实现短程反硝化的效果，这个时候游离氨就可以派上用场了。主要是因为硝化细菌两兄弟中，AOB对于游离氨的耐受程度，要大于NOB。此时，我们完全就可以利用这两兄弟之间的差异，通过控制出水回流、pH等因素，实现短程反硝化池进水游离氨浓度，在AOB受得了，而NOB受不了的程度。这样一来，负责把NO2-继续氧化成NO3-的NOB，自然就被淘汰了。原本亲如手足的两兄弟，就这样被活生生的拆散了，也是挺残忍的是不是？咱书归正文，由此可见，厌氧氨氧化能否成功的关键，还是得看原水中氨氮的浓度。太低的话，就算pH很高，产生的游离氨浓度也不足以抑制NOB。最终AOB辛辛苦苦产生点NO2-，全被一股脑氧化成了NO3-，后面的厌氧氨氧化巧妇难为无米之炊，也就没了作用。“照你这么说，来水氨氮值太高了肯定也不行啊，NOB和AOB就一块挂了，也不会产生NO2-了！”![]()
如果进水氨氮浓度恰好在AOB能够耐受，而NOB不能耐受的范围内，咱可以直接进水，不用回流。如果进水氨氮浓度大于AOB能够耐受的范围了，咱就开启回流，用氨氮浓度比较低的出水来稀释原水，让其保持在合理范围，不就行了？我查了相关资料，AOB对于游离氨的抑制作用的阈值一般在10~150mg/L，而NOB对于游离氨的抑制作用的阈值，仅仅只有0.1~1mg/L的范围。
这差的有点多哈，我不是特别相信，所以后来我自己做了下相关试验。
首先，我针对游离氨设计了4个浓度梯度，分别是0.5mg/L、5mg/L、10mg/L、15mg/L，然后加入活性污泥，持续曝气并随时检测出水氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的值。
试验结果表明，活性污泥对于这4个浓度的氨氮降解的都很顺利，无非是反应时间有长有短，但最终出水都能到0mg/L。
再看硝态氮，发现在游离氨浓度0.5mg/L和5mg/L的反应器中，只检测到硝酸盐，而没有发现亚硝酸盐，这说明在这两个游离氨浓度下，AOB和NOB都没有受到抑制。
而在游离氨为10mg/L和15mg/L时，随着试验时间的推移，出水硝酸盐浓度逐渐降低，亚硝酸盐浓度则慢慢升高。这说明在这个游离氨浓度下，系统中的AOB依然活跃，但NOB已经被抑制的有气无力了。在长时间连续运行后，最终游离氨浓度为10mg/L和15mg/l的反应器中，亚硝酸盐积累率均达到了97.4%以上。这个实验至少说明了，当游离氨浓度为10mg/L时，就足以死死抑制NOB的活性了。咱们假设系统的运行温度为红菌最喜欢的温度，35℃，且当时短程反硝化池内的pH=7.5。那么当c(FA)=10mg/L时，氨氮的浓度值又是多少呢？pKa=0.09018+2729.92÷(35+273.15)=8.95c(NH4+)=c(NH3)×[1+10∧(pKa-pH)]-c(NH3)=10×[1+10∧(8.95-7.5)]-10=281.84mg/Lc(NH3-N)=c(NH4+)×14÷18+c(NH3)×14÷17=10×14÷17+281.84×14÷18=227.44mg/L也即保持短程硝化池内的氨氮浓度高于227.44mg/L，就能实现NO2-的积累。咱在说回最开头，费劲八叉的研究游离氨和离子态氨的目的，这下您各位总算明白了胖哥的良苦用心了吧？
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