哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

1.4反硝化脱氮工艺特点

在水体中，氮的主要存在形态为有机氮和无机氮两种。（水中的有机氮和无机氮之和统称为总氮，而氨氮和有机氮又称为凯氏氮。）有机氮包含蛋白质、尿素、氨基酸、多肽等，来源于生活污水、工业废水（如羊毛加工、制革、印染等）、农业废弃物（农作物、牲畜等）。在微生物降解的作用下，有机氮可转化为无机氮。无机氮主要有氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮三种形式，这三者统称为氮化合物。水体中一部分的无机氮是源于有机氮的微生物分解，另外有一部分是由于施用氮肥的农田排水和地表径流，和某些工业废水（如焦化废水、化肥生产废水）的排放。

当将氮化合物含量较高的污水直接排放时，会对环境造成危害[28]，例如，氮化合物含量较高时会导致水体的富营养化；氨氮降解时会消耗水体的溶解氧；氮类物质会使水体产生一定的色度和气味；最近，富营养化导致的藻毒素问题也引起人们的重视。此外，若将氮含量超过1 mg/L的水用于农田灌溉是，一些农作物可能会因为过量吸收水中的氮而产生贪青倒伏的现象。

1.4.1 反硝化过程

水中氮类物质的反硝化反应是由一群异养型的微生物完成[29, 30]，在缺氧的条件下，这些微生物将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成气态氮(N2)或N2O、NO[31]。参与这一生化反应的微生物就是反硝化细菌，这种细菌在自然界中几乎无处不在，污水处理系统中常用的的反硝化细菌有变形杆菌、假单胞杆菌、小球菌等。这类反硝化细菌在有溶解氧的条件下，利用氧进行呼吸，对有机物进行好氧降解；而当水中没有分子氧、而存在硝酸盐氮和亚硝酸盐氮时，则可以硝酸盐根和亚硝酸盐根作为电子受体，从而实现对氮类物质的反硝化去除[32-34]。反硝化过程以异化作用为主，其去除的氮约占总去除量的70%~75%。

反硝化分为三级生物脱氮系统、二级生物脱氮系统和一级生物脱氮系统。所谓三级生物脱氮系统，是指污水连续经过三个单元生物处理装置，依次完成各项净化功能，最后一级实现反硝化脱氮。其中每个单元处理装置都有自己的反应池：第一级为曝气池，第二级为硝化池，第三级为反硝化池，以及二沉池和污泥回流系统等。

该工艺的优点是不同功能的菌属如好氧菌、硝化菌和反硝化菌分别生长在不同的单元构筑物之中，可根据各自的特点调节最适宜的生长环境和工况条件，所以生化反应速度较快；并且由于不同微生物种属构成的污泥分别在不同的沉