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區(qū)別性的特征，對內(nèi)回流的精1準控制，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。

在一些污水廠的運行人員中，對生物脫氮工藝的內(nèi)回流的理解不是很深入，認為內(nèi)回流就是一個比例關(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)進行循環(huán)，不像外回流一旦停運，曝氣池內(nèi)的活性污泥濃度急速下降，表面會產(chǎn)生大量的低濃度白色泡沫，導(dǎo)致污水處理指標快速超標。內(nèi)回流泵即使停運，特別是很多內(nèi)回流泵現(xiàn)在采用的穿墻泵，停運后從生物池表觀上看不出任何的區(qū)別，巡視人員也往往會忽略內(nèi)回流的作用。隨著污水廠對總磷總氮的要求，生物脫氮工藝的運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點放在了碳源投加上，把碳源當成化學(xué)藥劑來進行對待，簡單的認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，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，我們對硝化菌的增殖，堿度的消耗等不進行展開，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+(有機物供體的電子)→0.5N2+ H2O+OH-

NO3-+5H+(有機物供體的電子)→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）標注出來的在三步反應(yīng)中的不同存在方式，氨化是從有機氮轉(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)化為氮氣釋放。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)其實是環(huán)環(huán)相扣的，缺少任何一部，總氮都不能終形成氮氣釋放出來。所以在污水處理中，生物脫氮反應(yīng)應(yīng)該是下圖這樣的一個流程：

污水進入第一個曝氣池內(nèi)，進行氨化以及去除BOD的反應(yīng)，產(chǎn)生氨氮產(chǎn)物；進入到第二階段，進行硝化反應(yīng)，把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸根和硝酸根；后來到第三階段，進行反硝化反應(yīng)，把亞硝酸根和硝酸根轉(zhuǎn)化成為氮氣釋放出去。這樣一個流程是嚴格符合生物脫氮的順序的，是根據(jù)生物脫氮的三步逐級進行的。但是在實際的污水廠中，生物脫氮的A２O工藝并不是這樣的流程，那么為什么沒有進行這種符合生物脫氮的標準流程的設(shè)計呢？

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

這個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)向右進行下去。這樣調(diào)整后，進水中的有機物在被好氧曝氣去除之前，實現(xiàn)了其在反硝化的作用，從運行上節(jié)省了在后進行碳源投加的成本，也降低了曝氣池溶解氧的消耗，減少了曝氣風(fēng)機的鼓風(fēng)量，整體上降低了運行成本。

但是這樣也帶來一個很重要的問題，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)只有有機物的電子供體，但是沒有硝酸鹽氮，也就無法實現(xiàn)反硝化反應(yīng)，也就不能完成脫氮反應(yīng)后一步。那么怎么解決這個問題呢？內(nèi)回流設(shè)置就是為了解決這個問題的。

進水中的氨氮經(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)無法進行。所以說內(nèi)回流是保證這種調(diào)整后的工藝流程能實現(xiàn)生物脫氮的重要環(huán)節(jié)。從這個角度來說，內(nèi)回流在生物脫氮工藝中是非常重要的一項工作，也是我們做生物脫氮工藝管理中需要密切注意的項目，沒有穩(wěn)定的內(nèi)回流是無法保證生物脫氮工藝的穩(wěn)定達標的。

內(nèi)回流的流量和進水水量的比例關(guān)系，稱為內(nèi)回流比，為了和外回流比R進行區(qū)別，內(nèi)回流比一般用r來表示。在污水廠的運營管理人員中，對內(nèi)回流比r的數(shù)值確定，一般從設(shè)計說明，或者其他的一些相關(guān)文獻資料上，都看到內(nèi)回流比r在2~4（也有用百分比來計量的，在200~400%）之間，但是有沒有認真想過為什么內(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步驟，運行人員希望盡可能的將所有好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽實現(xiàn)了反硝化轉(zhuǎn)化成氮氣釋放出去，從而保證出水總氮的達標，那就需要調(diào)整內(nèi)回流的量。

從污水廠的生物脫氮運行角度，進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、進水中的有機氮全部轉(zhuǎn)化，生活污水廠內(nèi)的有機氮本身含量不高，在污水管網(wǎng)的流動和污水廠的生物厭氧過程中，大部分有機氮已經(jīng)轉(zhuǎn)化，為了簡化氮平衡，在計算中，不考慮有機氮的轉(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，這部分氮存在，但是在進水總氮較高的地區(qū)，這部分作用去除的總氮所占比例很小，一般不去進行計算。

3、假設(shè)出水中總氮主要以氨氮和硝酸鹽氮為主，有機氮和亞硝酸氮假設(shè)在整個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)進水總氮中，氨氮占了很大比例，硝態(tài)氮很少，在平衡計算中，不考慮進水中的硝態(tài)氮的數(shù)量。

有了這四個簡化及假設(shè)以后，根據(jù)物料平衡的計算，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)這個推理，可以得出污水廠內(nèi)氮的平衡關(guān)系式來：

其中：

進水流量：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是一樣的，因此這三者我們可以簡化成一個值，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)回流比的計算公式了：

在內(nèi)回流的比例計算上，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為是進水總氮全部轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮，出水硝酸鹽氮可以認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計算，出水總氮以15mg/L為標準，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：

從這個公式可以看出，由于受到出水水質(zhì)TN的國1家標準15mg/L的控制，當進水的總氮在40~60mg/L時，內(nèi)回流比要在2左右，這也是全國普遍污水廠的進水氨氮區(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)進行處理，內(nèi)回流比要保持在2以上。如果進水的總氮更高，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，一1定要嚴格控制好氧出水的溶解氧，以保障反硝化反應(yīng)的正常運行。根據(jù)這個公式當進水水質(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。當然如果污水廠進水水質(zhì)中總氮甚至低于出水的15mg/L的標準，已經(jīng)達標，就不能再適用這個公式來計算了，這個公式是基于出水的指標為15mg/L的GB18918-2002的一級A標進行推算的。

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行推算的，經(jīng)過簡化的推算可以得到內(nèi)回流比與進水的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營人員共同探討污水廠的生物脫氮工藝的管理。