上周我们讨论了脱氮反应的全流程，了解了生物脱氮是要分为两部分进行的，很多污水厂完成了氨氮到亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的反应，但是总氮的去除仍然没有完成，因为在生物脱氮的第二个重要部分---反硝化反应还没有引起管理者的足够的重视，今天来专门讨论污水处理厂内的反硝化反应。
首先我们要明确反硝化反应不是字面上的是硝化反应的反方向，不是把亚硝酸盐氮和硝酸盐氮再还原回氨氮的反应，它和硝化反应是完全不同类的反应。在了解反硝化反应之前，我们先来认识一下自然界的一大类细菌，反硝化细菌。
在自然界中土壤水体中存在着这样的一类细菌，它们既可以在有氧条件下呼吸生存，但是也可以缺氧条件下生存，在缺氧状态下，它们利用体内的生物酶的作用，吸取外界的碳源作为能量，利用硝酸盐中的氧进行呼吸作用，同时把硝酸盐中的氮转化成氮气释放出去，这个过程在自然界中的氮气被生物生长利用的过程是反方向的，也是自然界中氮循环必不可少的一环，因此把这些微生物进行的反应称为反硝化反应，而这部分的细菌就被称为反硝化细菌。
所以我们可以看到反硝化菌要进行反应，就需要满足三个条件，一个是外界碳源，一个是硝酸盐氮，一个是缺氧状态。我们在公众号前面的很多文章都提到，污水厂其实是一个自然界微生物反应的一个人工强化的场所，我们人类通过工程技术手段为自然界特定的细菌提供生存环境，从而使它们在人工环境下进行我们所需要的生物反应。那么我们下面就来看看污水厂是如何为反硝化的三个条件进行的环境。
首先我们来看看理论上的反硝化反应的流程。污水厂内的曝气池中存在大量的微生物，其中的氨化菌和硝化菌在曝气池内，充分利用了好氧的环境，把污水中的有机氨和氨氮转化成了硝酸盐氮，这样就为反硝化菌的进一步反硝化反应提供了电子受体，也就是反硝化反应的先决条件。所以可以在曝气池之后放置一个反硝化池，添加足够的碳源到反硝化池中，用于反硝化反应的电子供体，同时要控制氧气的供给，使反硝化细菌必须使用硝酸盐氮中的氧进行呼吸，这样在环境上创造出了反硝化反应的进行条件。
但是大家会很迷惑，这和污水厂看到的反硝化工艺，包括AO工艺都不一样啊，反硝化区域都是在硝化区前端的啊。为什么污水厂要做这种从反应顺序上相反的工艺流程，这是因为在正常的流程中，曝气池内的各种微生物对碳源的消耗非常大，降解BOD的效果很明显，反硝化区域放在曝气池(硝化区)后端，会明显的碳源短缺，远远不能提供反硝化细菌进行反硝化反应所需要的能量供给，因此在污水厂的脱氮工艺流程中就把反硝化区域设置到了曝气池(硝化区)前端。
在反硝化区域设置到了硝化区前端后，出现了一个问题是，反硝化区在硝化区域前端，污水先进入到反硝化区域，没有经过硝化区(好氧曝气池)的碳源大量消耗，为反硝化细菌提供充足的碳源，但是还存在一个问题，那就是污水中的氮的存在形式，大部分都是以有机铵和氨氮的形式存在的，大家可以看一下污水厂进水水质的分析，氨氮基本占到了总氮的80%左右，而反硝化所需要的硝酸盐的量是远远不够的，也就是说虽然有了充足的碳源，但是反硝化反应还是不能进行下去。那么污水厂在设计中采用了把经过硝化区(好氧曝气池)含有大量硝酸盐氮的混合液，通过水泵等方式直接回流反硝化区，为反硝化区提供充足的硝酸盐氮，为了和二沉池回流到曝气池的回流区分，污水厂把硝化区直接回流到反硝化区域的回流称为内回流，二沉池的回流称为外回流。所以采用生物脱氮反应的污水厂所设计内回流的作用就是为放置在前端的反硝化区的反硝化反应提供充足的硝酸盐氮的。
污水厂通过了把反硝化区域前置保证碳源的供给，增加硝化区到反硝化区的内回流保证了硝酸盐氮的电子供给，满足了反硝化菌进行反硝化反应的两个条件，但是还有一个条件就是缺氧环境，曝气池内是一个严格的好氧环境，富有大量的氧气，在这种环境下作为兼性的反硝化菌会利用水中的溶解氧进行呼吸作用，因此也不会进行反硝化反应。所以在污水厂中对反硝化区域是不进行曝气的，和曝气区域进行了空间上的分割，这部分反硝化区域没有曝气装置，仅设置推流搅拌装置，推流搅拌的作用是为了保证活性污泥不在这个区域沉淀，同时也和水中的有机碳源进行充分的接触，进行良好的反应。
按照上述原理，污水厂要进行脱氮，在工程上是需要缺氧池和好氧池的共同组成的，也就是我们通常所说的缺氧/好氧(A/O)系统。A是英文中的Anoxic(缺氧)的首字母，O是oxic的首字母，所以生物脱氮的工艺也称为AO工艺。但是A2O不是两个缺氧的意思，而是Anaerobic(厌氧)，Anoxic(缺氧)Oxic(好氧)的意思，大家要对英文缩写有一些了解，便于大家在日常阅读污水的科技文献中理解字面含义。
污水厂对反硝化反应进行的这些特殊的工程上的设计，为反硝化细菌的反应进行了环境的营造。这些设计有很多种类，比较常见的就是AO工艺，还有增加了除磷的AAO工艺，这是利用了构筑物进行了各个区域在空间上的严格划分，实现了微生物菌种对环境的不同需求，也有SBR工艺及其变种，是利用了时间上实现了环境需求，还有各类氧化沟工艺，是利用时间和空间上的交替实现的环境需求。特别是2010年以后，国家全面要求污水厂的水质中的氮磷指标，新建和改建的污水厂都进行了脱氮除磷工艺的设计，因此从硬件设施上，近年来的污水厂都有相关的建设，污水厂的运行管理人员要对硬件设施上的工艺功能进行详细了解，才能为下一步的污水厂的生物脱氮的运行进行合理的管理工作。
延伸阅读：
原标题：滚氮吧，总氮君（中）
