干货分享 | 什么是内回流？

在污水处理的生物脱氮工艺中，为了保证生物系统的稳定运行，工艺中有很多控制参数，其中比较常用的有污泥龄，温度，溶解氧，污泥浓度，内回流等。内回流是污水生物处理工艺中是否具有脱氮功能的最重要的一个区别性的特征，对内回流的精准控制，是微生物脱氮的保障条件，今天这一期我们就来聊聊内回流。

在一些污水厂的运行人员中，对生物脱氮工艺的内回流的理解不是很深入，认为内回流就是一个比例关系，而且感觉内回流从好氧末端回到缺氧段，从工艺流程上来看，感觉就是一个毫无用处的消耗电力的过程。在工艺管理的巡视检查上，并没有引起足够的重视。特别是内回流在系统内进行循环，不像外回流一旦停运，曝气池内的活性污泥浓度急速下降，表面会产生大量的低浓度白色泡沫，导致污水处理指标快速超标。内回流泵即使停运，特别是很多内回流泵现在采用的穿墙泵，停运后从生物池表观上看不出任何的区别，巡视人员也往往会忽略内回流的作用。随着污水厂对总磷总氮的要求，生物脱氮工艺的运行大面积在污水厂中开展起来，很多污水厂都把总氮工艺控制重点放在了碳源投加上，把碳源当成化学药剂来进行对待，简单的认为碳源就是去除总氮的灵丹妙药，不断地增加碳源投加量，而忽略了生物脱氮工艺的其他控制点，比如内回流。在污水厂生物脱氮工艺的大量开展的现状下，认真了解内回流的来龙去脉，是控制好生物脱氮工艺的前提。

在公众号前面的文章里，针对生物脱氮的工艺我们进行了详细的说明，在很多内容中也对内回流进行了深入的探讨，但是一直没有单独的把内回流列出来进行探讨，因此公众号将针对内回流进行一次深入的探讨。

要深入的了解内回流的作用，就需要再次回到生物脱氮的工艺上来，生物脱氮的过程是由三部分组成的，分别是：

① 氨化（ammonification）：污水中的含氮有机物，在生物处理过程中被好氧或厌氧异养型微生物氧化分解为氨氮的过程；

加氧脱氨基反应式为：

RCHNH₂COOH+O₂→RCOOH+CO₂+NH₃

水解脱氨基反应式为：

RCHNH₂COOH+H₂O→RCHOHCOOH+NH₃

在生活污水中的有机氮被水解或加氧后，产生的氨（NH_３）溶于水后，生成污水中的氨氮NH_４－N。

② 硝化（nitrification）：污水中的氨氮（NH4⁺－N）在硝化菌（好氧自养型微生物）的作用下被转化为NO₂-和进一步的NO₃-的过程；

亚硝化反应式：

NH₄⁺+1.5O₂→NO₂^-+H₂O+2H⁺

硝化反应式：

NO₂^-+0.5O₂→NO₃^-

总反应式：

NH₄⁺+2O₂→NO₃^-+H₂O+2H⁺

上述反应式中，我们对硝化菌的增殖，碱度的消耗等不进行展开，只做简化的硝化反应讨论。

③ 反硝化(denitrification)：污水中的NO₂^-和NO₃^-在缺氧条件下在反硝化菌（兼性异养型细菌）的作用下被还原为N2释放到空气的过程。

反硝化反应式：

NO₂^-+3H⁺(有机物供体的电子)→0.5N₂+ H₂O+OH^-

NO₃^-+5H⁺(有机物供体的电子)→0.5N₂+ 2H₂O+OH^-

在污水厂中，完成了这三步反应以后，也就完成了生物脱氮的整个反应过程，大家注意下氮元素用绿色（原料）和黄色（产物）标注出来的在三步反应中的不同存在方式，氨化是从有机氮转化氨氮，硝化是把上一阶段产生的氨氮（包含污水中本身的氨氮）转化为硝酸盐，反硝化是把硝酸盐转化为氮气释放。这三步反应，每一步反应的原料都是上一步反应的产物，也就是说这三步反应其实是环环相扣的，缺少任何一部，总氮都不能最终形成氮气释放出来。所以在污水处理中，生物脱氮反应应该是下图这样的一个流程：

污水进入第一个曝气池内，进行氨化以及去除BOD的反应，产生氨氮产物；进入到第二阶段，进行硝化反应，把氨氮转化为亚硝酸根和硝酸根；最后来到第三阶段，进行反硝化反应，把亚硝酸根和硝酸根转化成为氮气释放出去。这样一个流程是严格符合生物脱氮的顺序的，是根据生物脱氮的三步逐级进行的。但是在实际的污水厂中，生物脱氮的A２O工艺并不是这样的流程，那么为什么没有进行这种符合生物脱氮的标准流程的设计呢？

在上图中反硝化的流程中，除了搅拌工艺以外，还有最重要的一个标识，就是在反硝化反应器中，投加碳源甲醇（CH3OH），这个是由于反硝化反应需要有机物提供的电子来进行脱氧的一个反应，所以这个阶段碳源是必不可少的。注意看第一步反应中，曝气池的作用，去除BOD，BOD是污水中有机物的生化指标，也就是曝气池去除污水中的有机物。但是在第三步的反应中是需要有机物的，那么这个流程布置就很尴尬，前端用了很大力气去除有机物（来自污水本身），后端又人工的进行补充有机物（额外购置），造成资源的浪费。那么能不能把这部分先去除后补充的有机物合二为一呢？那就出来了改良的生物脱氮工艺流程：

这个流程中把反硝化反应器从第三步提前到了第一步，把原废水中的有机物作为了反硝化反应中的电子供体，为反硝化反应提供了反应的基础条件，使反应向右进行下去。这样调整后，进水中的有机物在被好氧曝气去除之前，实现了其在反硝化的作用，从运行上节省了在最后进行碳源投加的成本，也降低了曝气池溶解氧的消耗，减少了曝气风机的鼓风量，整体上降低了运行成本。

但是这样也带来一个很重要的问题，反硝化区的前置改变了生物脱氮反应的正常流程，反硝化区接收的是污水厂的原废水，这其中的氨氮还没有经过硝化区的反应转化成硝酸盐氮，反硝化区只有有机物的电子供体，但是没有硝酸盐氮，也就无法实现反硝化反应，也就不能完成脱氮反应最后一步。那么怎么解决这个问题呢？内回流设置就是为了解决这个问题的。

进水中的氨氮经过曝气区的推流过程中的硝化反应生成硝酸盐氮，这部分硝酸盐氮与活性污泥混合在一起，通过设置在曝气区（硝化区）的末端的内回流泵提升回流到反硝化区，提升混合液而不是二沉池出水的原因是为了保持反硝化区内的活性污泥浓度，不至于被二沉池出水稀释过低，导致反硝化菌的数量不足，造成反硝化反应无法进行。所以说内回流是保证这种调整后的工艺流程能实现生物脱氮的重要环节。从这个角度来说，内回流在生物脱氮工艺中是非常重要的一项工作，也是我们做生物脱氮工艺管理中需要密切注意的项目，没有稳定的内回流是无法保证生物脱氮工艺的稳定达标的。