在污水處理的生物脫氮工藝中，為了保證生物系統的穩定運行，工藝中有很多控制參數，其中比較常用的有污泥齡，溫度，溶解氧，污泥濃度，內回流等。內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別性的特征，對內回流的精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回流。

在一些污水廠的運行人員中，對生物脫氮工藝的內回流的理解不是很深入，認為內回流就是一個比例關系，而且感覺內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。特別是內回流在系統內進行循環，不像外回流一旦停運，曝氣池內的活性污泥濃度急速下降，表面會產生大量的低濃度白色泡沫，導致污水處理指標快速超標。內回流泵即使停運，特別是很多內回流泵現在采用的穿墻泵，停運后從生物池表觀上看不出任何的區別，巡視人員也往往會忽略內回流的作用。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，比如內回流。在污水廠生物脫氮工藝的大量開展的現狀下，認真了解內回流的來龍去脈，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型微生物氧化分解為氨氮的過程；

加氧脫氨基反應式為：

RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3

水解脫氨基反應式為：

RCHNH2COOH+H2O→RCHOHCOOH+NH3

在生活污水中的有機氮被水解或加氧后，產生的氨（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（好氧自養型微生物）的作用下被轉化為NO2-和進一步的NO3-的過程；

亞硝化反應式：

NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+

硝化反應式：

NO2-+0.5O2→NO3-

總反應式：

NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+

上述反應式中，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，完成了這三步反應以后，也就完成了生物脫氮的整個反應過程，大家注意下氮元素用綠色（原料）和黃1色（產物）標注出來的在三步反應中的不同存在方式，氨化是從有機氮轉化氨氮，硝化是把上一階段產生的氨氮（包含污水中本身的氨氮）轉化為硝酸鹽，反硝化是把硝酸鹽轉化為氮氣釋放。這三步反應，每一步反應的原料都是上一步反應的產物，也就是說這三步反應其實是環環相扣的，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，生物脫氮反應應該是下圖這樣的一個流程：

污水進入第一個曝氣池內，進行氨化以及去除BOD的反應，產生氨氮產物；進入到第二階段，進行硝化反應，把氨氮轉化為亞硝酸根和硝酸根；后來到第三階段，進行反硝化反應，把亞硝酸根和硝酸根轉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，就是在反硝化反應器中，投加碳源甲醇（CH3OH），這個是由于反硝化反應需要有機物提供的電子來進行脫氧的一個反應，所以這個階段碳源是必不可少的。注意看***步反應中，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中的電子供體，為反硝化反應提供了反應的基礎條件，使反應向右進行下去。這樣調整后，進水中的有機物在被好氧曝氣去除之前，實現了其在反硝化的作用，從運行上節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，減少了曝氣風機的鼓風量，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，反硝化區的前置改變了生物脫氮反應的正常流程，反硝化區接收的是污水廠的原廢水，這其中的氨氮還沒有經過硝化區的反應轉化成硝酸鹽氮，反硝化區只有有機物的電子供體，但是沒有硝酸鹽氮，也就無法實現反硝化反應，也就不能完成脫氮反應后一步。那么怎么解決這個問題呢？內回流設置就是為了解決這個問題的。

進水中的氨氮經過曝氣區的推流過程中的硝化反應生成硝酸鹽氮，這部分硝酸鹽氮與活性污泥混合在一起，通過設置在曝氣區（硝化區）的末端的內回流泵提升回流到反硝化區，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內的活性污泥濃度，不至于被二沉池出水稀釋過低，導致反硝化菌的數量不足，造成反硝化反應無法進行。所以說內回流是保證這種調整后的工藝流程能實現生物脫氮的重要環節。從這個角度來說，內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，沒有穩定的內回流是無法保證生物脫氮工藝的穩定達標的。

內回流的流量和進水水量的比例關系，稱為內回流比，為了和外回流比R進行區別，內回流比一般用r來表示。在污水廠的運營管理人員中，對內回流比r的數值確定，一般從設計說明，或者其他的一些相關文獻資料上，都看到內回流比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回流比r是2~4（200%~400%），而不是外回流的1（一百%）呢？

要分析內回流比的取值問題，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的硝酸鹽濃度的，內回流的大小就是調整了反硝化區的硝酸鹽濃度的高低。反硝化區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產生的硝酸鹽實現了反硝化轉化成氮氣釋放出去，從而保證出水總氮的達標，那就需要調整內回流的量。

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的平衡關系。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系：

1、進水中的有機氮全部轉化，生活污水廠內的有機氮本身含量不高，在污水管網的流動和污水廠的生物厭氧過程中，大部分有機氮已經轉化，為了簡化氮平衡，在計算中，不考慮有機氮的轉化問題。

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）所需要的氮不去統計，這部分氮存在，但是在進水總氮較高的地區，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物。

4、假設進水總氮中，氨氮占了很大比例，硝態氮很少，在平衡計算中，不考慮進水中的硝態氮的數量。

有了這四個簡化及假設以后，根據物料平衡的計算，在好氧區所產生的硝酸鹽終分布在出水、內回流、外回流中，根據這個推理，可以得出污水廠內氮的平衡關系式來：

其中：

進水流量：Q

外回流比：R

內回流比：r

在好氧區產生的硝酸鹽：NO3-

出水中的硝酸鹽氮：Ne

外回流中的硝酸鹽氮：NR

內回流中的硝酸鹽氮：Nr

在這個關系式中，要注意出水中的硝酸鹽氮Ne，外回流中的硝酸鹽氮NR, 內回流中的硝酸鹽氮Nr，這三者的關系，內回流和外回流本質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，上面的關系式就可以變成：

也就是說： NO3-=Ne(1+r+R)

這樣就可以推導出內回流比的計算公式了：

在內回流的比例計算上，外回流比R采用傳統數值1，好氧池產生的硝酸鹽氮可以認為是進水總氮全部轉化成硝酸鹽氮，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回流比的確定數值：

從這個公式可以看出，由于受到出水水質TN的國1家標準15mg/L的控制，當進水的總氮在40~60mg/L時，內回流比要在2左右，這也是全國普遍污水廠的進水氨氮區間，因此為了保證好氧區產生的所有的硝酸鹽都回到反硝化區進行處理，內回流比要保持在2以上。如果進水的總氮更高，在60mg/L以上，就需要內回流比控制在4或者4以上了。但是由于內回流比如果控制的過高，會造成好氧末端的溶氧隨著內回流帶回到反硝化區，造成反硝化區內的溶氧過高，因此在調大內回流的同時，一1定要嚴格控制好氧出水的溶解氧，以保障反硝化反應的正常運行。根據這個公式當進水水質的總氮越高，內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，滿足生物脫氮的要求。當然如果污水廠進水水質中總氮甚至低于出水的15mg/L的標準，已經達標，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。

內回流的原理是為了把好氧區所產生的硝酸鹽氮帶回到置于好氧區前端的反硝化區，那么內回流量的確定也就是以盡可能把好氧區所產生的全部的硝酸鹽帶回去來進行推算的，經過簡化的推算可以得到內回流比與進水的TN濃度有直接的關系，在污水廠的生物脫氮的工藝控制中，根據進水總氮的濃度高低，來合理調控內回流比，是工藝管控的重要內容之一，希望通過內回流的這兩篇文章，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。