有機(jī)物在污水處理脫氮過程中的作用
氮是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一。當(dāng)污水中的氮排入自然水體后，會(huì)促進(jìn)藻類和水生植物過度生長(zhǎng)，使水體透明度降低，影響水中植物的光合作用，導(dǎo)致溶解氧減少。同時(shí)，大量藻類死亡后會(huì)被微生物分解，消耗水中的溶解氧，使水體處于缺氧狀態(tài)，嚴(yán)重影響水生生物的生存。例如，湖泊、河流等水體富營(yíng)養(yǎng)化后，可能會(huì)出現(xiàn)水華、赤潮等現(xiàn)象，而其他水生生物如魚類、貝類等則會(huì)因缺氧或食物短缺而死亡，從而使生物多樣性減少，取而代之的是單一的藻類群落，破壞生態(tài)平衡。對(duì)城市污水進(jìn)行脫氮處理，使處理水達(dá)標(biāo)排放，可有效防止水體富營(yíng)養(yǎng)化。
污水中的總氮包括有機(jī)氮、氨氮（NH3-N和NH4+-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）及硝酸鹽氮（NO3-N）。
生物脫氮是在微生物的作用下，將總氮中的有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程。首先，有機(jī)氮在微生物的作用下氧化分解轉(zhuǎn)化為氨氮，即氨化反應(yīng)，而后經(jīng)過好氧段硝化過程轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮，最后通過缺氧段反硝化過程將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)舛M(jìn)入大氣。至此，整個(gè)污水的生物脫氮過程完成。
生物脫氮目的最終是在缺氧條件下通過反硝化過程得以實(shí)現(xiàn)，反硝化過程需要有機(jī)物。有機(jī)物在反硝化過程所起作用：首先是提供電子供體，反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)?，這個(gè)還原反應(yīng)需要電子。有機(jī)物可以提供電子，滿足反硝化反應(yīng)的電子需求。例如，甲醇、乙酸、葡萄糖等有機(jī)物在被反硝化細(xì)菌分解代謝的過程中，其化學(xué)鍵中的電子被釋放出來(lái)，傳遞給硝酸鹽和亞硝酸鹽，使其逐步被還原。其次是提供能量來(lái)源，反硝化細(xì)菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)以及維持自身的生命活動(dòng)需要能量。有機(jī)物通過氧化分解可以釋放出能量，被反硝化細(xì)菌利用，就像人類需要從食物中獲取能量一樣，反硝化細(xì)菌需要從有機(jī)物中獲取能量來(lái)維持生存和代謝反應(yīng)。三是維持微生物生長(zhǎng)與繁殖，有機(jī)物是微生物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。反硝化細(xì)菌要大量生長(zhǎng)和繁殖，以維持足夠的數(shù)量和活性來(lái)進(jìn)行反硝化反應(yīng)，需要充足的有機(jī)物供應(yīng)。只有當(dāng)反硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性足夠高時(shí)，反硝化反應(yīng)才能高效地進(jìn)行，從而有效地去除水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，達(dá)到脫氮的目的。四是促進(jìn)反應(yīng)速率，在一定范圍內(nèi)，有機(jī)物的濃度越高，反硝化反應(yīng)的速率越快。因?yàn)楦嗟挠袡C(jī)物可以提供更多的電子供體和能量，使反硝化細(xì)菌能夠更快速地進(jìn)行硝酸鹽和亞硝酸鹽的還原反應(yīng)。如果進(jìn)水中缺乏有機(jī)物，反硝化反應(yīng)的速率會(huì)受到限制，導(dǎo)致脫氮效果不佳，此時(shí)需要額外投加碳源，補(bǔ)充有機(jī)物，保證反硝化的順利進(jìn)行。
污水處理廠處理工藝（倒置A2/O）的生物脫氮過程：好氧池內(nèi)有機(jī)氮、氨氮通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮，然后回流至缺氧池，在缺氧條件下反硝化細(xì)菌利用有機(jī)物，將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)?，從水中逸出，?shí)現(xiàn)生物脫氮。一般情況下，進(jìn)水中BOD5/TKN（生化需氧量/凱氏氮）＞4.0，說明有機(jī)物充足，反硝化反應(yīng)越徹底，當(dāng)進(jìn)水中有機(jī)物濃度低，BOD5/TKN（生化需氧量/凱氏氮）＜4.0，則無(wú)法滿足微生物自身生存及反硝化過程的順利進(jìn)行，因此需要外加碳源（復(fù)合葡萄糖），提高污水中有機(jī)物濃度，確保反硝化反應(yīng)的高效進(jìn)行，保證出水總氮達(dá)標(biāo)排放。
