二沉池出水总氮升高是一个复杂的问题，其原因往往不是单一的，而是多种因素交织作用的结果。主要可以从生物脱氮系统效能、二沉池运行管理、二沉池结构设计以及外部进水与环境因素等多个维度进行剖析。

（一）生物脱氮系统效能不足或异常

生物脱氮系统的效能是决定出水总氮水平的根本。该系统任何环节出现问题，都可能直接或间接导致二沉池出水总氮超标。

1. 硝化作用受阻或不彻底

硝化作用是将氨氮转化为硝态氮的关键步骤，若此过程受阻，大量氨氮未经转化直接进入二沉池，必然导致出水总氮超标。

溶解氧（DO）不足： 硝化菌是专性好氧菌，对溶解氧有较高要求。若好氧池末端DO浓度长期低于2.0mg/L，硝化菌活性将受到严重抑制，导致硝化不彻底。

低温影响： 硝化菌对温度敏感，水温低于15℃时，其活性会显著下降；低于5℃时，硝化作用趋于停止。这在冬季尤为突出。

pH值不适宜： 硝化菌适宜的pH范围通常在7.0-8.5之间，最佳pH约为7.5-8.0。过酸或过碱环境均会抑制其活性。硝化过程本身会产酸，若系统碱度不足，易导致pH下降。

有毒有害物质冲击： 工业废水中可能含有的重金属离子、氰化物、酚类等物质，或高浓度有机物、高盐度等，均可能对硝化菌产生毒害作用，抑制其活性。

污泥龄（SRT）过短： 硝化菌世代周期较长（通常数天至十数天），若系统污泥龄过短，会导致硝化菌被大量洗出，无法在系统中形成优势菌群。一般要求SRT在11-23天以上才能保证良好硝化。

进水BOD5/TKN（有机物与总凯氏氮比值）失衡： 当BOD负荷过高时，异养菌会大量繁殖，与自养的硝化菌竞争溶解氧和生存空间，影响硝化效率。理想的BOD5/TKN值一般认为在2-3左右。

进水氨氮负荷过高： 短时间内进入大量高浓度氨氮废水，超出当前硝化系统的处理能力，导致氨氮穿透。

对总氮的影响： 硝化不充分，导致出水氨氮浓度升高，进而总氮超标。部分未被氧化的氨氮在二沉池中也可能随污泥流失或直接排出。

2. 反硝化作用受阻或不彻底

反硝化是将硝态氮和亚硝酸盐氮转化为氮气逸出的最终脱氮步骤。此环节不足，已形成的硝态氮无法有效去除，同样导致总氮升高。

碳源不足（关键因素）： 反硝化菌是异养菌，需要有机碳源作为电子供体。当进水BOD5/TN比值过低（如低于4-6）时，碳源不足会严重限制反硝化速率和程度。

缺氧区溶解氧（DO）过高： 反硝化过程需要在严格的缺氧条件下进行（DO通常要求<0.5mg/L，理想状况<0.2mg/L）。若缺氧区DO过高，反硝化菌会优先利用溶解氧进行呼吸，而不是硝酸盐。

低温影响： 与硝化菌类似，反硝化菌活性也受温度影响，低温会降低反硝化速率。一般在15℃以下，速率会明显下降。

pH值不适宜： 反硝化适宜的pH范围略宽于硝化，通常在6.5-8.0之间。反硝化过程会消耗酸度，产生碱度。

有毒有害物质冲击： 同样会抑制反硝化菌的活性。

污泥龄（SRT）问题： SRT过短会导致反硝化菌流失，影响反硝化效果。但SRT过长也可能因污泥老化等问题间接影响。

内回流比不足或不当： 在A/O或A2/O等工艺中，内回流负责将好氧区产生的硝化液（含NOx--N）回送至缺氧区进行反硝化。内回流比不足，会导致缺氧区硝酸盐底物浓度偏低，影响反硝化总量。一般内回流比控制在外回流的2-4倍，甚至更高。

缺氧区水力停留时间（HRT）不足： 缺氧区HRT过短，硝酸盐与微生物接触时间不足，反硝化反应不充分。

对总氮的影响： 未被充分反硝化的硝态氮和亚硝酸盐氮随出水排出，导致出水总氮中NOx--N占比高，总氮超标。

3. 活性污泥性状恶化与流失

活性污泥的沉降性能和稳定性对二沉池的固液分离效果至关重要。污泥性状恶化会导致大量含氮污泥随水流失。

污泥膨胀： 通常指丝状菌过度繁殖，导致污泥絮体松散、轻浮，SVI（污泥容积指数）值异常升高（如大于150-200 mL/g）。膨胀污泥在二沉池中沉降困难，易随出水流失。

污泥解体、老化： 由于长期低负荷运行、有毒物质冲击、营养比例失衡等原因，污泥絮体结构破坏，变得细小、松散，失去正常的沉降和吸附性能。老化的污泥也易于解体。

二沉池发生反硝化产气上浮： 当曝气池硝化效果较好，混合液中含有较高浓度的硝酸盐氮时，若二沉池底部污泥停留时间过长且溶解氧耗尽，缺氧环境下的反硝化菌会利用这些硝酸盐进行反硝化，产生的氮气气泡附着在污泥絮体上，使其上浮。这种上浮的污泥团块携带大量氮素。

对总氮的影响： 流失的活性污泥本身富含有机氮（占污泥干重的5-12%）和部分吸附的无机氮。其流失直接导致出水SS超标，并显著提高出水总氮浓度。

总结关键要点（生物脱氮系统）：

硝化是前提： 保证好氧池末端DO、适宜温度、pH、足够SRT和合理C/N比是关键。

反硝化是核心： 充足碳源、严格缺氧环境、有效内回流及适宜温度、pH是保障。

污泥是载体： 维持良好污泥性状（防止膨胀、老化），避免二沉池内反硝化是根本。

 

 

（二）二沉池运行管理失当

二沉池自身的运行参数控制和日常管理水平直接影响其泥水分离效能，管理不当同样会导致总氮升高。

1. 水力负荷与固体负荷控制不当

表面水力负荷过高： 进水量突然增加或持续超设计负荷运行，会导致二沉池的表面水力负荷（单位时间通过单位沉淀面积的水量）超标。此时，混合液在池内上升流速可能大于污泥颗粒的沉降速度，导致污泥被水流带出，SS和总氮升高。

固体表面负荷过高： 当曝气池混合液悬浮固体浓度（MLSS）过高，或者回流、排泥不及时导致二沉池内污泥积累过多时，单位时间进入单位沉淀面积的污泥量（固体表面负荷）会超标。这会导致泥位过高，污泥界面接近出水堰，污泥易随水流出。(北极星水处理网：二沉池作用中提到固体表面负荷一般为150kg/(m²·d))

对总氮的影响： 水力或固体超负荷均易导致活性污泥流失，从而使出水总氮升高。

2. 排泥与回流操作不合理

剩余污泥排放不足或不及时： 会导致系统内污泥龄过长，可能引起污泥老化、解体，沉降性能变差。同时，二沉池泥位会持续升高，增加污泥流失风险。

回流污泥量控制不当：

回流量过小： 一方面可能导致曝气池内MLSS浓度不足，影响生物处理效率，特别是硝化菌的持留；另一方面，污泥在二沉池底部停留时间过长，容易发生厌氧分解或反硝化产气上浮。

回流量过大： 可能扰动二沉池的泥水分离层，增加出水SS；也可能缩短混合液在曝气池的实际停留时间（对某些工艺流程）。

对总氮的影响： 不合理的排泥和回流会破坏生物脱氮系统的稳定性，或直接造成含氮污泥流失，或诱发二沉池内部不利反应（如反硝化浮泥）。

3. 二沉池日常维护与监测不足

浮渣清除不及时： 二沉池表面可能产生浮渣（如油脂、变性污泥等），若不及时清除，部分浮渣可能随出水堰流出，或分解产生污染物，贡献总氮。

出水堰、集水槽不规范： 出水堰口不平整、堰上积垢、集水槽堵塞等，会造成出水流量分布不均，局部流速过大，可能带出污泥。

刮（吸）泥机故障或运行不当： 如刮板损坏、吸泥管堵塞、行走速度不匹配等，会导致池底污泥分布不均，出现刮泥死角或局部污泥堆积。这些死角污泥长期滞留易腐化或反硝化上浮。

对总氮的影响： 日常维护的疏忽可能导致沉降效率下降，污泥局部厌氧，或直接使含氮固体物排出。

总结关键要点（运行管理）：

负荷匹配： 严格控制水力负荷和固体负荷在设计范围内。

排泥回流精细化： 根据MLSS、SVI、泥位、SRT等参数科学调控排泥量和回流比。

设备完好与清洁： 确保刮吸泥设备正常，及时清理浮渣和堰口。

 

 

（三）二沉池结构设计与水力条件缺陷

二沉池的结构设计和由此形成的水力条件若存在缺陷，会从根本上影响其固液分离效率。

1. 池型选择与水力特性

池型与水质不匹配： 常见的二沉池池型有平流式、辐流式、竖流式以及斜板（管）式。

平流式： 结构简单，对冲击负荷适应性较好，但占地较大，配水和排泥可能存在不均。

辐流式： 常用于大中型污水厂，机械排泥，管理较方便，但对施工质量要求高。

竖流式： 占地小，排泥方便，但池深大，造价高，适用于小型污水厂。

斜板（管）式： 利用浅层沉淀原理，沉淀效率高，但对活性污泥这种轻质絮体，可能存在易堵塞、附着等问题，管理较难，有时不推荐直接作为活性污泥法的二沉池。

进出水区设计不合理： 如进水方式造成水流冲击、出水堰设计不当等，容易在池内形成短流、涡流或死水区，减少了沉淀池的有效容积，扰动污泥沉降，导致水流未充分澄清即流出。

堰口负荷过大： 单位长度出水堰的溢流量过大，会导致堰口附近流速过高，容易将已沉降或正在沉降的细小污泥颗粒带出。

对总氮的影响： 任何导致沉降效率降低、污泥流失的设计缺陷，都会造成总氮升高。

2. 排泥系统设计不完善

刮（吸）泥机覆盖不全： 刮泥板或吸泥嘴未能覆盖整个池底，或存在结构性死角，导致部分污泥无法及时清除。

泥斗设计不合理： 泥斗数量不足、坡度过小、出泥口易堵塞等，都会影响污泥的顺利排出。

对总氮的影响： 池底死角积泥长期滞留，会发生厌氧分解（腐化）或反硝化，前者释放氨氮，后者产生气泡携带污泥上浮，两者均恶化出水水质，增加总氮。

3. 池体尺寸与容积不足

有效水深不足： 池深过浅，污泥的沉降和浓缩区域受限，缓冲能力差，易受水力波动影响。

总容积偏小： 导致混合液在池内停留时间不足，污泥未能充分沉降和浓缩。

对总氮的影响： 泥水分离不彻底，回流污泥浓度低，难以维持曝气池所需MLSS，继而影响生物脱氮效率；同时出水SS也可能偏高。

总结关键要点（结构设计）：

选型合理： 池型应与处理规模、污泥特性相适应。

水力优化： 进出水均匀，避免短流和死区，堰口负荷适中。

排泥彻底： 刮吸泥无死角，泥斗通畅。

尺寸适宜： 保证足够的沉淀和浓缩时间和空间。

 

 

（四）进水水质波动与环境因素变化

污水处理系统是一个动态的生态系统，其稳定性易受进水水质和环境条件变化的影响。

1. 进水总氮浓度突增或持续偏高

当上游来水中总氮浓度（尤其是氨氮或有机氮）突然大幅升高，或长时间处于高位，超出了现有污水处理厂的设计处理能力和当前运行工况的承受极限时，即使生物脱氮系统在正常运行，也难以将总氮削减至排放标准。这种情况常见于接收工业废水或雨污合流制的污水处理厂。

对总氮的影响： 生物处理单元“吃不消”，导致出水总氮直接超标。

2. 进水C/N比（碳氮比）严重失衡

碳源不足： 如前述，进水BOD5/TN值低于4-6时，反硝化菌缺乏足够的电子供体，反硝化作用受限，导致硝态氮去除不彻底。这是城市污水处理厂面临的普遍问题之一。

碳源过高（短期或特定形态）： 虽然反硝化需要碳源，但短期内大量易降解有机物进入，可能导致异养菌在好氧区快速繁殖，与硝化菌竞争溶解氧，反而抑制硝化作用，氨氮升高。

对总氮的影响： C/N比失衡直接冲击生物脱氮的硝化或反硝化环节，导致总氮去除率下降。

3. 温度剧烈变化或持续低温

水温是影响微生物活性的重要环境因素。温度骤降或在冬季长期处于低温（如＜15℃），会显著降低硝化菌和反硝化菌的代谢速率，导致脱氮效率大幅下降。

对总氮的影响： 硝化和反硝化速率双双降低，总氮去除效率全面恶化。

 

图1：温度对硝化与反硝化速率的示意影响

4. pH值大幅波动或持续偏离最佳范围

进水中强酸或强碱物质的排入，或系统自身生化反应（如硝化产酸、反硝化产碱）导致的pH积累效应未得到有效缓冲，均可能使系统pH偏离微生物适宜范围，从而抑制脱氮菌群活性。

对总氮的影响： 微生物酶活性受抑，硝化或反硝化效率降低。

5. 冲击负荷或有毒有害物质进入

水量或污染物浓度（COD、氨氮等）的瞬时、大幅度增加，以及工业废水中可能夹带的重金属、高浓度盐分、消毒剂、难降解有机物等有毒有害物质，都会对微生物造成强烈的冲击，甚至毒害作用，导致脱氮功能菌大量死亡或活性丧失，系统崩溃。

对总氮的影响： 轻则暂时性效率下降，重则系统崩溃，出水总氮急剧升高，恢复期漫长。

总结关键要点（进水与环境）：

源头控制： 关注进水总氮负荷和C/N比，加强纳管企业管理。

缓冲能力： 充分利用调节池，减缓水质水量冲击。

温度适应： 关注季节性温度变化，采取相应调控措施。

pH稳定： 监测并控制系统pH在适宜范围。

风险防范： 严防有毒有害物质进入生化系统。

 

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