脫氮技術(shù)包括化學(xué)法和生物法，由于化學(xué)法會(huì)產(chǎn)生二次污染，而且成本高，所以一般使用生物脫氮技術(shù)。

一、生物脫氮

污水生物處理脫氮主要是靠一些專性細(xì)菌實(shí)現(xiàn)氮形式的轉(zhuǎn)化。

含氮有機(jī)化合物在微生物的作用下首先分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮NH4+或NH3，這一過程稱為“氨化反應(yīng)”。

硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，這一過程稱為“硝化反應(yīng)”；

反硝化菌把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，這一反應(yīng)稱為“反硝化反應(yīng)”。

含氮有機(jī)化合物終轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從污水中去除?/p>

1、硝化過程

硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程稱為硝化過程，硝化是一個(gè)兩步過程，分別利用了兩類微生物——亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌。這兩類細(xì)菌統(tǒng)稱為硝化菌，這些細(xì)菌所利用的碳源是CO32-、HCO3-和CO2等無機(jī)碳。

步由亞硝酸鹽菌把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，第二步由硝酸鹽菌把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

這兩個(gè)過程釋放能量，硝化菌就是利用這些能量合成新細(xì)胞和維持正常的生命活動(dòng)，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并不是去除氮而是減少了它的需氧量。

氧化1g氨氮大約需要消耗4.3gO2和8.64gHCO3-（相當(dāng)于7.14gCaCO3堿度）。

硝化過程的影響因素：

1）溫度：硝化反應(yīng)適宜的溫度范圍是30~35℃，溫度不但影響硝化菌的比增長(zhǎng)速率，而且會(huì)影響硝化菌的活性。

2）溶解氧：硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，溶解氧濃度為0.5~0.7mg/L是硝化菌可以容忍的限，溶解氧低于2mg/L條件下，氮有可能被硝化，但需要較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間，因此一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度在2mg/L以上。

3）pH和堿度：硝化菌對(duì)pH特別敏感，硝化反應(yīng)的pH是在7.2~8之間。每硝化1g氨氮大約需要消耗7.14gCaCO3堿度，如果污水沒有足夠的堿度進(jìn)行緩沖，硝化反應(yīng)將導(dǎo)致pH值下降、反應(yīng)速率減慢。

4）有毒物質(zhì)：過高的氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)及某些有機(jī)物質(zhì)對(duì)硝化反應(yīng)都有抑制作用。

5）泥齡：一般來說，系統(tǒng)的泥齡應(yīng)為硝化菌世代周期的兩倍以上，一般不得小于3~5d，冬季水溫低時(shí)要求泥齡更長(zhǎng)，為保證一年四季都有充分的硝化反應(yīng)，泥齡通常都大于10d。

6）碳氮比：BOD5與TKN的比值是C/N，是反映活性污泥系統(tǒng)中異養(yǎng)菌與硝化菌競(jìng)爭(zhēng)底物和溶解氧能力的指標(biāo)。C/N不同直接影響脫氮效果。一般認(rèn)為，處理系統(tǒng)的BOD5負(fù)荷低于0.15BOD5/（MLVSS·d）時(shí)，硝化反應(yīng)可以正常進(jìn)行。

2、反硝化過程

反硝化過程是反硝化菌異化硝酸鹽的過程，即由硝化菌產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氮?dú)夂髲乃幸绯龅倪^程。

反硝化過程主要在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行，溶解氧的濃度不能超過0.2mg/L，否則反硝化過程就要停止。

反硝化也分為兩步，步由硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮、氧化二氮和氮?dú)狻?/p>

反硝化的影響因素：

1）溫度：反硝化的適宜溫度范圍是35~45℃。

2）溶解氧：為了保證反硝化過程的進(jìn)行，必須保持嚴(yán)格的缺氧狀態(tài)，保持氧化還原電位為-50~-110mV；為使反硝化反應(yīng)政策進(jìn)行，懸浮型活性污泥系統(tǒng)中的溶解氧保持在0.2mg/L以下；附著性生物處理系統(tǒng)可以容許較高的溶解氧濃度，一般低于1mg/L。

3）pH值：范圍在6.5~7.5。

4）碳源有機(jī)質(zhì)：需要提供足夠的碳源，碳源物質(zhì)不同，反硝化速率也不同。

5）碳氮比：理論上將1g硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庑枰荚次镔|(zhì)BOD5 2.86g。

2.86這個(gè)數(shù)字具體怎么得出的，很多人不清楚。在這里順道說一下（此處引用一位大咖的講解）：

我們說的C，其實(shí)大多數(shù)時(shí)候指的是COD（化學(xué)需氧量），即所謂C/N實(shí)際為COD/N，COD是用需氧量來衡量有機(jī)物含量的一種方法，如甲醇氧化的過程可用（1）式所示，二者并不相同，但二者按照比例增加，有機(jī)物越多，需氧量也越多。因此，我們可以用COD來表征有機(jī)物的變化。

CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O（1）

a. 反硝化的時(shí)候，如果不包含微生物自身生長(zhǎng)，方程式非常簡(jiǎn)單，通常以甲醇為碳源來表示。

6NO3-+5CH3OH→3N2+5CO2+7H2O+6OH-（2）

由（1）式可以得到甲醇與氧氣（即COD）的對(duì)應(yīng)關(guān)系：1mol甲醇對(duì)應(yīng)1.5mol氧氣，由（2）式可以得到甲醇與NO3-的對(duì)應(yīng)關(guān)系，1mol甲醇對(duì)應(yīng)1.2molNO3-，兩者比較可以得到，1molNO3--N對(duì)應(yīng)1.25molO2，即14gN對(duì)應(yīng)40gO2，因此C/N=40/14=2.86。

b. 反硝化的時(shí)候，如果包含微生物自身生長(zhǎng)，如（3）式所示。

NO3-+1.08CH3OH→0,065C5H7NO2+0.47N2+1.68CO2+HCO3-（3）

同樣的道理，我們可以計(jì)算出C/N=3.70。

c. 附注：本來事情到這里已經(jīng)算完了，但是還想發(fā)揮一下種情況，以下計(jì)算只是一種化學(xué)方程式的數(shù)學(xué)計(jì)算，不代表真的發(fā)生這樣的反應(yīng)。

如果我們把（1）、（2）兩式整理，

N2+2.5O2+2OH-→2NO3-+H2O

有負(fù)離子不方便，我們?cè)趦蛇厹p去2OH-，

N2+2.5O2→N2O5

其中，N源于NO3-，O可以代表有機(jī)物，因此，對(duì)應(yīng)不含微生物生長(zhǎng)的反硝化的理論碳源的需求量，實(shí)際就是相當(dāng)于把N2氧化成N2O5的需氧量，進(jìn)一步說就是N2O5分子中O/N的質(zhì)量比。

這樣就更簡(jiǎn)單了，C/N=16×5/(14×2)=20/7=2.86

依次可以類推出NO2--N的純反硝化的理論C/N比是N2O3分子中O/N的質(zhì)量比=16×3/(14×2)=12/7=1.71

6）有毒物質(zhì)：鎳濃度大于0.5mg/L、亞硝酸鹽含量超過30mg/L或鹽濃度高于0.63%時(shí)都會(huì)抑制反硝化作用。

3、生物脫氮的基本條件

1）硝酸鹽：硝酸鹽的生成和存在是反硝化作用發(fā)生的先決條件，必須先將污水中的含氮有機(jī)物如蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、脂類、硝基化合物等轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。

2）不含溶解氧：反應(yīng)器中的氧都將被有機(jī)體優(yōu)先利用，從而減少反應(yīng)器能脫氮的亞硝酸鹽量，溶解氧超過0.2mg/L時(shí)沒有明顯脫氮作用。

3）兼性菌團(tuán)：多數(shù)情況下，細(xì)菌普遍具有脫氮習(xí)性，污水處理的微生物脫氮時(shí)在好氧和缺氧條件下反復(fù)交替，其中以兼性菌團(tuán)為主。

4）電子供體：生物脫氮的能量來自脫氮過程中起電子供體作用的碳質(zhì)有機(jī)物，脫氮時(shí)污水中有機(jī)物必須充足，否則需要投加甲醇、乙醇、乙酸等外部碳源。

4、廢水生物脫氮處理方法

生物脫氮工藝是一個(gè)包括硝化和反硝化過程的單級(jí)或多級(jí)活性污泥法系統(tǒng)。從完成生物硝化的反應(yīng)器來看，脫氮工藝可分為微生物懸浮生長(zhǎng)型（活性污泥法及其變形）和微生物附著生長(zhǎng)型（生物膜反應(yīng)器）兩大類。

多級(jí)活性污泥法系統(tǒng)具有多級(jí)污泥回流系統(tǒng)，是傳統(tǒng)的生物脫氮法，是將硝化和反硝化分別單獨(dú)進(jìn)行。此流程可以得到相當(dāng)好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點(diǎn)是流程長(zhǎng)、構(gòu)筑物多、基建費(fèi)用高、需要外加碳源、運(yùn)行費(fèi)用高、出水中殘留一定量甲醇等。

而單級(jí)活性污泥法系統(tǒng)則是將含碳有機(jī)物的氧化、硝化和反硝化在一個(gè)活性污泥系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，并且只有一個(gè)沉淀池，即一個(gè)污泥回流系統(tǒng)。

單級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)代表方法是缺氧/好氧（A/O）工藝和四段Bardenpho工藝（A/O/A/O），其他方法還有厭氧/缺氧/好氧（A2/O）工藝、Phoredox（五段Bardenpho）工藝、UCT工藝、VIP工藝等；

此外，氧化溝、SBR法、循環(huán)活性污泥法等通過調(diào)整運(yùn)行方式而有脫氮功能時(shí)也歸為單級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)。其中A2/O工藝、Bardenpho工藝、Phoredox工藝、UCT工藝、VIP工藝等同時(shí)具有脫氮除磷功能。

生物膜反應(yīng)器適合世代周期長(zhǎng)的硝化細(xì)菌生長(zhǎng)，而且其中固著生長(zhǎng)的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其適合生長(zhǎng)的環(huán)境。因此在一般的生物膜反應(yīng)器內(nèi)部，也會(huì)同時(shí)存在硝化和反硝化過程。

在已有的活性污泥法處理過程中，通過投加粉末活性炭等載體，不僅可以提高去除BOD5的能力，還可以提高整個(gè)系統(tǒng)的硝化和脫氮效果。如果將已經(jīng)實(shí)現(xiàn)硝化的廢水回流到低速轉(zhuǎn)動(dòng)的生物轉(zhuǎn)盤和鼓風(fēng)量較小的生物濾池等缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)，可以取得更好的脫氮效果，且不需污泥回流。

二、化學(xué)脫氮

氨氮質(zhì)量濃度大于500mg/L 的廢水稱為高濃度氨氮廢水。工業(yè)廢水和城市生活污水中氨氮的含量急劇上升，呈現(xiàn)氨氮污染源多、排放量大，并且排放的濃度增大的特點(diǎn)。

針對(duì)高氨氮廢水的處理技術(shù)主要使用吹脫法、化學(xué)沉淀法等。

1、吹脫法

將空氣通入廢水中，使廢水中溶解性氣體和易揮發(fā)性溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入氣相，使廢水得到處理的過程稱為吹脫，常見的工藝流程見圖1。

吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論。將氨氮廢水pH 調(diào)節(jié)至堿性，此時(shí)，銨離子轉(zhuǎn)化為氨分子，再向水中通入氣體，使其與液體充分接觸，廢水中溶解的氣體和揮發(fā)性氨分子穿過氣液界面，轉(zhuǎn)至氣相，從而達(dá)到去除氨氮的目的。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為空氣吹脫，后者稱為蒸汽吹脫。

蒸汽吹脫法效率較高，氨氮去除率能達(dá)到90%以上，但能耗較大，一般應(yīng)用在煉鋼、化肥、石油化工等行業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是可回收利用氨，經(jīng)過吹脫處理后可回收到氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30%以上的氨水。

空氣吹脫法的效率雖比蒸汽法的低，但能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。在氨氮總量不高的情況下，采用空氣吹脫法比較經(jīng)濟(jì)，同時(shí)可用硫酸作吸收劑吸收吹脫出的氨氮，生成的硫酸銨可制成化肥。

但是在大規(guī)模的氨吹脫-汽提塔生產(chǎn)過程中， 產(chǎn)生水垢是較棘手的問題。通過安裝噴淋水系統(tǒng)可有效解決軟質(zhì)水垢問題，可是對(duì)于硬質(zhì)水垢，噴淋裝置也無法消除。此外，低溫時(shí)氨氮去除率低，吹脫的氣體形成二次污染。因此，吹脫法一般與其他氨氮廢水處理方法聯(lián)合運(yùn)用，用吹脫法對(duì)高濃度氨氮廢水進(jìn)行預(yù)處理。

吹脫工藝條件，見表1。

通過對(duì)比分析表1 可以得出：

（1）吹脫法普遍適宜的pH 在11 附近；

（2）考慮經(jīng)濟(jì)因素，溫度在30~40 ℃附近較為可行，且處理率高；

（3）吹脫時(shí)間為3 h左右；

（4）氣液比在5 000∶1 左右效果較好，且吹脫溫度越高，氣液比越??；

（5）吹脫后廢水的濃度可降低到中低濃度；

（6）脫氮率基本保持90%以上。盡管吹脫法可以將大部分氨氮脫除， 但處理后的廢水中氨氮仍然高達(dá)100 mg/L 以上，無法直接排放，還需要后續(xù)深度處理

2、化學(xué)沉淀法（磷酸銨鎂沉淀法）

化學(xué)沉淀法的原理，是向氨氮污水中投加含Mg2+ 和PO43- 的藥劑， 使污水中的氨氮和磷以鳥糞石（磷酸銨鎂）的形式沉淀出來，同時(shí)回收污水中的氮和磷。

化學(xué)沉淀法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在： 工藝設(shè)計(jì)操作相對(duì)簡(jiǎn)單；反應(yīng)穩(wěn)定，受外界環(huán)境影響小，抗沖擊能力強(qiáng)；脫氮率高，效果明顯，生成的磷酸銨鎂可作為無機(jī)復(fù)合肥使用，解決了氮的回收和二次污染的問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。磷酸銨鎂沉淀法適用于處理氨氮濃度較高的工業(yè)廢水。

 表2 總結(jié)了一些使用化學(xué)沉淀法處理氨氮廢水的案例。

可以看出， 磷酸銨鎂沉淀法處理氨氮廢水的適宜條件是：pH 約為9.0，n（P）∶n（N）∶n（Mg）在1∶1∶1.2 左右，磷酸銨鎂沉淀法的脫氮率能維持在較高水平，普遍能夠達(dá)到90%以上。

低濃度氨氮工業(yè)廢水處理技術(shù)

廢水中氨氮的構(gòu)成主要有兩種，一種是氨水形成的氨氮，一種是無機(jī)氨形成的氨氮，主要是硫酸銨、氯化銨等。氨氮是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素之一， 對(duì)這類污水進(jìn)行回收利用時(shí)還會(huì)對(duì)管道中的金屬產(chǎn)生腐蝕作用， 縮短設(shè)備和管道的壽命，增加維護(hù)成本。

目前工業(yè)上常用于處理低濃度氨氮的技術(shù)主要有吸附法、折點(diǎn)氯化法、生物法、膜技術(shù)等。

1、吸附法

吸附是一種或幾種物質(zhì)（稱為吸附物）的濃度在另一種物質(zhì)（稱為吸附劑）表面上自動(dòng)發(fā)生變化的過程， 其實(shí)質(zhì)是物質(zhì)從液相或氣相到固體表面的一種傳質(zhì)現(xiàn)象。

吸附法是處理低濃度氨氮廢水較有發(fā)展前景的方法之一。吸附法常利用多孔性固體作為吸附劑，根據(jù)吸附原理不同可分為物理吸附、化學(xué)吸附和交換吸附。

處理低濃度氨氮廢水較為理想的是離子交換吸附法，它屬于交換吸附方法的一種，利用吸附劑上的可交換離子與廢水中的NH4+ 發(fā)生交換并吸附NH3 分子以達(dá)到去除水中氨的目的， 這是一個(gè)可逆過程， 離子間的濃度差和吸附劑對(duì)離子的親和力為吸附過程提供動(dòng)力。

具有良好吸附性能且常用的吸附劑有： 沸石、活性炭、煤炭、離子交換樹脂等，根據(jù)其吸附原理的不同，這些吸附材料對(duì)不同吸附物的吸附效果不同。

該法一般只適用于低濃度氨氮廢水， 而對(duì)于高濃度的氨氮廢水， 使用吸附法會(huì)因吸附劑更換頻繁而造成操作困難， 因此需要結(jié)合其他工藝來協(xié)同完成脫氮過程。供吸附法使用的吸附劑很多， 但不同吸附劑對(duì)廢水中氨氮的吸附量卻有很大不同， 表3 對(duì)比了部分吸附劑的吸附效果。

由表3 可以看出，對(duì)于傳統(tǒng)的吸附劑如沸石、交換樹脂等， 其對(duì)氨氮的處理率較高， 一般能達(dá)到90%以上。

2、折點(diǎn)氯化法

折點(diǎn)氯化法是污水處理工程中常用的一種脫氮工藝，其原理是將氯氣通入氨氮廢水中達(dá)到某一臨界點(diǎn)，使氨氮氧化為氮?dú)獾幕瘜W(xué)過程，其反應(yīng)方程式為：NH4++1.5HOCl→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-

折點(diǎn)氯化法的優(yōu)點(diǎn)為：處理效率高且效果穩(wěn)定，去除率可達(dá)100%；該方法不受鹽含量干擾，不受水溫影響，操作方便；有機(jī)物含量越少時(shí)氨氮處理效果越好，不產(chǎn)生沉淀；初期投資少，反應(yīng)迅速；能對(duì)水體起到殺菌消毒的作用。

但是折點(diǎn)氯化法僅適用于低濃度廢水的處理， 因此多用于氨氮廢水的深度處理。該方法的缺點(diǎn)是：液氯消耗量大，費(fèi)用較高，且對(duì)液氯的貯存和使用的安全要求較高， 反應(yīng)副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

三、不同濃度工業(yè)含氨氮廢水的處理方法比較