一、现状概述

在水处理中有关氮素经常提到的几个术语包括：总氮(TN)、凯氏氮(TKN)、有机氮、无机氮、氨氮，他们之间的关系如下：

总氮(TN)=有机氮+无机氮=凯氏氮(TKN)+NOx-N;

无机氮=氨氮(NH3-N,NH4-N)+硝态氮(NO3--N)+亚硝态氮(NO2-N);

凯氏氮(TKN)=有机氮+氨氮(NH3-N,NH4-N)。

污水排放标准中的总氮指标在短短半年内被推上风口浪尖，很多地区及厂区成为环保督察组重点监督的对象，而在2018年，这一趋势还会愈演愈烈，更多的地区将被纳入重点监管范围，在这样紧迫的形势下，对氮的处理技术依然以传统活性污泥法应用最为广泛，无奈的是，传统活性污泥法对氮的脱除效率已经不能满足排放需求，因此众多企业面临着提标改造的新局面。

二、基本原理

在废水脱氮技术中广泛使用生物法进行处理，生物脱氮是依靠水体中微生物的生理代谢作用将不同形态的氮转化为氮气的过程，流程为：

废水中难降解的有机氮通过水解氨化作用，分解为氨氮(NH3--N,NH4-N)，氨氮在亚硝化作用及硝化作用下，转化为硝态氮(NOX-N)，继而在反硝化作用下转化为氮气。

三、技术分析

目前处理总氮的方法中生化法备受青睐，原因包括起源较早、技术成熟、成本较低等，在我国几十年的污水处理中，生化法一直占据着主体地位，但工艺上的不足也随着排放标准的提高逐渐显现而出，尤其对氮磷的去除效果仅依靠供给微生物的自然生理需求以得到一定程度的减少，在污水中氮磷浓度较高时，依靠传统污泥法往往达不到预想的结果。

当然，在活性污泥法的实践应用中也出现了很多变形工艺，包括膜生物反应器、生物滤池技术及生物转盘等，但一方面成本较高，另一方面，技术的不成熟使大多数企业不愿轻易尝试，因此很少有优质的案例作为模范，也很少有企业愿意共同尝试寻求技术的实践改进，使这些技术很难取得突破性进展。

四、实际应用

在实际生产中，根据不同水质需求应对生化脱氮的不同环节进行强化，例如农药生产厂区产生的废水通常含有大量有机氮，因此需规模较大的水解工艺，将难降解的有机氮转化为容易被转化的小分子有机氮，从而转化为氨氮。

再如，部分电镀厂需大量氨水作为缓冲剂，因此废水中含有大量氨氮，在这样的情况下，如不对氨氮进行单独处理，会造成生化出水氨氮仍然超标，目前较好的方法有吹脱法和折点加氯法;也有部分行业废水中硝酸盐较多，而对硝态氮的去除方法中只有生化法较为成熟，但存在的制约性为现有生化技术的脱氮效率较低，当面对高浓度硝态氮是需增建较大规模的厌氧池，基建成本较高且占地面积较大，使整体投资成本大大升高，并较难实现。

五、实现生化占地大幅缩减的总氮处理方法

如上图所示，生物法的最大的弊端是占地面积较大，根本原因是生物法的处理效率低，以对氮的去除效果而言，一方面脱氮能力仅为0.1kgN/m3，另一方面，实现这一脱氮效率的停留时间少则12h，多则30d。两者综合之下，污水以贮存方式长时间停留在污水站，造成废水堆积，使池体容积在设计时不仅要容纳实际生产水量，还要设计足够盈余，以便应对紧急状况。因此，缩减生化池容积的改进方向归根结底是提高脱氮负荷。(脱氮负荷是指单位时间、单位体积内，微生物能够消耗的氮素质量，单位是kgN/m3·d)

生化法提高脱氮负荷可以从以下几方面入手：

1.菌种选择与驯化：常规反硝化菌活性弱，耐受力差，容易在工业废水的冲击下死亡，对微生物进行长期驯化，物竞天择可使菌群提高耐受力，延长生理周期，活性的增强可提升微生物的代谢与繁殖能力，使微生物的可承受脱氮量随之升高。

2.反应器结构：在传统生化中，反硝化环节完成后产生的氮气不溶于水，而堆积的污泥制约着氮气的排出，氮气的滞留又会占据微生物富集的空间，影响微生物的富集，如此恶性循环，使反应死区越来越多，污泥的可利用里越来越低。改进反应器结构，提高氮气排放速率，可使反应器效率更高。

3.微生物富集模式：传统活性污泥法中菌体吸附在污泥之上，随污泥悬浮在水体之中，当污水进入池体时，悬浮污泥易被打散随水流排出池体，一方面影响出水水质，另一方面减少了污泥有效利用率，目前的改善方式包括生物接触氧化、生物移动床及生物固定床等。

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知识点：污水总氮的去除方法、污水处理