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來源：環(huán)保水圈

廢水處理主要是為了降解COD、氨氮、總氮和總磷，其中氨氮和總氮的去除是廢水處理中比較難把控的指標(biāo)，那廢水中的氮（氨氮和總氮）是怎么去除的呢？

 自然界中氮的循環(huán)

 自然界中的單循環(huán)是指N元素的不同物質(zhì)在環(huán)境中相互轉(zhuǎn)化并達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的過程。構(gòu)成氮循環(huán)的主要的一些反應(yīng)有：生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用等。

廢水中氮的存在形式

廢水中的氮存在形式分為有機(jī)氮、無機(jī)氮，其中有機(jī)氮主要是一些含氮有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、尿素、苯胺等含氮有機(jī)物）；無機(jī)氮主要是氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮。

另外，還有一個(gè)概念為凱氏氮（是指用凱氏定氮法測(cè)得的氮，也是指能轉(zhuǎn)化為氨氮的氮【含氨氮本身】），主要包括了氨氮和有機(jī)氮（不含疊氮化合物、偶氮、腈、硝基、亞硝基等化合物），一般情況下，有機(jī)氮=凱氏氮-氨氮。

廢水中最常見的說法主要有有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮、總氮。所有的氮加起來即為總氮。

廢水中氮的轉(zhuǎn)化過程

廢水中的氮要么直接被去除，要么被轉(zhuǎn)化。需要降解廢水中的總氮?jiǎng)t需要被去除，或者氮最終被轉(zhuǎn)化為污泥和氮?dú)狻?/p>

3.1 有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化

1）物化轉(zhuǎn)化有機(jī)氮，包括吸附、蒸發(fā)、高級(jí)氧化

①吸附工藝（可降低總氮）。是把有機(jī)氮化合物吸附去除，主要有吸附劑吸附和離子交換樹脂，這類工藝涉及到吸附劑的再生以及再生液的處置問題，運(yùn)行成本也比較高；

②蒸發(fā)工藝（可降低總氮）。是通過蒸發(fā)設(shè)備把水蒸餾出來，把一些高沸點(diǎn)的有機(jī)氮化合物留在釜底從而去除有機(jī)氮，蒸發(fā)工藝適用于廢水鹽分高且沸點(diǎn)高的有機(jī)氮化合物去除，可以做到同步脫除鹽分和有機(jī)氮的目的，但蒸發(fā)設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用偏高（一般≥200元/噸）。

③高級(jí)氧化工藝（不可降低總氮）。是通過氧化性極強(qiáng)的物質(zhì)將有機(jī)氮化合物氧化分解為小分子，從而降解為氨氮的過程。這類工藝主要有Fenton、類Fenton、臭氧氧化、濕式氧化等，其中濕式氧化是高溫高壓氧化工藝效果較好，但運(yùn)行成本和安全風(fēng)險(xiǎn)較高；Fenton、類Fenton、臭氧氧化工藝則通過自由基或臭氧氧化，這類氧化過程為非特異性氧化，導(dǎo)致有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化效果不穩(wěn)定。并且高級(jí)氧化工藝對(duì)于高濃度有機(jī)氮廢水處理的運(yùn)行成本也比較高。

2）生化轉(zhuǎn)化有機(jī)氮

生化工藝轉(zhuǎn)化有機(jī)氮一般成為生化法水解有機(jī)氮（可通過同化作用降低少量總氮），主要是通過微生物活動(dòng)將有機(jī)氮化合物分解為氨氮的過程。這個(gè)過程可以發(fā)生在厭氧、缺氧、好氧條件，各類微生物都可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，整個(gè)過程只有少量總氮會(huì)通過同化作用降低，總氮基本上不變。

3.2 氨氮的轉(zhuǎn)化

1）物化轉(zhuǎn)化（可降低總氮）

①沉淀法除氨氮。沉淀法是指鳥糞石法，鳥糞石是指磷酸銨鎂沉淀，因此可以在含氨氮和含磷酸根的廢水中投加鎂離子，從而產(chǎn)生鳥糞石，同步去除廢水中的N和P。氨氮通過鳥糞石沉淀固定在固體中，而去除廢水中的氨氮（同步廢水中的總氮也會(huì)降低）。并且鳥糞石可以作為一種N和P的肥料，這個(gè)工藝要把pH值調(diào)到9.0，整個(gè)運(yùn)行費(fèi)用較高。

②吹脫工藝。吹脫法主要是利用氨氮在堿性條件下可以轉(zhuǎn)化為氨氣，之后氨氣在曝氣過程中會(huì)溢出廢水中，從而降低廢水中氨氮的濃度（同步廢水中的總氮也會(huì)降低）。為了防止產(chǎn)生廢氣污染，吹脫的氨氣需要采用水、酸進(jìn)行吸收，從而收集氨水或硫酸銨作為副產(chǎn)物。目前有很成熟的吹脫設(shè)備，可以把1萬mg/L氨氮吹脫到100mg/L以下，并且可以回收15%以上的氨水作為副產(chǎn)物。吹脫工藝的運(yùn)行成本根據(jù)廢水不一樣，大約70~100元/噸。

③吸附工藝。氨氮的去除中，一般為離子交換樹脂和沸石吸附工藝，涉及到吸附劑再生及再生液處置問題。并且運(yùn)行成本偏高。

④蒸發(fā)工藝。蒸發(fā)法利用低pH值情況下廢水中的氨氮均以氯化銨或硫酸銨等銨鹽存在，因此蒸發(fā)過程中此類無機(jī)鹽會(huì)滯留在蒸發(fā)器底部的固體中，從而降低蒸發(fā)冷凝水中的氨氮濃度。蒸發(fā)工藝適用于廢水鹽分高的廢水，可以同步脫除鹽分、有機(jī)氮、氨氮、總磷等污染物。

⑤膜過濾工藝。例如DTRO膜工藝用于處理垃圾滲濾液，是利用反滲透的技術(shù)原理，施加較大的壓力使?jié)B濾液中的水分子透過反滲透膜，而截留氨氮等1nm以上的分子和顆粒等污染物，從而達(dá)到降低廢水中氨氮的目的。

⑥折點(diǎn)加氯法除氨氮。是通過在廢水中投加次氯酸鈉，次氯酸鈉和氨氮依次生產(chǎn)一氯胺、二氯胺、三氯氨和氮?dú)?，從而達(dá)到降解氨氮的作用（當(dāng)生產(chǎn)三氯氨和氮?dú)鈺r(shí)，廢水中的總氮也會(huì)降低）。去除1mg氨氮需要26mg的30%次氯酸鈉，會(huì)增加6.3mg氯化鈉鹽，消耗3.6mg堿度?！罢埸c(diǎn)加氯法”具體過程如下圖所示：

2）生化轉(zhuǎn)化氨氮

氨氮的生化轉(zhuǎn)化有硝化反應(yīng)和厭氧氨氧化反應(yīng)。

①硝化反應(yīng)（不可降低總氮）。是指在好氧條件下，硝化細(xì)菌利用無機(jī)碳源將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的過程，反應(yīng)過程產(chǎn)酸，會(huì)導(dǎo)致pH值下降。整個(gè)過程氨氮會(huì)降低，硝態(tài)氮濃度會(huì)升高，總氮濃度一般維持不變。

②厭氧氨氧化反應(yīng)（可降低總氮）。是指在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌利用亞硝態(tài)氮和氨氮生產(chǎn)氮?dú)獾倪^程，整個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致氨氮降低，同時(shí)也會(huì)降低廢水中的總氮濃度。

③污泥增殖過程降解氨氮（可降低總氮）。廢水處理中的污泥實(shí)質(zhì)上就是菌種，其組成部分是C、H、N、P等元素。因此污泥在增殖過程也需要消耗廢水中的N元素，導(dǎo)致廢水中的氨氮和總氮濃度可以降低。

3.3 亞/硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化

1）物化轉(zhuǎn)化（可降低總氮）

①蒸發(fā)工藝。廢水中的亞/硝酸態(tài)氮一般以無機(jī)鹽的形式存在廢水中，并且其不容易揮發(fā)，因此可以通過蒸發(fā)的形式把亞/硝態(tài)氮去除。

②吸附工藝。亞/硝酸態(tài)氮是一類陰離子，可以采用活性炭（低濃度適用）、離子交換樹脂進(jìn)行吸附去除，但在實(shí)際應(yīng)用中不常見。

2）生化轉(zhuǎn)化（可降低總氮）

是指反硝化反應(yīng)，在反硝化過程中，硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，過程中總氮降低，并產(chǎn)堿，導(dǎo)致pH值升高，當(dāng)硝態(tài)氮濃度偏高時(shí)（如＞50mg/L時(shí)）需要關(guān)注反應(yīng)體系中的pH值，防止pH值過高。

廢水脫氮工藝選擇

廢水的脫氮工藝目的是降解廢水中的總氮，因此有機(jī)氮需要被直接去除或者被轉(zhuǎn)化為氨氮去除，隨后  氨氮?jiǎng)t通過蒸發(fā)、吹脫或者硝化反應(yīng)進(jìn)行降解，硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮?jiǎng)t需要進(jìn)一步通過反硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓罱K實(shí)現(xiàn)總氮的脫除。折點(diǎn)加氯法、沉淀法、吸附法適用于低濃度氨氮處理，否則運(yùn)行成本極高。

4.1 含有機(jī)氮的氨氮廢水

有機(jī)氮廢水一般為化工廢水，這類廢水中的有機(jī)氮毒性較大，是處理的難點(diǎn)。含有機(jī)氮廢水需要處理，一般要經(jīng)過預(yù)處理把有機(jī)氮化合物先進(jìn)行降解或去除，降解廢水的毒性，再進(jìn)一步處理到達(dá)標(biāo)排放。去除工藝選擇如下：

4.2 無有機(jī)氮的氨氮廢水

廢水中無有機(jī)氮，說明廢水毒性不大，因此可以采用高密度硝化工藝、吹脫工藝、吸附工藝、化學(xué)沉淀工藝、折點(diǎn)加氯工藝、蒸發(fā)工藝和膜過濾工藝等。       具體如下圖所示：

4.3 無有機(jī)氮的硝態(tài)氮廢水

廢水中的氮為硝態(tài)氮時(shí)，則可以直接采用生化法的反硝化工藝 進(jìn)行降解，工藝過程中投加有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)即可以做到脫氮達(dá)標(biāo)。

  廢水脫氮工藝實(shí)例介紹

目前的脫氮工藝介紹如下：

①某獸藥化工生產(chǎn)企業(yè)：廢水中含有機(jī)氮和氨氮，總氮濃度1000~2000mg/L，其中有機(jī)氮500~1000mg/L，該廢水含鹽量低，其采用的工藝為“生物預(yù)處理+兩級(jí)AO工藝”，其中生物預(yù)處理工藝運(yùn)行成本為15元/噸，AAO工藝運(yùn)行費(fèi)用約為20~35元/噸。

②某醫(yī)藥化工生產(chǎn)企業(yè)：廢水中有高鹽廢水，氨氮為30000mg/L，通過蒸發(fā)后，氨氮降低至2000mg/L；其他廢水跟蒸發(fā)后廢水混合處理，采用“生物預(yù)處理+常規(guī)AAO工藝”，可以保證末端排放達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)。

③某養(yǎng)殖場(chǎng)：廢水氨氮濃度為2000mg/L，采用高密度硝化工藝預(yù)處理，之后再采用兩級(jí)AO脫氮工藝，末端可以達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。

④生活污水處理廠：氨氮濃度40mg/L，總氮濃度50mg/L，直接采用AAO工藝，末端可以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

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