污水处理与回用技术——废水脱氮技术
前言
污水中过多的氮磷营养物进入水体使水体环境的污染和水质富营养化日趋严重。造成水体藻类和其它微生物的异常繁殖使水体衰老。近年来在我国渤海南海、东海、黄海等近海水域均发生了不同程度赤潮，对农业渔业造成了严重的损失。我国大部分湖泊、水库等重要的城市供水水源的水体富营养化问题日趋严重给净水厂带来了一系列问题、直接影响城市居民的生活。
水体环境的污染和水质富营养化日益严重越来越多的国家和地区制定严格的污水有机物氮、磷排放标准。这就要求污水处理工艺必须有除磷脱氮功能通常我们称为深度二级性物)处理阶段。污水含氮物质包括无机氮和有机氮两部分，无机氮包括氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐。在城市生活污水中亚硝酸盐和硝酸盐氮含量很低、不超过含氮总量的1 % 。所以有机氮和氨氮是城市污水中氮存在的主要形态。新鲜的生活污水中氮的含量中有6 0 % 是有机氮、4 0 % 的无机氮(氨氮) 、污水中有机氮和氨氮的总量称为总凯氏氮(T KN )。
一、物理化学法脱氮
采用物理化学工艺去除城市污水中氮的常用方法主要有：吹脱法、电渗析法和反渗透法、过滤法、折点氯化法和化学混凝法，以上物理化学法只能够去除城市污水中的氨氮。
1.1 物理法
(1)吹脱法：污水中的氨氮是以氨离子(NH4+)和游离氨(NH3)两种形式保持平衡状态而存在：
NH3+H2O==NH4++OH-
将pH值保持在11.5左右(投加一定量的碱)，让污水流过吹脱塔，使NH3逸出，以达脱氮目的。首先投加石灰调pH值至11.5以促使NH4+-N向NH3-N转化，然后在除氮塔内，空气自下向上吹入塔内，水自上而下喷淋，析出的NH3进入空气中，其去除率可达85%，水得以净化后再回流至格栅前，而除氮塔出来的空气再进入硫酸淋洗塔生成(NH4)2SO4，可作肥料或工业原料，该法虽然操作简便易控，除氨效果稳定，但存在下列问题：pH值过高易生成水垢；游离氨逸散造成二次污染等。
(2)电渗析法和反渗透法：这两种方法脱氮效果都好，但对水质要求高，处理成本高，一般极少使用。
(3)过滤法：脱氮效果不理想，一般可作脱氮预处理。
1.2 化学法
(1)折点加氯法：利用游离氯与污水中的氨作用，生成氮气而去除污水中的氮。
2NH4+3HClO==N2+3Cl-+3H2O+5H+
在pH值为中性，进行不连续点氯化处理时，进水中的NH4+-N可以在5分钟内去除90%以上，不过出水残留有氯，须附设除余氯的工艺设施，一般可设活性炭过滤设备，其滤层高2~6m，停留时间为半小时较宜。
(2)化学混凝法：脱氮效果不够理想，产生的污泥量较大，一般不单独采用该法脱氮。
物理化学工艺与生物处理工艺相比基建投资昂贵，运行维护复杂并且会带来环境的二次污染如在吹脱工艺中会向大气中排放氨氮、造成大气污染。因此对于城市污水生物脱氮更可行、物理工艺仅作为一些污水处理厂的备用应急措施
二、生物脱氮
2.1生物脱氮的基本原理
生物脱氮即在微生物的作用下，将有机氮及氨氮转化为氮气的过程。主要包括硝化及反硝化两个阶段。
2.1.1硝化作用
硝化作用是指NH3氧化成NO2-，然后用氧化成NO3-的过程。硝化细菌虽然几乎存在于所有的污水生物处理系统中，但是一般情况下，其含量很少。除温度、酸碱度等对硝化细菌的生长有影响外，另有两个主要原因：(1)硝化细菌的比增长速度比生物处理中(如活性污泥)的异养型细菌的比增长速度要小一个数量级。对于活性污泥系统来说，如果泥龄较短，排放剩余污泥量大，将使硝化细菌来不及大量繁殖。欲得到较好的硝化结果，就需有较长的泥龄。(2)BOD5与总氮(TKN)的比例也影响活性污泥中硝化细菌所占的比例。所以，在微生物脱氮系统中硝化作用的稳定和硝化速度的提高是影响整个系统脱氮效率的一个关键。
2.1.2反硝化作用
反硝化包括异化反硝化和同化反硝化，在生物脱氮技术中以异化反硝化为主。反硝化菌在DO浓度很低的环境中，一般情况下DO值在低于0.5mg/L时，反硝化才能正常运行。利用硝酸盐中的氧(NO X--O)作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体而得到降解。
2.2传统生物脱氮技术
传统生物脱氮技术遵循已发现的自然界氮循环机理，废水中的有机氮依次在氨化菌、亚硝化菌、硝化菌和反硝化菌的作用下进行氨化反应、亚硝化反应、硝化反应和反硝化反应后最终转变为氮气而溢出水体，达到了脱氮目的。传统生物脱氮技术是目前应用最广的废水脱氮技术。硝化工艺虽然能把氨氮转化为硝酸盐，消除氨氮的污染，但不能彻底消除氮污染。而反硝化工艺虽然能根除氮素的污染，但不能直接去除氨氮。因此，传统生物脱氮工艺通常由硝化工艺和反硝化工艺组成。由于参与的菌群不同和工艺运行参数不同，硝化和反硝化两个过程需要在两个隔离的反应器中进行，或者在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行传统生物脱氮途径就是人为创造出硝化菌、反硝化菌的生长环境，使硝化菌和反硝化菌成为反应池中的优势菌种。由于对环境条件的要求不同，硝化反硝化这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。常见的工艺有三级生物脱氮工艺、二级生物脱氮工艺和合建式缺氧-好氧活性污泥法脱氮系统等。
传统生物脱氮工艺存在不少问题：(1)工艺流程较长，占地面积大，基建投资高。
(2)由于硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高的生物浓度，特别是在低温冬季，造成系统的HRT较长，需要较大的曝气池，增加了投资和运行费用。(3)系统为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果，必须同时进行污泥和硝化液回流，增加了动力消耗和运行费用。(4)系统抗冲击能力较弱，高浓度NH3-和NO2-废水会抑制硝化菌生长。(5)硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和，不仅增加了处理费用，而且还有可能造成二次污染。因此，人们积极探讨开发高效低耗的新型生物脱氮新工艺。
2.3新型生物脱氮技术
随着科学的发展，近年来发现了好氧反硝化菌和异养硝化菌，硝化反应不仅由自养菌完成，某些异养菌也可以进行硝化作用，反硝化不只在厌氧条件下进行，某
