來源：環保水圈

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，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

 自然界中的單循環是指N元素的不同物質在環境中相互轉化并達到一個穩定狀態的過程。構成氮循環的主要的一些反應有：生物體內有機氮的合成、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氮、無機氮，其中有機氮主要是一些含氮有機物（如蛋白質、氨基酸、核酸、尿素、苯胺等含氮有機物）；無機氮主要是氨氮、硝態氮、亞硝態氮。

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

廢水中最常見的說法主要有有機氮、氨氮、硝態氮、總氮。所有的氮加起來即為總氮。

廢水中氮的轉化過程

廢水中的氮要么直接被去除，要么被轉化。需要降解廢水中的總氮則需要被去除，或者氮最終被轉化為污泥和氮氣。

3.1 有機氮的轉化

1）物化轉化有機氮，包括吸附、蒸發、高級氧化

①吸附工藝（可降低總氮）。是把有機氮化合物吸附去除，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，運行成本也比較高；

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

③高級氧化工藝（不可降低總氮）。是通過氧化性極強的物質將有機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，但運行成本和安全風險較高；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，導致有機氮的轉化效果不穩定。并且高級氧化工藝對于高濃度有機氮廢水處理的運行成本也比較高。

2）生化轉化有機氮

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

3.2 氨氮的轉化

1）物化轉化（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降低）。并且鳥糞石可以作為一種N和P的肥料，這個工藝要把pH值調到9.0，整個運行費用較高。

②吹脫工藝。吹脫法主要是利用氨氮在堿性條件下可以轉化為氨氣，之后氨氣在曝氣過程中會溢出廢水中，從而降低廢水中氨氮的濃度（同步廢水中的總氮也會降低）。為了防止產生廢氣污染，吹脫的氨氣需要采用水、酸進行吸收，從而收集氨水或硫酸銨作為副產物。目前有很成熟的吹脫設備，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物。吹脫工藝的運行成本根據廢水不一樣，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。并且運行成本偏高。

④蒸發工藝。蒸發法利用低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，因此蒸發過程中此類無機鹽會滯留在蒸發器底部的固體中，從而降低蒸發冷凝水中的氨氮濃度。蒸發工藝適用于廢水鹽分高的廢水，可以同步脫除鹽分、有機氮、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原理，施加較大的壓力使滲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，從而達到降低廢水中氨氮的目的。

⑥折點加氯法除氨氮。是通過在廢水中投加次氯酸鈉，次氯酸鈉和氨氮依次生產一氯胺、二氯胺、三氯氨和氮氣，從而達到降解氨氮的作用（當生產三氯氨和氮氣時，廢水中的總氮也會降低）。去除1mg氨氮需要26mg的30%次氯酸鈉，會增加6.3mg氯化鈉鹽，消耗3.6mg堿度。“折點加氯法”具體過程如下圖所示：

2）生化轉化氨氮

氨氮的生化轉化有硝化反應和厭氧氨氧化反應。

①硝化反應（不可降低總氮）。是指在好氧條件下，硝化細菌利用無機碳源將氨氮轉化為亞硝態氮和硝態氮的過程，反應過程產酸，會導致pH值下降。整個過程氨氮會降低，硝態氮濃度會升高，總氮濃度一般維持不變。

②厭氧氨氧化反應（可降低總氮）。是指在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌利用亞硝態氮和氨氮生產氮氣的過程，整個過程會導致氨氮降低，同時也會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質上就是菌種，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，導致廢水中的氨氮和總氮濃度可以降低。

3.3 亞/硝態氮的轉化

1）物化轉化（可降低總氮）

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

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

2）生化轉化（可降低總氮）

是指反硝化反應，在反硝化過程中，硝態氮轉化為氮氣，過程中總氮降低，并產堿，導致pH值升高，當硝態氮濃度偏高時（如＞50mg/L時）需要關注反應體系中的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，因此有機氮需要被直接去除或者被轉化為氨氮去除，隨后  氨氮則通過蒸發、吹脫或者硝化反應進行降解，硝化反應產生的硝態氮和亞硝態氮則需要進一步通過反硝化反應轉化為氮氣，最終實現總氮的脫除。折點加氯法、沉淀法、吸附法適用于低濃度氨氮處理，否則運行成本極高。

4.1 含有機氮的氨氮廢水

有機氮廢水一般為化工廢水，這類廢水中的有機氮毒性較大，是處理的難點。含有機氮廢水需要處理，一般要經過預處理把有機氮化合物先進行降解或去除，降解廢水的毒性，再進一步處理到達標排放。去除工藝選擇如下：

4.2 無有機氮的氨氮廢水

廢水中無有機氮，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、化學沉淀工藝、折點加氯工藝、蒸發工藝和膜過濾工藝等。       具體如下圖所示：

4.3 無有機氮的硝態氮廢水

廢水中的氮為硝態氮時，則可以直接采用生化法的反硝化工藝 進行降解，工藝過程中投加有機碳源進行反硝化反應即可以做到脫氮達標。

  廢水脫氮工藝實例介紹

目前的脫氮工藝介紹如下：

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

②某醫藥化工生產企業：廢水中有高鹽廢水，氨氮為30000mg/L，通過蒸發后，氨氮降低至2000mg/L；其他廢水跟蒸發后廢水混合處理，采用“生物預處理+常規AAO工藝”，可以保證末端排放達到納管標準。

③某養殖場：廢水氨氮濃度為2000mg/L，采用高密度硝化工藝預處理，之后再采用兩級AO脫氮工藝，末端可以達到相應排放標準。

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，末端可以穩定達到一級A排放標準。

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