總氮丶氨氮丶硝酸鹽氮丶亞硝酸鹽氮丶凱式氮總是傻傻分不清楚？看完這篇文章你就是除氮專家!

1.氮在水中存在的形式是什么?影響因素有哪些?

自然界氮素蘊(yùn)藏量豐富，以三種形態(tài)存在:分子氮N2,占大氣的78%; 有機(jī)氮化合物;無機(jī)氮化合物。其中水體中的氮主要包括有機(jī)氮和無機(jī)氮兩大類，其總量稱為總氮(英文縮寫為TN)。

有機(jī)氮是指以有機(jī)化合物形式存在的氮，如蛋白質(zhì)、氨基酸、肽、尿素、有機(jī)胺、硝基化合物、重氮化合物等。農(nóng)業(yè)廢棄物和城市生活污水中存在的有機(jī)氮主要是蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物一多肽和氨基酸。但某些工業(yè)廢水中可能有其他含氮有機(jī)化合物。無機(jī)氮指氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等，它們一部分是有機(jī)氮經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化作用而產(chǎn)生的，一部分直接來自施用化肥的農(nóng)田退水和工業(yè)排水。

氮在水體中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化。隨著時(shí)日的延長(zhǎng)，有機(jī)氮很不穩(wěn)定，容易在微生物的作用下，分解成無機(jī)氮(在無氧的條件下，分解為氨氮;在有氧的條件下，先分解為氨氮，再分解為亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮)，并不斷減少。

氨氮在污水中存在形式有游離氨(NH3)與離子狀態(tài)銨鹽(NH4+)兩種，其中游離氨的濃度除主要取決于氨氮的濃度外，還隨水中的pH值和溫度的增加而增大。此外，離子強(qiáng)度對(duì)游離氨的濃度也會(huì)有影響。

水中硝酸鹽是含氮有機(jī)物經(jīng)無機(jī)化作用最終階段的分解產(chǎn)物。硝酸鹽在缺氧、酸性的條件下可以還原成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽氮是氮循環(huán)的中間產(chǎn)物，不穩(wěn)定。根據(jù)水環(huán)境條件，可被氧化成硝酸鹽氮，也可以被還原成氮。

2.什么是凱氏氮?

凱氏氮是有機(jī)氮與氨氮之和，凱氏氮指標(biāo)可以用來判斷污水在進(jìn)行生物法處理時(shí)氮營(yíng)養(yǎng)是否充足的依據(jù)。生活污水中凱氏氮含量約40mg/L (其中有機(jī)氮約15mg/L,氨氮約25mg/L),總氮與凱氏氮之差值約等于亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮之和;凱氏氮與氨氮的差值約等于有機(jī)氮。

3.氮的危害是什么?

生活污水和化肥、食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)田排水都含有大量的氮。天然水體接納這些廢水后，會(huì)發(fā)生水體富營(yíng)養(yǎng)化。水體富營(yíng)養(yǎng)化是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會(huì)從貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，不過這種自然過程非常緩慢。而人為排放含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化則可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)，浮游藻類大量繁殖，形成水華。因占優(yōu)勢(shì)的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。

水中硝酸鹽是含氮有機(jī)物經(jīng)無機(jī)化作用最終階段的分解產(chǎn)物。人體攝入硝酸鹽后，經(jīng)腸道中微生物的作用轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽而出現(xiàn)毒性作用。亞硝酸鹽可使人體正常的血紅蛋白氧化為高鐵血紅蛋白，發(fā)生高鐵血紅蛋白癥，失去其輸氧的能力，導(dǎo)致組織缺氧。

污水進(jìn)行生物處理時(shí)，氨氮不僅為微生物提供營(yíng)養(yǎng)，而且對(duì)污水的pH值起緩沖作用。但氨氦過高時(shí)，特別是游離氨濃度較高時(shí)，對(duì)微生物的生活活動(dòng)產(chǎn)生抑制作用。

4.氮的來源是什么?氨的存在形式是什么?

污水中的氮一方面來自于化肥和農(nóng)業(yè)廢棄物。另一方面來自城市生活污水和某些工業(yè)廢水。城市生活污水中含有豐富的氮，其中糞便是生活污水中氮的主要來源。氨氮的來源主要有制革廢水、酸洗廢水等工業(yè)廢水。某些生化處理設(shè)施的出水和農(nóng)田排水中可能含有大量的硝酸鹽氮。

5.氮是如何轉(zhuǎn)化的?

含氮化合物在水體中的轉(zhuǎn)化可分為三個(gè)階段:第一階段為含氮有機(jī)物在水體中逐漸被微生物分解成較簡(jiǎn)單的化合物，最后生成無機(jī)氨氮，稱為氨化過程;第二階段是氨氮在有氧的條件下，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽與硝酸鹽，稱為硝化過程;第三階段是亞硝酸鹽與硝酸鹽在低氧或無氧條件下，被反硝化菌還原轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓Q為反硝化過程。氨化可以在有氧或無氧條件下進(jìn)行，硝化則只可以在有氧條件下進(jìn)行。如果水體缺氧，則硝化反應(yīng)不能進(jìn)行。

6.硝化的概念是什么?

傳統(tǒng)生物脫氮理論認(rèn)為氨氮是借助兩類不同的細(xì)菌(硝化菌和反硝化菌)將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)舛コＪ紫仍诤醚鯒l件下，亞硝酸細(xì)菌以氧作為電子受體，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，之后硝酸細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，這個(gè)反應(yīng)過程稱為硝化反應(yīng)。

7.反硝化的概念是什么?

硝化反應(yīng)完成后，反硝化細(xì)菌利用各種有機(jī)基質(zhì)作為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，進(jìn)行缺氧呼吸，將硝酸鹽或亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓@個(gè)過程稱為反硝化。

8  常用的生物脫氮工藝有哪些?

（1）傳統(tǒng)脫氮工藝

由巴茨(Barth) 開創(chuàng)的傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝為三級(jí)活性污泥法流程，它是以氨化、硝化和反硝化、生化反應(yīng)過程為基礎(chǔ)建立的。

傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝（三級(jí)活性污泥法）

該工藝流程將去除BOD5與氨化、硝化和反確化分別在三個(gè)反應(yīng)池中進(jìn)行，并各自有其獨(dú)立的污泥回流系統(tǒng)。第一級(jí)曝氣池為一般的二級(jí)處理曝氣池，其主要功能是去除BOD、COD,將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3-N,即完成有機(jī)碳的氧化和有機(jī)氮的氨化功能。第一級(jí)曝氣池的混合液經(jīng)過沉淀后，出水進(jìn)入第二級(jí)曝氣池，稱為硝化曝氣池，進(jìn)人該池的污水，其BOD5值已降至15～20mg/L的較低水平，在硝化曝氣池內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)，使NH3-N氧化為NO3--N,同時(shí)有機(jī)物得到進(jìn)一步分解，污水中BOD5進(jìn)一步降低。硝化反應(yīng)要消耗堿度，所以需投加堿，以防pH值下降。硝化曝氣池的混合液進(jìn)入沉淀池，沉淀后出水進(jìn)入第三級(jí)活性污泥系統(tǒng)，稱為反硝化反應(yīng)池，在缺氧條件下，NO3--N還原為氣態(tài)N2，排入大氣。因?yàn)檫M(jìn)入該級(jí)的污水中的BOD5值很低，為了使反硝化反應(yīng)正常進(jìn)行，所以需要投加甲醇作為外加碳源，但為了節(jié)省運(yùn)行成本，也可引人原污水充作碳源。

在這一系統(tǒng)的后面，為了去除由于投加甲醇而帶來的BOD值，可設(shè)后曝氣池，經(jīng)處理后排放水體。

這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)物降解菌、硝化菌、反硝化菌分別在各自反應(yīng)器內(nèi)生長(zhǎng)增殖，環(huán)境條件適宜，并具有各自的污泥回流系統(tǒng)，去除BOD和硝化反應(yīng)都快，而且比較徹底。但也存在處理設(shè)備多、造價(jià)高、處理成本高、管理不夠方便等缺點(diǎn)。

為了減少處理設(shè)備，可以將三級(jí)活性污泥法脫氮工藝中的去除BOD為目的的第一級(jí)曝氣池和第二級(jí)硝化曝氣池相合并，將BOD去除和硝化兩個(gè)反應(yīng)過程放在統(tǒng)一的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，于是就產(chǎn)生了兩級(jí)生物脫氮系統(tǒng)。

兩級(jí)生物脫氮系統(tǒng)工藝

該兩級(jí)生物脫氮傳統(tǒng)工藝盡管經(jīng)過改進(jìn)，但仍存在處理設(shè)備較多、管理不太方便、造價(jià)較高和處理成本高等缺點(diǎn)。因此上述生物脫氧傳統(tǒng)工藝目前已應(yīng)用得很少。

2. A/O工藝

為了克服傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程的缺點(diǎn)，根據(jù)生物脫氮的原理，在20世紀(jì)80年代初開創(chuàng)了缺氧/好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)(A/O)， 如圖1所示。

生物脫氮工藝將反硝化反應(yīng)器放置在系統(tǒng)之前，所以又稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流混合液中的大量硝態(tài)氮還原成N2，而達(dá)到脫氮目的。然后再在后續(xù)的好氧池中進(jìn)行有機(jī)物的生物氧化、有機(jī)氮的氨化和氨氮的硝化等生化反應(yīng)。

A/O工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：

1) 流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物少，只有一個(gè)污泥回流系統(tǒng)和混合液回流系統(tǒng)，基建費(fèi)用可大大節(jié)省。

2)反硝化池不需外加碳源，降低了運(yùn)行費(fèi)用。

3) A/0工藝的好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機(jī)污染物得到進(jìn)一步去除，提高出水水質(zhì)。

4)缺氧池在前，污水中的有機(jī)碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機(jī)負(fù)荷。同時(shí)缺氧池中進(jìn)行的反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度可以補(bǔ)償好氧池中進(jìn)行硝化反應(yīng)對(duì)堿度的需求的一半左右。

A/0工藝的主要缺點(diǎn)是脫氮效率不高，一般為70%～80%。此外，如果沉淀池運(yùn)行不當(dāng)，則會(huì)在沉淀池內(nèi)發(fā)生反硝化反應(yīng)，造成污泥上浮，使處理水水質(zhì)惡化。盡管如此，A/O工藝仍以它的突出特點(diǎn)而受到重視，該工藝是目前采用比較廣泛的脫氮工藝。該工藝可以將缺氧池與好氧池建成合建式曝氣池，中間隔以擋板，前段為缺氧反硝化，后段為好氧硝化。該形式特別便于對(duì)現(xiàn)有推流式曝氣池進(jìn)行改造。

9.短程硝化反硝化的概念和原理是什么?

短程硝化反硝化就是將硝化過程控制在NO2-階段，阻止進(jìn)一步氧化為NO3-，直接以作為電子最終受氫體進(jìn)行反硝化。

與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，短程硝化反硝化生物脫氮工藝可節(jié)約供氧量25%左右，節(jié)約反硝化所需碳源40%左右，減少污泥生成量，減少硝化過程的投堿量，縮短反應(yīng)時(shí)間，相應(yīng)減少了反應(yīng)器容積30%~40%。

10.同步硝化反硝化的概念和原理是什么?

傳統(tǒng)的脫氮理論認(rèn)為脫氮需要經(jīng)過硝化和反硝化兩個(gè)不同的過程。反硝化是異氧兼性厭氧菌，只有在無分子氧而同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原。但是近幾年的研究表明，硝化和反硝化可在同一反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生，許多實(shí)際運(yùn)行中的好氧硝化池中也常常發(fā)現(xiàn)有總氮損失，這一現(xiàn)象被稱為同步硝化反硝化(SND)。同步硝化反硝化具有減少碳源、節(jié)省曝氣量等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前同步硝化反硝化在工程中應(yīng)用很少，基本處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

11.厭氧氨氧化的概念和原理是什么?

厭氧氨氧化(Anammox)作用即在厭氧條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮氧化為氮?dú)獾纳锓磻?yīng)過程。厭氧氨氧化反應(yīng)是一種化能自養(yǎng)的古菌(Anammox)的反應(yīng)。該古菌為自養(yǎng)型，只需無機(jī)碳源，并且在全球碳循環(huán)過程中發(fā)揮著很重要的作用。在目前污水的氨氮處理上被廣為看好。但是由于亞硝酸根含量在大部分污水是不夠顯著的，所以該技術(shù)要結(jié)合其他技術(shù)來使用。

12.吹脫法如何除氮?

廢水中的氨氮通常以銨離子和游離氮的狀態(tài)保持平衡而存在。當(dāng)pH為中性時(shí)，氨氮主要以銨離子形式存在。當(dāng)pH為堿性時(shí)，氨氮主要以游離氨的狀態(tài)存在。

吹脫祛是將廢水pH調(diào)節(jié)至堿性，然后通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣中。用吹脫法處理氨氮時(shí)，需考慮排放的游離氨總量應(yīng)符合氨的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)庀喟边M(jìn)行催化氧化等處理。以免造成二次污染。

13.化學(xué)沉淀法除氮的原理是什么?

向含氨氦廢水中投加含Mg2+和PO3-4的廢水和藥劑，與廢水生成復(fù)合鹽MgNH4PO4(鳥糞石)，從而將氨氮從廢水中去除。該法可以同時(shí)處理氨氮、磷和含鎂廢水。其化學(xué)反應(yīng)總式為

反應(yīng)式表明MgNH4PO4的生成與NH4+丶Mg2+、PO34-離子配比的關(guān)系很大，而且當(dāng)[NH4+] [Mg2+] [PO34-]大于濃度積Ksp時(shí)反應(yīng)向右進(jìn)行，溶液中的氨氮就可以去除。反之則不然。同時(shí)其他的反應(yīng)也存在。適宜的pH值應(yīng)該在9～11之間。因?yàn)榇藭r(shí)H3PO4主要離解成H+和HPO24-即此時(shí)Mg2+和H3PO4主要生成MgHPO4。這是最有利于氨去除的pH范圍。而在酸性環(huán)境下，主要生成Mg(H2PO4)2，不利于生成MgNH4PO4，也就不利于氨氮的去除。而在強(qiáng)堿性條,件下，則生成Mg(H3PO4)2，的濃度積是最小的，僅為9.8X10-25,此時(shí)溶液中幾乎不存在Mg2+和PO3-4，最不利于反應(yīng)的進(jìn)行。

14.折點(diǎn)氯化除氨的原理是什么?實(shí)際應(yīng)用效果如何?

折點(diǎn)氯化法是將氯氣或次氯酸鈉通入廢水中將廢水中的氨氮氧化成氮?dú)獾幕瘜W(xué)脫氮工藝。當(dāng)氯氣通人廢水中達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量最低，氨的濃度降為零。當(dāng)氯氣通入量超過該點(diǎn)時(shí)，水中的游離氯就會(huì)增多，因此該點(diǎn)稱為折點(diǎn)，該狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化。處理實(shí)際氨氮廢水效果的影響因素較多，主要取決于溫度、pH值及氨氮濃度。最佳反應(yīng)條件pH值為6～7，接觸時(shí)間為0.5～2h。

折點(diǎn)氯化法除氨機(jī)理反應(yīng)方程式為:

折點(diǎn)氯化除氨法主要優(yōu)點(diǎn)是可通過正確控制加氯量，使廢水中全部氨氮降為零，同時(shí)達(dá)到消毒的目的。氯化法的處理率達(dá)90%～100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，在寒冷地區(qū)此法特別有吸引力。

折點(diǎn)氯化除氨法投資較少，但運(yùn)行費(fèi)用高，副產(chǎn)物氯胺和氯化有機(jī)物會(huì)造成二次污染，氯化法只適用于處理低濃度(小于50mg/L)氨氮廢水。

15.沸石離子交換法除氨的原理和應(yīng)用如何?

離子交換是指在固體顆粒和液體的界面上發(fā)生的離子交換過程。沸石離子交換法是選用對(duì)NH4+離子有較強(qiáng)選擇性的沸石作為交換劑，從而達(dá)到去除氨氮的目的。沸石具有對(duì)非離子氨的吸附作用和與離子氨的離子交換作用，它是一類硅質(zhì)的陽(yáng)離子交換劑，成本低，對(duì)NH4+有很強(qiáng)的選擇性。佛石不僅可以作為離子交換材料，用于把氨氮從廢水中分離出來的分流器;也可以將沸石與生化處理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，作為硝化細(xì)菌的載體;作為處理氨氮的工藝，具有較高的去除率和穩(wěn)定性。

沸石離子交換與pH值的選擇有很大關(guān)系，pH值在4～8的范圍是沸石離子交換的最佳區(qū)域。當(dāng)pH<4時(shí)，H+與NH4+發(fā)生競(jìng)爭(zhēng);當(dāng)pH>8時(shí)，NH4+變?yōu)镹H3而失去離子交換性能。

離子交換法處理含氨氮10～20mg/L的城市污水，出水濃度可達(dá)lmg/L以下。離子交換法具有工藝簡(jiǎn)單、投資省、去除率高的特點(diǎn)，適用于中低濃度的氨氮廢水，對(duì)于高濃度的氨氮廢水會(huì)因樹脂再生頻繁而造成操作困難。但再生液為高濃度氨氮廢水，仍需進(jìn)一步處理。

16.膜分離除氨的原理和應(yīng)用效果如何?

膜分離除氨是利用膜的選擇透過性進(jìn)行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無二次污染。氣水分離膜脫除氨氮即是一種較為理想的方法。

氨氮在水中存在著離解平衡，隨著pH值升高，氨在水中NH3形態(tài)比例升高，在一定溫度和壓力下，NH3的氣態(tài)和液態(tài)兩項(xiàng)達(dá)到平衡。根據(jù)化學(xué)平衡原理，在自然界中一切平衡都是相對(duì)的和暫時(shí)的。化學(xué)平衡只是在一定條件下才能保持“假若改變平衡系統(tǒng)的條件之一，如濃度、壓力或溫度，平衡就向能減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)”。脫氣膜從廢水中脫氨就是遵從這一原理而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在膜的一側(cè)是高濃度氨氮廢水，另一側(cè)是吸收液(如水、酸性水等).當(dāng)左側(cè)溫度大于20度，pH值大于9，左側(cè)氣體分壓大于右側(cè)氣體分壓時(shí)，并保持一定的壓力差，那么廢水中的游離氨NH4+就變?yōu)榘狈肿覰H3，并經(jīng)原料液側(cè)介面擴(kuò)散至膜表面，在膜表面分壓差的作用下，穿越膜孔，進(jìn)人吸收液，迅速與酸性溶液中的H+反應(yīng)生成銨鹽。

該過程的實(shí)質(zhì)是擴(kuò)散與吸收的連續(xù)過程，解吸與吸收在膜的兩則同時(shí)完成。副產(chǎn)品銨鹽的質(zhì)量濃度可達(dá)20%～30%，成為清潔的工業(yè)原料，而廢水中的氨氮可以降至1mg/L以下，適用于煤化工、制藥、冶金等行業(yè)的高濃度氨氮廢水處理。

脫氣膜用于廢水脫氨的優(yōu)點(diǎn):

(1)氨脫除率高，可將廢水中氨的含量降到5mg/L以下;

(2)運(yùn)行成本低，只有傳統(tǒng)工藝的5%以下;

(3)設(shè)備占地面積小，只有傳統(tǒng)工藝的1/3以下;

(4)無氨氣泄露，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。