一、現(xiàn)狀概述
在水處理中有關(guān)氮素經(jīng)常提到的幾個(gè)術(shù)語包括：總氮(TN)、凱氏氮(TKN)、有機(jī)氮、無機(jī)氮、氨氮，他們之間的關(guān)系如下：
總氮(TN)=有機(jī)氮+無機(jī)氮=凱氏氮(TKN)+NOx-N;
無機(jī)氮=氨氮(NH3-N,NH4-N)+硝態(tài)氮(NO3--N)+亞硝態(tài)氮(NO2-N);
凱氏氮(TKN)=有機(jī)氮+氨氮(NH3-N,NH4-N)。
污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的總氮指標(biāo)在短短半年內(nèi)被推上風(fēng)口浪尖，很多地區(qū)及廠區(qū)成為環(huán)保督察組重點(diǎn)監(jiān)督的對象，而在2018年，這一趨勢還會(huì)愈演愈烈，更多的地區(qū)將被納入重點(diǎn)監(jiān)管范圍，在這樣緊迫的形勢下，對氮的處理技術(shù)依然以傳統(tǒng)活性污泥法應(yīng)用最為廣泛，無奈的是，傳統(tǒng)活性污泥法對氮的脫除效率已經(jīng)不能滿足排放需求，因此眾多企業(yè)面臨著提標(biāo)改造的新局面。
二、基本原理
在廢水脫氮技術(shù)中廣泛使用生物法進(jìn)行處理，生物脫氮是依靠水體中微生物的生理代謝作用將不同形態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程，流程為：
廢水中難降解的有機(jī)氮通過水解氨化作用，分解為氨氮(NH3--N,NH4-N)，氨氮在亞硝化作用及硝化作用下，轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮(NOX-N)，繼而在反硝化作用下轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?/span>
三、技術(shù)分析
目前處理總氮的方法中生化法備受青睞，原因包括起源較早、技術(shù)成熟、成本較低等，在我國幾十年的污水處理中，生化法一直占據(jù)著主體地位，但工藝上的不足也隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高逐漸顯現(xiàn)而出，尤其對氮磷的去除效果僅依靠供給微生物的自然生理需求以得到一定程度的減少，在污水中氮磷濃度較高時(shí)，依靠傳統(tǒng)污泥法往往達(dá)不到預(yù)想的結(jié)果。
當(dāng)然，在活性污泥法的實(shí)踐應(yīng)用中也出現(xiàn)了很多變形工藝，包括膜生物反應(yīng)器、生物濾池技術(shù)及生物轉(zhuǎn)盤等，但一方面成本較高，另一方面，技術(shù)的不成熟使大多數(shù)企業(yè)不愿輕易嘗試，因此很少有優(yōu)質(zhì)的案例作為模范，也很少有企業(yè)愿意共同嘗試尋求技術(shù)的實(shí)踐改進(jìn)，使這些技術(shù)很難取得突破性進(jìn)展。
四、實(shí)際應(yīng)用
在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)不同水質(zhì)需求應(yīng)對生化脫氮的不同環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，例如農(nóng)藥生產(chǎn)廠區(qū)產(chǎn)生的廢水通常含有大量有機(jī)氮，因此需規(guī)模較大的水解工藝，將難降解的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為容易被轉(zhuǎn)化的小分子有機(jī)氮，從而轉(zhuǎn)化為氨氮。
再如，部分電鍍廠需大量氨水作為緩沖劑，因此廢水中含有大量氨氮，在這樣的情況下，如不對氨氮進(jìn)行單獨(dú)處理，會(huì)造成生化出水氨氮仍然超標(biāo)，目前較好的方法有吹脫法和折點(diǎn)加氯法;也有部分行業(yè)廢水中硝酸鹽較多，而對硝態(tài)氮的去除方法中只有生化法較為成熟，但存在的制約性為現(xiàn)有生化技術(shù)的脫氮效率較低，當(dāng)面對高濃度硝態(tài)氮是需增建較大規(guī)模的厭氧池，基建成本較高且占地面積較大，使整體投資成本大大升高，并較難實(shí)現(xiàn)。
五、實(shí)現(xiàn)生化占地大幅縮減的總氮處理方法
如上圖所示，生物法的最大的弊端是占地面積較大，根本原因是生物法的處理效率低，以對氮的去除效果而言，一方面脫氮能力僅為0.1kgN/m3，另一方面，實(shí)現(xiàn)這一脫氮效率的停留時(shí)間少則12h，多則30d。兩者綜合之下，污水以貯存方式長時(shí)間停留在污水站，造成廢水堆積，使池體容積在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要容納實(shí)際生產(chǎn)水量，還要設(shè)計(jì)足夠盈余，以便應(yīng)對緊急狀況。因此，縮減生化池容積的改進(jìn)方向歸根結(jié)底是提高脫氮負(fù)荷。(脫氮負(fù)荷是指單位時(shí)間、單位體積內(nèi)，微生物能夠消耗的氮素質(zhì)量，單位是kgN/m3·d)
生化法提高脫氮負(fù)荷可以從以下幾方面入手：
1.菌種選擇與馴化：常規(guī)反硝化菌活性弱，耐受力差，容易在工業(yè)廢水的沖擊下死亡，對微生物進(jìn)行長期馴化，物競天擇可使菌群提高耐受力，延長生理周期，活性的增強(qiáng)可提升微生物的代謝與繁殖能力，使微生物的可承受脫氮量隨之升高。
2.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)：在傳統(tǒng)生化中，反硝化環(huán)節(jié)完成后產(chǎn)生的氮?dú)獠蝗苡谒?，而堆積的污泥制約著氮?dú)獾呐懦觯獨(dú)獾臏粲謺?huì)占據(jù)微生物富集的空間，影響微生物的富集，如此惡性循環(huán)，使反應(yīng)死區(qū)越來越多，污泥的可利用里越來越低。改進(jìn)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，提高氮?dú)馀欧潘俾?，可使反?yīng)器效率更高。
3.微生物富集模式：傳統(tǒng)活性污泥法中菌體吸附在污泥之上，隨污泥懸浮在水體之中，當(dāng)污水進(jìn)入池體時(shí)，懸浮污泥易被打散隨水流排出池體，一方面影響出水水質(zhì)，另一方面減少了污泥有效利用率，目前的改善方式包括生物接觸氧化、生物移動(dòng)床及生物固定床等。