一、現(xiàn)狀概述
在水處理中有關(guān)氮素經(jīng)常提到的幾個術(shù)語包括：總氮(TN)、凱氏氮(TKN)、有機氮、無機氮、氨氮，他們之間的關(guān)系如下：
總氮(TN)=有機氮+無機氮=凱氏氮(TKN)+NOx-N;
無機氮=氨氮(NH3-N,NH4-N)+硝態(tài)氮(NO3--N)+亞硝態(tài)氮(NO2-N);
凱氏氮(TKN)=有機氮+氨氮(NH3-N,NH4-N)。
污水排放標準中的總氮指標在短短半年內(nèi)被推上風口浪尖，很多地區(qū)及廠區(qū)成為環(huán)保督察組重點監(jiān)督的對象，而在2018年，這一趨勢還會愈演愈烈，更多的地區(qū)將被納入重點監(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)化為氮氣的過程，流程為：
廢水中難降解的有機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)化為氮氣。
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準的提高逐漸顯現(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，依靠傳統(tǒng)污泥法往往達不到預(yù)想的結(jié)果。
當然，在活性污泥法的實踐應(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)的實踐改進，使這些技術(shù)很難取得突破性進展。
四、實際應(yīng)用
在實際生產(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)進行強化，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氮，因此需規(guī)模較大的水解工藝，將難降解的有機氮轉(zhuǎn)化為容易被轉(zhuǎn)化的小分子有機氮，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，如不對氨氮進行單獨處理，會造成生化出水氨氮仍然超標，目前較好的方法有吹脫法和折點加氯法;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，并較難實現(xiàn)。
五、實現(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，實現(xiàn)這一脫氮效率的停留時間少則12h，多則30d。兩者綜合之下，污水以貯存方式長時間停留在污水站，造成廢水堆積，使池體容積在設(shè)計時不僅要容納實際生產(chǎn)水量，還要設(shè)計足夠盈余，以便應(yīng)對緊急狀況。因此，縮減生化池容積的改進方向歸根結(jié)底是提高脫氮負荷。(脫氮負荷是指單位時間、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)生的氮氣不溶于水，而堆積的污泥制約著氮氣的排出，氮氣的滯留又會占據(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。改進反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，提高氮氣排放速率，可使反應(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，當污水進入池體時，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、生物移動床及生物固定床等。