氮、磷元素的大量排放會造成水體的富（fù）營養化，因此我國將氨氮和總磷（lín）作為評價汙水處理廠處理效果的重要（yào）考核指標。目前汙水處理以生物脫氮為主，其脫氮原理為經（jīng）過好氧硝化，缺氧反硝化，將汙水中的氮元素轉化為無害的氮氣。

       一、原理

       總氮是指可溶性及懸浮物顆粒中的含氮（dàn）量，包括NO3-，NO2-和NH4+等無機氮和氨（ān）基酸（suān）、蛋白質和有（yǒu）機胺等有機氮。生物脫氮*先是在厭氧環境內，通過（guò）氨化作（zuò）用將（jiāng）有（yǒu）機氮（dàn）轉化為氨氮，這一過（guò）程稱為氨化過程，氨化（huà）過程很容易進（jìn）行（háng），在（zài）一般無數處（chù）理（lǐ）設施中均能完（wán）成；然後在好氧環境內（nèi），通過硝化作（zuò）用（yòng），將氨氮轉化為硝態氮；隨後在缺氧環境內，通過反（fǎn）硝化作用，將（jiāng）硝態氮轉化為氨氣，從水中逸出。

       二、主要工藝

       脫（tuō）氮的主要工藝包括活性汙泥法（A2O、氧化溝、SBR等）和生物膜法（生物濾池（chí）、生物接（jiē）觸氧化池、生物轉盤等），對汙水中的氮都有良好的去除效果（guǒ），但（dàn）在工藝以及操作上存在一定（dìng）的局限性（xìng）和複雜性（xìng）。

       1.活性汙泥法：

       （1）A2O法

       A2O法即厭氧一缺氧一好氧（yǎng）活性汙泥法。汙水在流（liú）經厭氧、缺氧、好氧三個不同功能分區的（de）過程中，在不同微生物菌群（qún）的作用下，使汙水中的有機物、N、P得到（dào）去除。A2/O法是*簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間短，在厭氧、缺氧、好氧交替運行（háng）的（de）條件下（xià），可抑（yì）製絲狀菌的繁殖，克（kè）服汙泥膨脹，SVI一（yī）般小於100，有利於處理後（hòu）的汙水與汙泥分（fèn）離，厭氧和（hé）缺氧段在運行中隻需輕（qīng）緩攪拌，運行費（fèi）用低。該工藝在（zài）國內外使用比較（jiào）廣泛（fàn）。

       優點：該（gāi）工藝為（wéi）*簡單的同步脫氮除磷，總的水力停（tíng）留時間，總產占地麵積少（shǎo）；在厭氧的好氧（yǎng）交替運行條件下，絲狀菌得不到大量增殖，無汙泥膨脹；汙泥中含磷（lín）濃度高，具有（yǒu）很高的肥效；運行中勿需（xū）投藥，隻用輕緩攪拌，運行費低。

       缺點（diǎn）：除（chú）磷效果難於再行提高，汙泥增長有一（yī）定的限度，不易（yì）提高；脫氮（dàn）效果也難（nán）於進一（yī）步提高，內循環量（liàng）不宜太高，否則增加運行費用；對沉澱池要保持一定（dìng）的濃（nóng）度的溶解氧，減少停留時間，溶解濃度也不宜過高，以防止循環混合液對缺反應器的幹擾。

       （2）氧（yǎng）化溝

       氧化溝又稱連續（xù）循環反應器，是20世紀50年代由荷蘭的公共衛生所（TNO）開發出來的。氧化（huà）溝是常（cháng）規活性汙泥法的一種改型和發展，是（shì）延時曝氣法的一種特殊形式。其（qí）主要功能是供氧；保證其活性（xìng）汙泥呈懸浮狀態，是汙水、空氣、和汙泥三者充分混合與接觸；推動水流以（yǐ）一定的流速（不低（dī）於0.25m/s）沿池長循環流動，這對保持氧化溝的（de）淨（jìng）化功能具有重要的意（yì）義。氧化溝具有出（chū）水水質好、抗衝擊（jī）負荷（hé）能力強（qiáng）、除磷脫氮效率（lǜ）高、汙泥易穩定、能（néng）耗省（shěng）、便（biàn）於自動化控製等優（yōu）點（diǎn）。但（dàn）是，在實際（jì）的運行過程中，仍存在一係列的問題，如汙（wū）泥膨脹問題、泡沫問題、汙泥上浮（fú）問（wèn）題、流速不均及汙泥沉積問題。

       （3）SBR

       間歇式活性汙泥法簡稱（chēng）SBR工藝，一個運行周期可分為五個階段即：進水、反應、沉澱、排水、閑置（zhì）。這種一體（tǐ）化工藝的特（tè）點是工藝（yì）簡單，由於隻有（yǒu）一個反應池，不需（xū）二沉（chén）池、回（huí）流汙泥及設備，一般情況下不設調節池，多數情況下可省去（qù）初沉池。

       特點（diǎn）：大多數情況下，無設置調節池的需要（yào）；SVI值（zhí）較低，易於沉澱，一般情況下不會產（chǎn）生汙泥膨脹；通過對運行方式的調節，進行（háng）除磷脫氮反應；自動化程度較高；得當時，處理效果優於連（lián）續式；單（dān）方投資較少；占地規（guī）模較大，處理水量較小。

       存在問題：A2O和氧化（huà）溝工（gōng）藝均需要較大的池體麵積，基建成本高；汙泥回流、沉澱工序複雜、能耗大，普通小型汙水廠難以承擔，不適（shì）用於汙水廠改造。SBR工藝需要精細（xì）度（dù）高的潷（bì）水器來保證（zhèng）出水水質（zhì），後續要（yào）設置調節池來調節出水水量，對自（zì）動化要求高。

        2.生物膜法：

       生物濾池占地麵積大，生物接觸氧化池固定載體施工維護難度大，且二者均容易發生堵（dǔ）塞，對汙（wū）水廠的長（zhǎng）期穩定運作造成極大的困難。生物轉盤處理水量小，僅適用於處（chù）理水量小的汙水處理廠。

       3.新型工藝

       （1）MBBR膜法（fǎ）

       MBBR工藝是基於生物濾池（chí）和（hé）生物流化床工（gōng）藝發展起來的，在同時發揮生物膜法和活性汙泥法的優勢下，克服了生物膜法常遇到的填料堵塞和反衝洗的高能耗，還（hái）克服了（le）活（huó）性汙泥（ní）法（fǎ）的汙泥流失等問題，使其生物處理效果更為有效。

       MBBR載體使用聚合高分子材料製（zhì）成，高分（fèn）子材料中融合多種（zhǒng）有利於微生物快速附著生長的微量元素，經過（guò）特殊工（gōng）藝改性、構造（zào）而成，具有比表麵積大、 親（qīn）水性好（hǎo）、生物（wù）活性高、掛膜快、處理效果好、使用壽命長等優點。

       微（wēi）生物可大量附著在MBBR載體（tǐ）上，使（shǐ）生（shēng）化處理係統在汙泥濃度（dù）不變的情況下生物量得到成倍的提高。係統的處理能力和效率（lǜ）也因（yīn）此得到相應（yīng）的提高（gāo），強化了對不同水質的（de）抗衝擊性。當附著在MBBR載（zǎi）體上（shàng）的生物膜達到一定的（de）厚度時，生物膜形成溶氧（yǎng）梯度，使得在（zài）好氧池內載體的內部仍存在缺氧區（qū）域，使（shǐ）反硝化菌能在載體內部進行反硝化作用，即同步硝化反硝化（huà）。可以有效節省碳（tàn）源（yuán），使其能在（zài）較低的碳氮比的情況下仍能（néng）有良好的脫（tuō）氮能力（lì）。

       MBBR載體密度均（jun1）小（xiǎo）於1，在掛膜之後密度與水相近，能在水體（tǐ）中呈懸浮狀態（tài）。在實際操作中，使用曝氣+攪（jiǎo）拌使載體在（zài）水體中呈流化狀（zhuàng）態，形成氣-液-固三相流化，強化了氣、液相和載體之間的接觸，大大提高了對氧氣的利用效率，有效降低曝氣量和能耗。 

       MBBR工藝隻需在原有生（shēng）化工藝上按比例投加載體，和設置載體格柵，無需大量的基建即可起到強化脫氮能（néng）力的作用，大大節（jiē）省了投資成本。在汙水廠（chǎng）的提標改造方麵有（yǒu）良好的發展前景。

       （2）短程硝化反硝化

       傳統（tǒng）的脫氮工藝是將（jiāng）NH4+氧化成NO2-,再（zài）氧化成NO3-；起作用（yòng）的分別是亞硝酸菌和硝酸菌，統稱為硝化菌（jun1），可得如下結論：亞硝化過程產生的能量比硝化過程產生的能量多，因（yīn）而前（qián）者反應速率較後者快（kuài）；亞硝化過程（chéng）中產生大量的H+,使係統pH值降低，而（ér）硝化過程對係統的pH值無影（yǐng）響；亞硝化過（guò）程和硝化過程好氧比為3:1；亞硝酸菌和硝（xiāo）酸菌的生理特性（xìng）大致相似，但前（qián）者的時代周期短，生長較快，因此較能適應衝（chōng）擊負荷和不利的環境條件。當硝（xiāo）酸菌受到抑製的時候，將會出現NO2-的積累。很顯然（rán），在傳統的硝化-反硝化脫氮過程（chéng）中，在反硝化菌的作用下，反（fǎn）硝化（huà）過程既可從硝酸鹽開始，也可以從亞硝酸鹽開始。但由NO2-轉化為NO3-，然後由NO3-再轉化為NO2-的重複轉化過程（chéng）中，要消耗更多的溶解氧和（hé）有機（jī）碳源。如果在實際過程中，控製這一轉化過程，使NH4+全部或絕大部分（fèn）轉化為NO2-而不是（shì）NO3-，由NO2-直接進（jìn）行反硝化，稱此過程為短程硝化-反硝化，經過環境工（gōng）作者的不懈努力，短程（chéng）硝化-反硝（xiāo）化過程在許多反應器都得以實現。

       與傳統脫氮工藝過程相比，短（duǎn）程硝化（huà）-反硝化體現出以下優勢。

       節能：硝化階段（duàn），供氧量（liàng）節省近25%，降低能（néng）耗；節約外加碳源：從NO2-到N2要（yào）比從NO3-到N2的（de）反硝（xiāo）化過程（chéng）中，減少40%的有機碳源；可以縮（suō）短水力停留（liú）時間：在高氨環境下，NH4+的硝化速率和NO2-的反硝化速率均比NO2-的氧化速率和NO3-的反硝（xiāo）化速率快，因此水力停留時間可以縮短，反應器的容積也相應減小；可減少剩餘（yú）汙泥產量：亞硝酸（suān）菌表觀產率係數為（wéi）0.04~0.13gVSS/gN,硝酸菌的表觀產率係數為0.02~0.07 g VSS/g N，NO2-反（fǎn）硝化菌和NO3-反（fǎn）硝化菌（jun1）的表觀產率係數分別為0.345 g VSS/g N和0.765 g VSS/g N，因此短程硝化（huà）反硝化過程中可以減少產泥24~33%，在反硝（xiāo）化過程中可少產泥50%。

       存在問題：短程硝化反硝化工藝目前還處於研（yán）究階（jiē）段，實際應用工程較（jiào）少。由於短程硝（xiāo）化階段溫度、pH 值（zhí）等因素的控製難度較大，需要研發更加完善的在線檢測和（hé）模糊控製技術，以實（shí）現穩定的短程（chéng）硝化（huà）反硝化，從而不斷（duàn）擴大短程（chéng）硝化反硝化工藝的（de）應用。

       （3）厭氧氨氧化

       厭氧（yǎng）氨氧化作（zuò）用即在厭氧條件下由厭（yàn）氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮氧化為氮氣的生物（wù）反（fǎn）應（yīng）過（guò）程。這種反應通常對外界條件（pH值、溫度、溶解氧等）的（de）要求比較苛刻，但這種反應由於不需要氧氣和有機物的參與，因（yīn）此對其研究和（hé）工藝（yì）的開發（fā）具有可持續發展的意義。
 
       厭氧氨氮化一般前置短程硝化工藝（yì），將廢水中的（de）一部分氨氮轉化（huà）成亞硝酸鹽。目前在處理焦化（huà）廢水、垃圾滲（shèn）濾液等廢水方麵已經有（yǒu）成功的運（yùn）用實例。

       厭氧氨氧化是一個微（wēi）生物反應，反應（yīng）產（chǎn）物為氮（dàn）氣。具（jù）有一些優點：由於氨直（zhí）接作反硝（xiāo）化反應的電子供體，可免去外源有機物(甲醇)，既可節約運行費（fèi）用，也可防止二次汙（wū）染（rǎn）；由於氧得到有效利用，供氧能耗下降；由於部分氨（ān）沒有經過硝化作用而直接參與厭（yàn）氧氨氧化反應，產（chǎn）酸量下（xià）降，產堿量為零，這（zhè）樣可以減少中和所需的化學試劑，降低運行費用，也可以（yǐ）減輕二次汙染。

       （4）曝氣（qì）生物濾池（BAF）

       曝氣（qì）生（shēng）物濾（lǜ）池是 90 年代初興起的汙水處理新工（gōng）藝，已在歐美（měi）和日本等發達*廣為流（liú）行。
該工藝具有去除 SS 、化學需氧量（liàng）、 BOD 、硝化、脫氮、除磷、去除 AOX （有害物質）的作用，其特點是集生物（wù）氧化（huà）和截留懸浮固體與一體，節省了後續沉澱池 ( 二沉池 ) ，其容積負（fù）荷、水力（lì）負荷（hé）大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質好：運行能耗低，運行費（fèi）用（yòng）省。

       BAF 屬第三代生物膜反應器，不僅具有生物膜工藝技術的優勢，同時也起著有效的空（kōng）間過濾作用，通過使用特殊的濾（lǜ）料（liào）和（hé）正確（què）的配氣設計。

       工藝特點

       1、采用（yòng）氣水平行上向流，使得（dé）氣水進（jìn）行極好均分，防止了氣泡（pào）在濾料層中凝（níng）結核氣堵現象，氧的（de）利（lì）用率高，能耗低；
       2、與下向流過濾相反，上（shàng）向流過濾維持在（zài）整個濾池高度上提供正壓條（tiáo）件，可以更好的避免（miǎn）形成溝（gōu）流或（huò）短流（liú），從而避免通過形成溝流來影響過濾工藝而形成的氣阱；
       3、上向流形（xíng）成了對工藝有好處的半柱推條件，即使采用高（gāo）過濾速度和負荷，仍能保證 BAF 工藝的持久穩定性和有效性；
       4、采用氣水平行上向流，使空間（jiān）過濾能（néng）被更好（hǎo）的運用，空氣能將固體物質帶入濾（lǜ）床深處，在濾池中能（néng）得到（dào）高負（fù）荷、均勻的固體物質，從而延長了反衝洗周期，減少清洗時間和清洗時用的氣水量；
       5、濾料層（céng）對氣泡的切割作用是使氣（qì）泡在濾池中（zhōng）的停留時間（jiān）延長，提高了氧的利用率；
       6、由於濾池極（jí）好的截汙（wū）能力，使得 BAF 後麵不需（xū）再設二次沉澱池；
       適用範圍：城市汙水、小區生活汙水、生活雜（zá）排水和食品加工水、釀造等有機廢水處理（lǐ）。

       （4）STCC

       “STCC汙水處（chù）理及深度淨化技術”是一種新型的多（duō）種介質填料的“曝氣（qì）生物濾池（chí）技術”，該技術在（zài）“土壤（rǎng）淨（jìng）化法”的長期實踐經驗基礎上，采用本地天然材（cái）料和廢棄材料，研發出具有自淨（jìng）功能的“不飽和炭”、“脫氮材（cái）料”和“除磷材料”等多種介質的填料，組成複合填料床。通過特殊（shū）的曝氣係統在填料床中形成好氧缺氧和厭氧交替（tì）的環境，達到脫氮和除磷的（de）目的。 

       技術名稱STCC寓意：ST代表standard(標準)，*個C代表 combination(組合)，第二個C代表（biǎo）carbon(碳) ，STCC意即“標準化組合的、以碳係材料生物（wù）濾池為核心的汙（wū）水處理及深度淨化技術”。

       處理城鎮汙水後的出水優於*《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準，可以達到*《地表水環境質量標準（zhǔn）》(GB3838—2002）Ⅳ類標準。

       適用範圍（wéi）：城鎮生活汙水處理及深度處理、生態型城（chéng）市汙水處理廠、河（hé）流湖泊水體淨化與修複。