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(zhuān)家!

1.氮在水中存在的形式是什么?影響因素有哪些?

自然界氮素蘊藏量豐富，以三種形態(tài)存在:分子氮N2,占大氣的78%; 有機氮化合物;無(wú)機氮化合物。其中水體中的氮主要包括有機氮和無(wú)機氮兩大類(lèi)，其總量稱(chēng)為總氮(英文縮寫(xiě)為T(mén)N)。

有機氮是指以有機化合物形式存在的氮，如蛋白質(zhì)、氨基酸、肽、尿素、有機胺、硝基化合物、重氮化合物等。農業(yè)廢棄物和城市生活污水中存在的有機氮主要是蛋白質(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化合物。無(wú)機氮指氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等，它們一部分是有機氮經(jīng)微生物分解轉化作用而產(chǎn)生的，一部分直接來(lái)自施用化肥的農田退水和工業(yè)排水。

氮在水體中會(huì )發(fā)生轉化。隨著(zhù)時(shí)日的延長(cháng)，有機氮很不穩定，容易在微生物的作用下，分解成無(wú)機氮(在無(wú)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，離子強度對游離氨的濃度也會(huì )有影響。

水中硝酸鹽是含氮有機物經(jīng)無(wú)機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，不穩定。根據水環(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?

凱氏氮是有機氮與氨氮之和，凱氏氮指標可以用來(lái)判斷污水在進(jìn)行生物法處理時(shí)氮營(yíng)養是否充足的依據。生活污水中凱氏氮含量約40mg/L (其中有機氮約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)養化。水體富營(yíng)養化是指在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類(lèi)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(yú)類(lèi)及其他生物大量死亡的現象。在自然條件下，湖泊也會(huì )從貧營(yíng)養狀態(tài)過(guò)渡到富營(yíng)養狀態(tài)，不過(guò)這種自然過(guò)程非常緩慢。而人為排放含營(yíng)養物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養化則可以在短時(shí)間內出現。水體出現富營(yíng)養化現象時(shí)，浮游藻類(lèi)大量繁殖，形成水華。因占優(yōu)勢的浮游藻類(lèi)的顏色不同，水面往往呈現藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。

水中硝酸鹽是含氮有機物經(jīng)無(wú)機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變成亞硝酸鹽而出現毒性作用。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，而且對污水的pH值起緩沖作用。但氨氦過(guò)高時(shí)，特別是游離氨濃度較高時(shí)，對微生物的生活活動(dòng)產(chǎn)生抑制作用。

4.氮的來(lái)源是什么?氨的存在形式是什么?

污水中的氮一方面來(lái)自于化肥和農業(yè)廢棄物。另一方面來(lái)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(lái)源。氨氮的來(lái)源主要有制革廢水、酸洗廢水等工業(yè)廢水。某些生化處理設施的出水和農田排水中可能含有大量的硝酸鹽氮。

5.氮是如何轉化的?

含氮化合物在水體中的轉化可分為三個(gè)階段:第一階段為含氮有機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(wú)機氨氮，稱(chēng)為氨化過(guò)程;第二階段是氨氮在有氧的條件下，轉化為亞硝酸鹽與硝酸鹽，稱(chēng)為硝化過(guò)程;第三階段是亞硝酸鹽與硝酸鹽在低氧或無(wú)氧條件下，被反硝化菌還原轉化為氮氣，稱(chēng)為反硝化過(guò)程。氨化可以在有氧或無(wú)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，則硝化反應不能進(jìn)行。

6.硝化的概念是什么?

傳統生物脫氮理論認為氨氮是借助兩類(lèi)不同的細菌(硝化菌和反硝化菌)將水中的氨氮轉化為氮氣而去除。首先在好氧條件下，亞硝酸細菌以氧作為電子受體，將氨氮轉化為亞硝酸鹽，之后硝酸細菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽，這個(gè)反應過(guò)程稱(chēng)為硝化反應。

7.反硝化的概念是什么?

硝化反應完成后，反硝化細菌利用各種有機基質(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化為氮氣，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為反硝化。

8  常用的生物脫氮工藝有哪些?

（1）傳統脫氮工藝

由巴茨(Barth) 開(kāi)創(chuàng )的傳統活性污泥法脫氮工藝為三級活性污泥法流程，它是以氨化、硝化和反硝化、生化反應過(guò)程為基礎建立的。

傳統活性污泥法脫氮工藝（三級活性污泥法）

該工藝流程將去除BOD5與氨化、硝化和反確化分別在三個(gè)反應池中進(jìn)行，并各自有其獨立的污泥回流系統。第一級曝氣池為一般的二級處理曝氣池，其主要功能是去除BOD、COD,將有機氮轉化為NH3-N,即完成有機碳的氧化和有機氮的氨化功能。第一級曝氣池的混合液經(jīng)過(guò)沉淀后，出水進(jìn)入第二級曝氣池，稱(chēng)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，在硝化曝氣池內進(jìn)行硝化反應，使NH3-N氧化為NO3--N,同時(shí)有機物得到進(jìn)一步分解，污水中BOD5進(jìn)一步降低。硝化反應要消耗堿度，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)入第三級活性污泥系統，稱(chēng)為反硝化反應池，在缺氧條件下，NO3--N還原為氣態(tài)N2，排入大氣。因為進(jìn)入該級的污水中的BOD5值很低，為了使反硝化反應正常進(jìn)行，所以需要投加甲醇作為外加碳源，但為了節省運行成本，也可引人原污水充作碳源。

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

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

為了減少處理設備，可以將三級活性污泥法脫氮工藝中的去除BOD為目的的第一級曝氣池和第二級硝化曝氣池相合并，將BOD去除和硝化兩個(gè)反應過(guò)程放在統一的反應器內進(jìn)行，于是就產(chǎn)生了兩級生物脫氮系統。

兩級生物脫氮系統工藝

該兩級生物脫氮傳統工藝盡管經(jīng)過(guò)改進(jìn)，但仍存在處理設備較多、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工藝目前已應用得很少。

2. A/O工藝

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

生物脫氮工藝將反硝化反應器放置在系統之前，所以又稱(chēng)為前置反硝化生物脫氮系統。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，而達到脫氮目的。然后再在后續的好氧池中進(jìn)行有機物的生物氧化、有機氮的氨化和氨氮的硝化等生化反應。

A/O工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：

1) 流程簡(jiǎn)單，構筑物少，只有一個(gè)污泥回流系統和混合液回流系統，基建費用可大大節省。

2)反硝化池不需外加碳源，降低了運行費用。

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，污水中的有機碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機負荷。同時(shí)缺氧池中進(jìn)行的反硝化反應產(chǎn)生的堿度可以補償好氧池中進(jìn)行硝化反應對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，如果沉淀池運行不當，則會(huì )在沉淀池內發(fā)生反硝化反應，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。該形式特別便于對現有推流式曝氣池進(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(guò)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。

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

10.同步硝化反硝化的概念和原理是什么?

傳統的脫氮理論認為脫氮需要經(jīng)過(guò)硝化和反硝化兩個(gè)不同的過(guò)程。反硝化是異氧兼性厭氧菌，只有在無(wú)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器中同時(shí)發(fā)生，許多實(shí)際運行中的好氧硝化池中也常常發(fā)現有總氮損失，這一現象被稱(chēng)為同步硝化反硝化(SND)。同步硝化反硝化具有減少碳源、節省曝氣量等優(yōu)點(diǎn)。當前同步硝化反硝化在工程中應用很少，基本處于實(shí)驗室研究階段。

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，將氨氮氧化為氮氣的生物反應過(guò)程。厭氧氨氧化反應是一種化能自養的古菌(Anammox)的反應。該古菌為自養型，只需無(wú)機碳源，并且在全球碳循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)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(zhù)的，所以該技術(shù)要結合其他技術(shù)來(lái)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pH為中性時(shí)，氨氮主要以銨離子形式存在。當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調節至堿性，然后通過(guò)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符合氨的大氣排放標準，或對氣相氨進(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，與廢水生成復合鹽MgNH4PO4(鳥(niǎo)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)反應總式為

反應式表明MgNH4PO4的生成與NH4+丶Mg2+、PO34-離子配比的關(guān)系很大，而且當[NH4+] [Mg2+] [PO34-]大于濃度積Ksp時(shí)反應向右進(jìn)行，溶液中的氨氮就可以去除。反之則不然。同時(shí)其他的反應也存在。適宜的pH值應該在9～11之間。因為此時(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，最不利于反應的進(jìn)行。

14.折點(diǎn)氯化除氨的原理是什么?實(shí)際應用效果如何?

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氣的化學(xué)脫氮工藝。當氯氣通人廢水中達到某一點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量最低，氨的濃度降為零。當氯氣通入量超過(guò)該點(diǎn)時(shí)，水中的游離氯就會(huì )增多，因此該點(diǎn)稱(chēng)為折點(diǎn)，該狀態(tài)下的氯化稱(chēng)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)氯化法除氨機理反應方程式為:

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

折點(diǎn)氯化除氨法投資較少，但運行費用高，副產(chǎn)物氯胺和氯化有機物會(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(guò)程。沸石離子交換法是選用對NH4+離子有較強選擇性的沸石作為交換劑，從而達到去除氨氮的目的。沸石具有對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(lèi)硅質(zhì)的陽(yáng)離子交換劑，成本低，對NH4+有很強的選擇性。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(lái)的分流器;也可以將沸石與生化處理系統有機地結合在一起，作為硝化細菌的載體;作為處理氨氮的工藝，具有較高的去除率和穩定性。

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域。當pH<4時(shí)，H+與NH4+發(fā)生競爭;當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，對于高濃度的氨氮廢水會(huì )因樹(shù)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用效果如何?

膜分離除氨是利用膜的選擇透過(guò)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(wú)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(zhù)離解平衡，隨著(zhù)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)兩項達到平衡。根據化學(xué)平衡原理，在自然界中一切平衡都是相對的和暫時(shí)的?；瘜W(xué)平衡只是在一定條件下才能保持“假若改變平衡系統的條件之一，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)行設計的，在膜的一側是高濃度氨氮廢水，另一側是吸收液(如水、酸性水等).當左側溫度大于20度，pH值大于9，左側氣體分壓大于右側氣體分壓時(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)原料液側介面擴散至膜表面，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+反應生成銨鹽。

該過(guò)程的實(shí)質(zhì)是擴散與吸收的連續過(guò)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)運行成本低，只有傳統工藝的5%以下;

(3)設備占地面積小，只有傳統工藝的1/3以下;

(4)無(wú)氨氣泄露，實(shí)現清潔生產(chǎn)。