1.如何除去污廢水中的氮?

　　脫氮技術(shù)包括化學(xué)法和生物法，由于化學(xué)法會(huì)產(chǎn)生二次污染，而且成本高，所以一般使用生物脫氮技術(shù)。

　　一、生物脫氮

　　污水生物處理脫氮主要是靠一些專(zhuān)性細(xì)菌實(shí)現(xiàn)氮形式的轉(zhuǎn)化。

　　含氮有機(jī)化合物在微生物的作用下首先分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮NH4+或NH3，這一過(guò)程稱(chēng)為“氨化反應(yīng)”。

　　硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，這一過(guò)程稱(chēng)為“硝化反應(yīng)”;

　　反硝化菌把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，這一反應(yīng)稱(chēng)為“反硝化反應(yīng)”。

　　含氮有機(jī)化合物最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從污水中去除?/p>

　　1、硝化過(guò)程

　　硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程稱(chēng)為硝化過(guò)程，硝化是一個(gè)兩步過(guò)程，分別利用了兩類(lèi)微生物——亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌。這兩類(lèi)細(xì)菌統(tǒng)稱(chēng)為硝化菌，這些細(xì)菌所利用的碳源是CO32-、HCO3-和CO2等無(wú)機(jī)碳。

　　第一步由亞硝酸鹽菌把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，第二步由硝酸鹽菌把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

　　這兩個(gè)過(guò)程釋放能量，硝化菌就是利用這些能量合成新細(xì)胞和維持正常的生命活動(dòng)，氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并不是去除氮而是減少了它的需氧量。

　　氧化1g氨氮大約需要消耗4.3gO2和8.64gHCO3-(相當(dāng)于7.14gCaCO3堿度)。

　　硝化過(guò)程的影響因素：

　　1)溫度：硝化反應(yīng)最適宜的溫度范圍是30~35℃，溫度不但影響硝化菌的比增長(zhǎng)速率，而且會(huì)影響硝化菌的活性。

　　2)溶解氧：硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，溶解氧濃度為0.5~0.7mg/L是硝化菌可以容忍的極限，溶解氧低于2mg/L條件下，氮有可能被完全硝化，但需要較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間，因此一般應(yīng)維持混合液的溶解氧濃度在2mg/L以上。

　　3)pH和堿度：硝化菌對(duì)pH特別敏感，硝化反應(yīng)的最佳pH是在7.2~8之間。每硝化1g氨氮大約需要消耗7.14gCaCO3堿度，如果污水沒(méi)有足夠的堿度進(jìn)行緩沖，硝化反應(yīng)將導(dǎo)致pH值下降、反應(yīng)速率減慢。

　　4)有毒物質(zhì)：過(guò)高的氨氮、重金屬、有毒物質(zhì)及某些有機(jī)物質(zhì)對(duì)硝化反應(yīng)都有抑制作用。

　　5)泥齡：一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的泥齡應(yīng)為硝化菌世代周期的兩倍以上，一般不得小于3~5d，冬季水溫低時(shí)要求泥齡更長(zhǎng)，為保證一年四季都有充分的硝化反應(yīng)，泥齡通常都大于10d。

　　6)碳氮比：BOD5與TKN的比值是C/N，是反映活性污泥系統(tǒng)中異養(yǎng)菌與硝化菌競(jìng)爭(zhēng)底物和溶解氧能力的指標(biāo)。C/N不同直接影響脫氮效果。一般認(rèn)為，處理系統(tǒng)的BOD5負(fù)荷低于0.15BOD5/(MLVSS·d)時(shí)，硝化反應(yīng)可以正常進(jìn)行。

　　2、反硝化過(guò)程

　　反硝化過(guò)程是反硝化菌異化硝酸鹽的過(guò)程，即由硝化菌產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽在反硝化菌的作用下，被還原為氮?dú)夂髲乃幸绯龅倪^(guò)程。

　　反硝化過(guò)程主要在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行，溶解氧的濃度不能超過(guò)0.2mg/L，否則反硝化過(guò)程就要停止。

　　反硝化也分為兩步，第一步由硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮、氧化二氮和氮?dú)狻?/p>

　　反硝化的影響因素：

　　1)溫度：反硝化的最適宜溫度范圍是35~45℃。

　　2)溶解氧：為了保證反硝化過(guò)程的進(jìn)行，必須保持嚴(yán)格的缺氧狀態(tài)，保持氧化還原電位為-50~-110mV;為使反硝化反應(yīng)正常進(jìn)行，懸浮型活性污泥系統(tǒng)中的溶解氧保持在0.2mg/L以下;附著性生物處理系統(tǒng)可以容許較高的溶解氧濃度，一般低于1mg/L。

　　3)pH值：最佳范圍在6.5~7.5。

　　4)碳源有機(jī)質(zhì)：需要提供足夠的碳源，碳源物質(zhì)不同，反硝化速率也不同。

　　5)碳氮比：理論上將1g硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)庑枰荚次镔|(zhì)BOD52.86g。

　　2.86這個(gè)數(shù)字具體怎么得出的，很多人不清楚。在這里順道說(shuō)一下(此處引用一位大咖的講解)：

　　我們說(shuō)的C，其實(shí)大多數(shù)時(shí)候指的是COD(化學(xué)需氧量)，即所謂C/N實(shí)際為COD/N，COD是用需氧量來(lái)衡量有機(jī)物含量的一種方法，如甲醇氧化的過(guò)程可用(1)式所示，二者并不相同，但二者按照比例增加，有機(jī)物越多，需氧量也越多。因此，我們可以用COD來(lái)表征有機(jī)物的變化。

　　CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O(1)

　　a. 反硝化的時(shí)候，如果不包含微生物自身生長(zhǎng)，方程式非常簡(jiǎn)單，通常以甲醇為碳源來(lái)表示。

　　6NO3-+5CH3OH→3N2+5CO2+7H2O+6OH-(2)

　　由(1)式可以得到甲醇與氧氣(即COD)的對(duì)應(yīng)關(guān)系：1mol甲醇對(duì)應(yīng)1.5mol氧氣，由(2)式可以得到甲醇與NO3-的對(duì)應(yīng)關(guān)系，1mol甲醇對(duì)應(yīng)1.2molNO3-，兩者比較可以得到，1molNO3--N對(duì)應(yīng)1.25molO2，即14gN對(duì)應(yīng)40gO2，因此C/N=40/14=2.86。

　　b. 反硝化的時(shí)候，如果包含微生物自身生長(zhǎng)，如(3)式所示。

　　NO3-+1.08CH3OH→0,065C5H7NO2+0.47N2+1.68CO2+HCO3-(3)

　　同樣的道理，我們可以計(jì)算出C/N=3.70。

　　c. 附注：本來(lái)事情到這里已經(jīng)算完了，但是還想發(fā)揮一下第一種情況，以下計(jì)算只是一種化學(xué)方程式的數(shù)學(xué)計(jì)算，不代表真的發(fā)生這樣的反應(yīng)。

　　如果我們把(1)、(2)兩式整理，

　　N2+2.5O2+2OH-→2NO3-+H2O

　　有負(fù)離子不方便，我們?cè)趦蛇厹p去2OH-，

　　N2+2.5O2→N2O5

　　其中，N源于NO3-，O可以代表有機(jī)物，因此，對(duì)應(yīng)不含微生物生長(zhǎng)的反硝化的理論碳源的需求量，實(shí)際就是相當(dāng)于把N2氧化成N2O5的需氧量，進(jìn)一步說(shuō)就是N2O5分子中O/N的質(zhì)量比。

　　這樣就更簡(jiǎn)單了，C/N=16×5/(14×2)=20/7=2.86

　　依次可以類(lèi)推出NO2--N的純反硝化的理論C/N比是N2O3分子中O/N的質(zhì)量比=16×3/(14×2)=12/7=1.71

　　6)有毒物質(zhì)：鎳濃度大于0.5mg/L、亞硝酸鹽含量超過(guò)30mg/L或鹽濃度高于0.63%時(shí)都會(huì)抑制反硝化作用。

　　3、生物脫氮的基本條件

　　1)硝酸鹽：硝酸鹽的生成和存在是反硝化作用發(fā)生的先決條件，必須先將污水中的含氮有機(jī)物如蛋白質(zhì)、氨基酸、尿素、脂類(lèi)、硝基化合物等轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。

　　2)不含溶解氧：反應(yīng)器中的氧都將被有機(jī)體優(yōu)先利用，從而減少反應(yīng)器能脫氮的亞硝酸鹽量，溶解氧超過(guò)0.2mg/L時(shí)沒(méi)有明顯脫氮作用。

　　3)兼性菌團(tuán)：多數(shù)情況下，細(xì)菌普遍具有脫氮習(xí)性，污水處理的微生物脫氮時(shí)在好氧和缺氧條件下反復(fù)交替，其中以兼性菌團(tuán)為主。

　　4)電子供體：生物脫氮的能量來(lái)自脫氮過(guò)程中起電子供體作用的碳質(zhì)有機(jī)物，脫氮時(shí)污水中有機(jī)物必須充足，否則需要投加甲醇、乙醇、乙酸等外部碳源。

　　4、廢水生物脫氮處理方法

　　生物脫氮工藝是一個(gè)包括硝化和反硝化過(guò)程的單級(jí)或多級(jí)活性污泥法系統(tǒng)。從完成生物硝化的反應(yīng)器來(lái)看，脫氮工藝可分為微生物懸浮生長(zhǎng)型(活性污泥法及其變形)和微生物附著生長(zhǎng)型(生物膜反應(yīng)器)兩大類(lèi)。

　　多級(jí)活性污泥法系統(tǒng)具有多級(jí)污泥回流系統(tǒng)，是傳統(tǒng)的生物脫氮法，是將硝化和反硝化分別單獨(dú)進(jìn)行。此流程可以得到相當(dāng)好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點(diǎn)是流程長(zhǎng)、構(gòu)筑物多、基建費(fèi)用高、需要外加碳源、運(yùn)行費(fèi)用高、出水中殘留一定量甲醇等。

　　而單級(jí)活性污泥法系統(tǒng)則是將含碳有機(jī)物的氧化、硝化和反硝化在一個(gè)活性污泥系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，并且只有一個(gè)沉淀池，即一個(gè)污泥回流系統(tǒng)。

　　單級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)代表方法是缺氧/好氧(A/O)工藝和四段Bardenpho工藝(A/O/A/O)，其他方法還有厭氧/缺氧/好氧(A2/O)工藝、Phoredox(五段Bardenpho)工藝、UCT工藝、VIP工藝等;

　　此外，氧化溝、SBR法、循環(huán)活性污泥法等通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式而有脫氮功能時(shí)也歸為單級(jí)活性污泥脫氮系統(tǒng)。其中A2/O工藝、Bardenpho工藝、Phoredox工藝、UCT工藝、VIP工藝等同時(shí)具有脫氮除磷功能。

　　生物膜反應(yīng)器適合世代周期長(zhǎng)的硝化細(xì)菌生長(zhǎng)，而且其中固著生長(zhǎng)的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其適合生長(zhǎng)的環(huán)境。因此在一般的生物膜反應(yīng)器內(nèi)部，也會(huì)同時(shí)存在硝化和反硝化過(guò)程。

　　在已有的活性污泥法處理過(guò)程中，通過(guò)投加粉末活性炭等載體，不僅可以提高去除BOD5的能力，還可以提高整個(gè)系統(tǒng)的硝化和脫氮效果。如果將已經(jīng)實(shí)現(xiàn)硝化的廢水回流到低速轉(zhuǎn)動(dòng)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)和鼓風(fēng)量較小的生物濾池等缺氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)，可以取得更好的脫氮效果，且不需污泥回流。

　　二、化學(xué)脫氮

　　氨氮質(zhì)量濃度大于500mg/L的廢水稱(chēng)為高濃度氨氮廢水。工業(yè)廢水和城市生活污水中氨氮的含量急劇上升，呈現(xiàn)氨氮污染源多、排放量大，并且排放的濃度增大的特點(diǎn)。

　　針對(duì)高氨氮廢水的處理技術(shù)主要使用吹脫法、化學(xué)沉淀法等。