氨氮、硝態氮、總氮、和生物脫氮工藝 - 半點科技

氨氮、硝態氮、總氮、和生物脫氮工藝 

去冬今春接到許多客戶的電話咨詢污水中氮的去除工藝?；蛟S是因為這段時間氣溫低，微生物的活性低造成系統脫氮效率下降；或許也因為環保部門的管理越來越嚴格了（當然是好事）。本文旨在厘清一些基本概念，供同行參考。

首先說一下污水中氮的種類。

污水中的氮有兩種形式：無機氮和有機氮。無機氮包括氨氮（NH₃，NH₄⁺）和和包括硝態氮（NO₂^-，NO₃^-），有機氮是指蛋白質、氨基酸等有機物里存在的氮。有機氮和無機氮在有些情況下（尤其是有微生物存在）可以相互轉化。水體中總氮就是水體內無機氮和有機氮的含量總和。其相互關系如下圖所示：

氨氮和總氮是污水排放控制重要指標。

其次說一下不同形式的氮是如何相互轉化的

水體中各種形式的氮相互之間通過同化作用、氨化反應、硝化反應、反硝化反應相互轉化。具體如下

1. 同化作用：微生物生長繁殖的過程中會吸收一部分氮，變成有機氮成為細胞的一部分，成為活性污泥離開水系統，這個過程叫同化作用。按照細胞干重來計算，微生物細胞中氮的含量約為12.5%。同化作用可以帶走污水中20%的氮。
2. 氨化反應：有機氮通過一系列生化反應轉化成無機的氨氮，這個過程就是氨化反應。參與氨化反應的細菌也被成為氨化細菌。
3. 硝化反應：硝化反應是氨氮轉化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的反應，反應通過硝化細菌完成。反應分兩步，過程示意如下：
1. NH₄⁺+3/2O₂→NO₂^-+H₂O+2H⁺
2. NO₂^-+1/2O₂→NO₃^-
3. 總反應式：NH₄⁺+2O₂→NO₃^- +H₂O+2H⁺。顯然硝化反應是氧化反應，要消耗大量的氧氣，同時產生大量酸，所以需要補充大量的堿來平衡。所以溶解氧和堿度是硝化系統正常工作的關鍵因素。一般需要控制水的溶解氧（DO）不低于2PPM，總堿度控制不低于100PPM。
4. 反硝化反應：反硝化反應是在缺氧條件下，亞硝酸氮和硝酸氮被還原成氮氣(N₂)。氮氣排放到大氣中從而污水得以脫氮。參與這一生化反應的是反硝化細菌。反硝化反應式如下：NO₃^-→NO₂^-→N₂O^-→N₂。反硝化反應需要在缺氧條件下才能進行，溶解氧控制在0-0.3PPM才能實現反硝化作用。

以上所有反應簡單總結在下面這個示意圖里：

最后說一下生物脫氮的基本工藝

污水的脫氮有兩條技術路線：物理化學脫氮和生物脫氮。由于可持續性好、綜合運行成本低，生物脫氮的應用越來越多。但需要注意的是氨化反應和硝化反應可以降低氨氮水平，但不能降低污水的總氮。上述所有生化過程中只有同化反應（通過排泥帶走）和反硝化反應（通過生成氮氣排放到大氣中）可以將氮從污水中帶走，從而降低總氮。這個過程才是真正的“脫氮”。這也是地球上氮循環的一個重要組成部分。

生物脫氮的原理很簡單，但具體工藝流程差別很大，限于篇幅，需要單獨的文章來闡述。