污水中的氮一般以有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氰和硝酸鹽氮四種形式存在。生活污水中氮的主要存在形態(tài)是有機氮和氨氮。通常采用的二級生化處理技術(shù)對氮的去除率是比較低的，一般將有機氮化合轉(zhuǎn)化為氨氮，卻不能有效地去除氮。污水脫氮，從原理看，可以分為物理法、化學(xué)法和生物法三大類。由于生物脫氮一般能夠滿足有關(guān)方面對污水凈化的要求，而且價格低廉，產(chǎn)生的二次污染物較易處理，因此生物脫氮方法是當(dāng)前最活躍的研究與投資開發(fā)領(lǐng)域。

一、生物脫氮技術(shù)

生物脫氮技術(shù)主要是利用污水中某些細(xì)菌的生物氧化與還原作用實現(xiàn)的。生物脫氮工藝從碳源的來源分，可分為外碳源工藝和內(nèi)碳源工藝；從硝化和反硝化過程在工藝流程中的位置來分，可分為傳統(tǒng)工藝和前置反硝化工藝；按照細(xì)菌的存在狀態(tài)不同，可以分為活性污泥法和生物膜法生物脫氮工藝。前者的硝化菌、反硝化菌等微生物處于懸浮態(tài)，而后者的各種微生物卻附著在生物膜上。

1.活性污泥法

活性污泥法是一種歷史悠久、目前應(yīng)用最廣泛的生物脫氮技術(shù)，它有許多種形忒。

(1)活性污泥法傳統(tǒng)流程這是一種傳統(tǒng)的三級生物脫氮工藝，即有機物的氧化、硝化和反硝化作用分別在不同的構(gòu)筑物中完成，如下圖所示：

由于有機物去除、氨氧化和硝酸鹽還原依次進行，彼此之間相對獨立，并分別設(shè)置污泥沉淀及回流系統(tǒng)，系統(tǒng)運行的靈活性比較強，有機物降解菌、硝化菌和反硝化菌的生長環(huán)境均較佳，因而反應(yīng)速度快，脫氮效果也比較好。但是，三級活性污泥法的流程長、構(gòu)筑物多、附屬設(shè)備多，因此基建費用高、管理難度大。此外，為了保持硝化所需的穩(wěn)定pH值， 往往兩要向硝化池加堿，為了保證反硝化階段有足夠的電子受體，需要外加甲醇等碳源，為了除去尾水中剩余的有毒物質(zhì)甲醇，又必須增設(shè)后曝氣池，所以運行費用也很高?？梢钥闯?，這種工藝的確具有很大的局限性。

如果將有機物去除和硝化放在同一個反應(yīng)器中進行，而將反硝化作用放在另一個反應(yīng)器中進行，則可以將三級生物脫氮系統(tǒng)簡化為兩級生物脫氮系統(tǒng)。如下圖：

與三級生物脫氮流程相比，兩級生物脫氮流程的基建費用和占地面積均有所降低，但是仍然需要外加甲醇和堿源。

(2)前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)又稱缺氧-好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)、A/0生物脫氮流程、 改良LudMck-Euinger工藝等。前置反硝化是目前使用比較廣泛的一種脫氮工藝（分建式缺氧好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)如下圖：)。

除分建式系統(tǒng)外，本工藝還可以建成合建式裝置，即將缺氧和好氧環(huán)境放在-個構(gòu)筑物內(nèi)，中間以擋板隔開，擋板下端與池內(nèi)壁之間以一定的縫隙相通，如下圖所示：

采用合建式裝置，對于現(xiàn)有推流式曝氣池的改造來說更加方便。

與傳統(tǒng)的生物脫氰流程相比較，該流程具有如下優(yōu)勢。

①由于構(gòu)筑物數(shù)量減少，因而流程得以簡化，占地面積減少，且缺氧段消耗原污水中的部分有機物，能夠降低好氧段的有機物污泥負(fù)荷，不僅容易使硝化菌取得競爭優(yōu)勢，而且降低了曝氣充氧的電耗，因而基建費用和運行費用均比較低。

②將缺氧段放在好氧段前邊，可以起到生物選擇器的作用，有利于防止污泥膨脹，改善活性污泥的沉降性能。

③反硝化過程能夠充分利用原污水中有機物和內(nèi)源代謝產(chǎn)物作為電子受體，既可以減少或取消外加碳源，從面省去后曝氣池，提高處理水水質(zhì)，又可以保證較高的碳比，有利于反硝化的充分進行。

④由于存在內(nèi)循環(huán)，缺氧反硝化產(chǎn)生的堿度能夠補償硝化反應(yīng)所造成的pH值下降，大大降低了堿投加量。

前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)也有自己的不足之處。一是處理出水中含有一定濃度的硝酸鹽，可能污染受納水體。第二，由于內(nèi)回流比限制本工藝的脫氮率一般為70%~80%, 很難達到90%。而且，該工藝對運行管理人員的素質(zhì)要求比較高。例如，如果系統(tǒng)運行不當(dāng)，沉淀池內(nèi)將發(fā)生反硝化反應(yīng)，造成污泥上浮，使處理水惡化。

(3)氧化溝工藝從工藝、流態(tài)和構(gòu)造方面看，氧化溝也非常適合于生物脫氮。

①氧化溝的污泥齡通常很長，一般可達15~30d，非常適合于世代時間長、增值緩慢的硝化菌存活與繁殖。

②氧化溝往往做成總長達幾十米甚至上百米的環(huán)行構(gòu)筑物。由于循環(huán)次數(shù)多達72次其至360次，混合液沿溝道方向近似于完全混合式。然而由于工藝狀況不同，混合液中溶解氧的濃度在不同位置也存在很大差異：在曝氣器的附近非常容易出現(xiàn)DO比較高的富氧區(qū)，而在遠離曝氣裝置的地方，容易出現(xiàn)DO比較低的缺氧區(qū)，使硝化和反硝化能夠在同一裝置中順利進行，從而達到生物脫氮的目的。

據(jù)報道，Carrousel氧化溝、交替工作氧化溝、二次沉淀池交替運行氧化溝、Orbal型氧化溝、曝氣-沉淀一體化氧化溝和刺渠型一體化氧化溝等均可以用于脫氮，其脫氮效率可以達到60%-90%，例如，Carrousel氧化溝的脫氮率為90%, Orbal型氧化溝的總氮去除率也以達到85%~90%。

氧化溝工藝構(gòu)造簡單，運行穩(wěn)定，易于管理維護，出水水質(zhì)好，基建費用和處理成本均較低，對原水水質(zhì)水量的變化也有很強的適應(yīng)性，是一種非常有競爭力的生物脫氮技術(shù)。

2.生物膜法

生物膜法是與活性污泥法并列的一種污水處理技術(shù)。由于生物污泥的生物固體平均停留時間與污水的水力停留時間無關(guān)，世代時間比較長、比增殖速度較小的硝化菌和亞硝化菌都能夠很好的繁殖和增殖，因此各種生物膜處理工藝都具有一定的硝化功能，采用適當(dāng)?shù)倪\行方式，還能夠達到反硝化脫氮的要求。而且，與活性污泥法相比，生物膜法還具有下列優(yōu)點。

①微生物濃度高，處理效率高。據(jù)實測，如果折算成曝氣池的MLVSS，珥以達到 40?60g/L,遠遠高于活性污泥處理系統(tǒng)。

② 污泥齡長，產(chǎn)泥量少。由于生物膜上存在的食物鏈較因此產(chǎn)泥量少，剩余污泥的處理量僅為活性污泥法的一半左右。在生物轉(zhuǎn)盤上還可以生長世代時間較長的硝化菌，因此如果得當(dāng)，除有效去除有機物外，還能夠具有硝化和反硝化脫氮的作用，其工藝流程如下圖：

該工藝的脫氮原理是：由于降解有機物的好氧氧化菌的生長繁殖優(yōu)先于硝化菌與亞硝化菌，因此，在前兩級轉(zhuǎn)盤上去除有機物的能力較強，而后兩級能夠產(chǎn)生比較充分的硝化反應(yīng)，形成硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。由于轉(zhuǎn)盤低速旋轉(zhuǎn)的傳質(zhì)作用.這些硝態(tài)氮隨污水進人處于厭氧狀態(tài)的淹沒式轉(zhuǎn)盤時，與外加甲醇（碳源）充分接觸，進行反硝化脫氮反應(yīng)。而殘留下來的甲醇（碳源）再經(jīng)過好氧生物轉(zhuǎn)盤的處理后得到去除。