污水氨氮的去除

污水去除氨氮的方法主要有物理化学法和生物法两大类，在市政污水处理行业中生物法除氨氮是主流，也是城市污水处理中经济和常用的方法。物理化学去除氨氮主要有折点氯化法、选择性离子交换法、空气吹脱等；生物去除氨氮较多，但原理是一样的。

a、物理化学脱氮

折点氯化法

折点氯化法是将氯气或次氯酸钠投入污水中氧化成N₂的化学工艺其方程式为：

NH4⁺ + 1.5HOCL  →  0.5N₂ + 2.5H⁺ + 1.5CL

氯投加量与NH₄-N重量比为7.6:1，由于污水水质的不同，投加量大于理论计算值。

此外，折点氯化法还需要水中碱度，理论计算1mg／L NH₄—N消耗14.3mg／L碱度(以CaCO₃计)，一般需要向污水中投加NaOH或石灰来补充碱度：另外还需对出水余氯进行脱除，以免毒害鱼类—贝类等水生生物。余氯脱除可用还原剂(二氧化硫)将余氯还原成氯离子或用活性碳床过滤吸附。

采用折点氯化法脱氨氮，工艺复杂，投氯量大，再加上补充碱度，余氯脱除等工艺环节，而且投氯尚会产生一些新的有毒有害物质。从经济上、运行管理上和环境方面来分析均不适宜于本工程。

选择性离子交换法

阴离子交换树脂的离子交换反应可用下式表示：

nR^－A⁺ + Bⁿ⁺  ↔  nR^－Bⁿ⁺nA^－

离子交换树脂对各种离子所表现的不同亲和力或选择性是离子交为离子交换物质，但该法在国内尚未采用。

该法存在的主要问题是进入交换柱的SS不应大于35mg/L，以免增加水头损失，堵塞沸石床：吸附饱和后必须对沸石进行再生，以恢复离子交换能力；目前无运行管理经验。因此不应采用此方案。

空气吹脱法

污水中氨氮大多以氨离子（NH₄）和游离（NH₃）形式存在在水中形成如下平衡：

NH₄ + OH^－  ↔  NH₃^－ + H₂0

当PH值生高时，平衡向右移动，污水中游离氯的比例增加，当PH值生高到11左右时，水中的氨氮几乎全部以NH₃形式存在，若加以搅拌。曝气等物理作用可使氨气从水中向大气转移，既被吹脱。

氨吹脱包括三个过程:一是提高污水的PH值，将污水中的NH₄转变为NH₃；二是吹脱塔中反复形成水滴，汽一液界面不断更新，使液态NH₃不断向气相转移；三是吹脱塔大量循环空气，增加汽水接触，搅动水滴。

该工艺方案主要存在的问题是需调节污水的PH值，增加大量石灰，药剂投加量大；另外，还生产大量污泥，增加处理难度的处理量，由于需要大量循环空气，故动力费用较高；尾气中含有大量氨气，会对大气造成污染，因此，需要进行尾气处理。该方法适用于氨氮含量很高的工业污水或废水，在城市污水处理中尚无使用先例，也缺少运行管理经验，因此不推荐采用。

综上所述，从经济管理方面等考虑，物理化学法除氨氮不适宜在本工程中使用。氨氮的去除应采用生物处理方法。

b、生物法去除氨氮

氮是蛋白质不可缺少的的组成部分，因此广泛存在于城市污水中在原污水中，氮以NH₄-N及有机氮的形式存在，这两种形式的氮合在一起称之为凯氏氮，用TKN表示。而原污水中的NO₂-N含量很少，几乎为零。这些不同形式的氮统称为总氮(TN)。

氮也是构成微生物的元素之一，一部分进入细胞体内的氮将随剩余污泥一起从水中去除。这部分氮含量占所去除的BOD₅的5％，为微生物重量的12％，约占污水厂剩余活性污泥的4％。

在有机物被氧化的同时，污水中的有机氮也被氧化成氨氮，在溶解氧充足，泥龄较长的情况下，进一步氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，通常称之为硝化过程。其反应方程式如下：

NH₄⁺ + 1.5O₂  →  NO₂^－ + 2H⁺ + H₂O

NO₂^－ + 0.5O₂  →  NO₃^－

{dy}步反应靠亚硝酸菌完成，第二步反应靠硝酸菌完成，总的反应为：

NH₄⁺ + 2O₂  →   NO₃^－ + 2H⁺ + H₂O

因为硝化菌属于自养菌，其比生长率U_N明显小于异氧菌的生长率U_H，生物脱氮系统维持硝化的必要条件是Ξ ≥ Ξ_N，即系统的实际泥龄大于硝化要求的泥龄，也就是说系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，使得系统泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。根据实验数据和运行实例，设计污泥负荷在0.18kgBOD₅／kgMLSS·d及以下时，就可以达到硝化的目的。

本工程中BOD与总氮的比值为6 > 3，COD与总氮的比值为10 > 7，可见，能够满足反硝化的要求，生物脱氮效果较好，因此，本工程仍以生物脱氮法为主。

（5）硝酸盐(TN)的去除

氮是藻类生长所需的营养物质，容易引起水体的富营养化，因此，一般情况下总氮(主要为硝酸盐)也是污水处理厂出水的控制指标之一。

经过好氧生物处理后的污水，其中大部分的剀氏氮都被氧化成为硝酸盐（NO₃-N），反硝化菌在溶解氧浓度极低或缺氧情况下可以利用硝酸盐中氮作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气（N₂），从而完成污水的脱氮过程，通常称之为反硝化过程。其能量来源于甲醇、乙醇、甲烷或污水中的碳源，反映方程式如下：

6NO₃^－ + 5CH₃OH  →   3N₂+5CO₂ + 7H₂O + 6OH^－

8NO₃^－ + 5CH₄  →   4N₂ + 5CO₂ + 6H₂O + 8OH^－

10NO₃^－ + C₁₀H₁₉O₃N  →   5N₂ + 10CO₂ + 3H₂O + NH₃ + 10OH^－

在反硝化过程氢氧根离子与水中的二氧化碳反应生成重碳酸根离子：

OH^－ + CO₂  →   HCO₃^－

本工程对出水总氮或硝酸盐的去除要求并不算高，但是从上述硝消化和反硝化过程反应方程式可以看出：

1）硝酸盐还原为氮气的反硝化过程中，反硝化菌利用硝酸盐(NO₃^－)作为电子受体，而以污水中的有机物作为碳源提供能量并使之氧化稳定。每转化1gNO₃^－-N为N₂时，需要消耗有机物(以BOD₅计)2.86g，即反硝化1g硝酸盐可以回收2.86g氧。

2）硝化过程有H⁺产生，要消耗水中碱度，当碱度不够时，污水的PH值将下降至维持硝化反应正常进行所需的PH值之下，从而使硝化反应不能正常进行。每氧化1gNH₄⁺-N为N O₃^－-N时要消耗碱度7.14g。而反硝化反应则伴随有OH^－产生，每转化1gN O₃^－-N为N₂时要产生3.75g碱度，即可以回收3.75g碱度，使硝化过程消耗的部分碱度得到补充。

因此，从降低能耗(利用N O₃^－-N作为电子受体氧化有机物)、回收碱度保证硝化进行过程以及改善生物除磷效率的角度来看，本工程采用反硝化或部分反硝化的生物脱氮工艺是有利的，其处理程度能满足出厂水质要求，也能满足生化处理工艺本身的需要。

综上所述，根据污水处理厂的进水水质和要求达到的出水指标，{zj0}的处理工艺是生物除磷脱氮工艺，即二级强化处理工艺。

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