氮、磷元素的大量排放會造成水體（tǐ）的富營養化，因此我國（guó）將氨氮和總磷作為評價汙水處理廠處理效果的重要考核指標。目前汙水處理以生物脫氮為主，其（qí）脫氮（dàn）原理為經過好氧硝化，缺氧反硝化，將汙水中的氮元素轉化為無害的氮氣。

       一、原理（lǐ）

       總氮是指可（kě）溶性及懸浮物顆粒中（zhōng）的含（hán）氮量（liàng），包括（kuò）NO3-，NO2-和NH4+等（děng）無機氮和氨（ān）基酸、蛋白（bái）質和有機胺等有機氮。生（shēng）物脫氮*先是在厭氧環境內，通過氨化作用將有機氮轉化為氨氮，這一過程稱為氨化（huà）過程，氨化過（guò）程很容易進行，在一般無數處理設施中均能完成；然後（hòu）在好氧環境內，通過硝化作用，將氨氮（dàn）轉化為硝態氮；隨後在缺氧環境內，通過反（fǎn）硝化作用（yòng），將硝態氮轉化為氨氣，從水中逸出。

       二、主要工藝

       脫氮的主（zhǔ）要工藝包括活性汙泥法（A2O、氧化溝、SBR等（děng））和生物膜法（生（shēng）物濾池、生物接（jiē）觸氧化池、生物轉盤等），對汙水（shuǐ）中的氮都有良好的去除效果，但在（zài）工藝以及操作上存在一定的局限性和複（fù）雜性。

       1.活性汙泥法：

       （1）A2O法

       A2O法即厭氧一缺氧（yǎng）一好氧活性汙泥法。汙水在流經厭氧、缺（quē）氧、好氧三個不同（tóng）功能分區的過程中，在（zài）不同微生物（wù）菌（jun1）群的作用（yòng）下，使汙水中的有機物、N、P得到去除。A2/O法是*簡單的同步除磷脫氮工藝，總水力停留時間短，在厭氧、缺氧、好氧交替運行的條件下，可抑製絲狀菌的繁殖，克（kè）服汙泥膨（péng）脹，SVI一般小於100，有（yǒu）利於處（chù）理後的汙水與汙泥分（fèn）離，厭（yàn）氧和缺氧段在運行中（zhōng）隻需輕緩攪拌，運行費用（yòng）低（dī）。該工藝在國內外使用比較廣泛。

       優點：該工藝為*簡單的同步脫氮除磷，總的水力停留時間（jiān），總（zǒng）產占地麵積少；在厭氧的好氧交（jiāo）替（tì）運行條件下，絲（sī）狀菌得不（bú）到大（dà）量增殖，無汙泥膨脹；汙泥中含磷濃度高，具有很高的肥效；運行中（zhōng）勿需投藥，隻用輕緩（huǎn）攪拌，運行費低。

       缺點：除磷效果難於再行提高，汙泥增長有一定的限度，不易提高；脫氮效果也難於進一步提高，內循環量不（bú）宜太高，否（fǒu）則增加運行費用（yòng）；對沉澱池要保持一定的濃度的（de）溶解氧，減少停留時間，溶解濃度也不宜（yí）過高，以防止循環混合液對缺反應器的幹擾。

       （2）氧化溝

       氧化溝又稱連續循環反應器，是20世紀50年代由荷蘭的公共衛生所（TNO）開發出來的。氧化溝是常規活性汙泥法的一種（zhǒng）改型和發展，是延時曝氣法的一種特殊形式。其主要功能是（shì）供氧；保證其活性汙泥呈懸浮狀態，是汙水、空氣、和汙泥三者（zhě）充分混合與接觸；推動水流以一定的流速（不低於0.25m/s）沿池長（zhǎng）循環流動（dòng），這對保持氧化溝的淨化功能具有重要的意義。氧化（huà）溝具有出水水質好、抗衝擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、汙泥易穩定、能耗省、便於自動化控製等優點。但（dàn）是，在實際（jì）的運行過程中，仍存在一係列的問題（tí），如汙泥膨脹問題、泡沫（mò）問題、汙泥上浮問題、流（liú）速不（bú）均及汙泥沉積問題。

       （3）SBR

       間歇式活（huó）性汙泥（ní）法簡稱SBR工藝，一（yī）個運行周期可分為五個階（jiē）段即（jí）：進水、反應、沉澱、排（pái）水、閑置（zhì）。這種一（yī）體化工藝的（de）特（tè）點是工藝簡單，由於隻有一（yī）個反應池（chí），不（bú）需二沉池、回流汙泥及設備（bèi），一般情況下不設調節池，多數情況下可省（shěng）去（qù）初沉池。

       特點：大多數情況下，無設置調節池的需要；SVI值較（jiào）低，易於沉澱，一般情況下不會產生汙（wū）泥膨脹；通過對（duì）運行方式的調節，進行除磷脫（tuō）氮反應；自動化程度較高；得當時，處理效果優於連續式；單方投資較少；占地規模較大，處理水量較小（xiǎo）。

       存在問題：A2O和氧化溝工藝均需（xū）要較大的池體麵積，基建成本（běn）高；汙泥回流、沉澱工序複（fù）雜、能耗大，普通小型汙水廠難（nán）以承擔，不適用於汙水廠改造。SBR工藝需要精細度（dù）高的潷水器（qì）來保證出水水質，後續要設置調節池來調節出水水量，對自動化要求高。

        2.生物膜法：

       生物（wù）濾池占地麵積大，生物接觸氧化池固定載體施工維護難度大（dà），且二者（zhě）均容易發生堵塞，對（duì）汙水廠的長期穩定運作（zuò）造成極大的困難。生物轉盤處理水量小（xiǎo），僅適用於處理水量小（xiǎo）的汙（wū）水處理廠。

       3.新型工藝

       （1）MBBR膜法

       MBBR工藝（yì）是基（jī）於生物濾（lǜ）池和生物流化床工藝發（fā）展起來的，在同時發揮生物膜法和活性汙泥法的優勢（shì）下（xià），克服了生物膜法常遇到的填料堵塞和反衝（chōng）洗的高能耗，還克服了活性（xìng）汙泥法的汙（wū）泥流失（shī）等問題（tí），使其生物處理效果更為（wéi）有效。

       MBBR載體使用（yòng）聚合高分子材料製成，高分子材（cái）料中融合多種有利於微生物快速附著（zhe）生長的微量元素（sù），經過特殊工藝改（gǎi）性、構造而成，具有（yǒu）比表麵積大、 親水性好、生物活性高、掛膜快、處理效果好（hǎo）、使用壽命長等優點。

       微生物可大量附著在MBBR載體上，使生化處理係統在汙泥濃度不變的情況下生物量得到成倍的提高。係統的處理能力和效率也因（yīn）此得到相應的（de）提高，強化了對不同水質的抗衝擊性。當附著（zhe）在MBBR載體上的生物膜（mó）達到一定的厚度（dù）時，生物膜形成溶氧梯度，使得在好氧池內載體的內部仍存在缺氧區域，使反硝化（huà）菌能在載體內部進行反硝化作用，即同步硝化反硝化（huà）。可以有效節省碳源，使其能在較低的碳氮比的（de）情（qíng）況下仍能有良好的脫氮（dàn）能力。

       MBBR載體密度（dù）均小於1，在掛膜之後密度與水相近，能在水體中呈懸浮狀態。在實際操作中，使用曝氣+攪拌使載體（tǐ）在水體中呈流化狀（zhuàng）態，形成氣（qì）-液-固（gù）三相流化，強化（huà）了（le）氣、液相和載體之間的接觸，大大提高了對氧（yǎng）氣的利（lì）用效率（lǜ），有效降低曝氣量和能耗。 

       MBBR工藝隻需在原有生化工藝上按比例投加載體，和設置載體格柵，無需大量的基建即可起到強化脫（tuō）氮能力的作用，大大節省了投資成本。在汙水廠的（de）提標改造方麵有良好（hǎo）的發展前（qián）景。

       （2）短程硝化反硝化

       傳統的脫氮工藝是將NH4+氧化成（chéng）NO2-,再氧化成NO3-；起作用的分別是亞硝酸菌和硝酸菌（jun1），統稱為硝（xiāo）化菌，可得如下（xià）結論：亞硝化過程產生的（de）能量比硝化過程產生的能量多，因而前者反（fǎn）應速率較（jiào）後者（zhě）快；亞硝化過程中產生大量（liàng）的H+,使係統pH值降（jiàng）低（dī），而硝化過程對係統的pH值無影（yǐng）響；亞（yà）硝化過程和硝（xiāo）化過程好氧比為3:1；亞（yà）硝酸菌和硝酸菌的生理特性大致相似，但前者的時代周期短，生長較快，因此較能適應衝擊負荷和不利的環境條件。當硝酸（suān）菌受（shòu）到抑製的時（shí）候，將會出現NO2-的積（jī）累。很顯然，在傳統的硝化-反硝化脫氮過程中，在反硝化菌的作用下，反（fǎn）硝化過程既可從硝酸鹽開始，也可以從亞硝酸鹽開始。但由NO2-轉化為NO3-，然後（hòu）由NO3-再轉化為NO2-的重複轉化過程中，要消耗更多的溶解氧和有機碳源（yuán）。如果在（zài）實際過程中，控製這一轉化過程，使NH4+全部或絕大部分轉化為NO2-而不是NO3-，由NO2-直接進（jìn）行反硝（xiāo）化，稱此過程為短（duǎn）程硝化-反硝化，經過環境工作者的不懈努（nǔ）力，短程硝化-反硝（xiāo）化過程在（zài）許多反應器都得以實現。

       與傳統脫氮工藝（yì）過程相比，短程硝化-反硝化體現出以下優勢。

       節能：硝化階段（duàn），供氧量節省（shěng）近（jìn）25%，降低能耗；節約外加碳源：從NO2-到N2要（yào）比（bǐ）從NO3-到N2的反硝化過程中，減少40%的有機碳源；可以縮短水力停留時間：在高氨環境下，NH4+的硝化速率和（hé）NO2-的反硝化速率均比NO2-的（de）氧化速率和NO3-的反硝化速率快，因此水力停留時間可以縮短，反應器的容（róng）積也相應（yīng）減小；可減少剩餘汙泥產量：亞硝酸菌表觀產率係數為0.04~0.13gVSS/gN,硝（xiāo）酸菌的表觀產率係數為0.02~0.07 g VSS/g N，NO2-反硝化（huà）菌和NO3-反硝化菌的表觀產率係數分（fèn）別為（wéi）0.345 g VSS/g N和0.765 g VSS/g N，因此短程硝化反硝化過程中可以減少產泥24~33%，在反硝化過程中可少產泥50%。

       存在問題：短程硝化反硝化工藝目前還處於（yú）研究階段，實（shí）際應用工程較少。由於短（duǎn）程硝化階段溫度（dù）、pH 值（zhí）等因素（sù）的控製難度較大，需要研發更加完善的在線檢測和模糊控（kòng）製技術，以實現穩定的短（duǎn）程硝化反（fǎn）硝化，從而（ér）不斷擴大短程（chéng）硝化反硝化工藝的應用。

       （3）厭氧氨（ān）氧化

       厭氧氨氧（yǎng）化作用（yòng）即在厭氧條件下由厭氧氨（ān）氧化菌利（lì）用亞硝（xiāo）酸（suān）鹽為電子受體（tǐ），將氨氮氧化（huà）為氮氣的（de）生物反應過程。這種反（fǎn）應通常對外（wài）界條件（pH值（zhí）、溫度（dù）、溶解氧等）的要求比較苛刻，但這種反應由於不需要氧氣和有機物的參與（yǔ），因此（cǐ）對其研（yán）究和工藝（yì）的開發具有可持續發展的意義。
 
       厭氧氨氮化（huà）一般前置短程硝化工藝，將廢水中的一部分氨氮（dàn）轉化成亞硝酸鹽。目前在處理（lǐ）焦（jiāo）化廢水、垃圾滲濾（lǜ）液等廢水方麵（miàn）已經有（yǒu）成功的運用實例。

       厭氧氨（ān）氧（yǎng）化是一個微生物反（fǎn）應（yīng），反應產物為氮氣。具（jù）有一些優點：由（yóu）於氨直（zhí）接作反硝化反應的電子供（gòng）體，可免（miǎn）去（qù）外源有機物(甲醇)，既可節約運行（háng）費（fèi）用，也可防止二次（cì）汙染；由於氧得到有效利用，供氧能耗下降；由於部分氨沒有經過硝化作用而直接參與厭氧氨（ān）氧化反（fǎn）應，產酸量下降，產堿量為零，這樣可以減少中和所（suǒ）需的化學試劑，降低運（yùn）行費用，也可（kě）以減輕二次（cì）汙染。

       （4）曝氣生物濾池（BAF）

       曝氣生物濾池是 90 年代初興起的汙水（shuǐ）處理新工藝，已在歐美和日本等發達*廣為流行。
該工藝具有去除 SS 、化學需氧量（liàng）、 BOD 、硝化、脫氮、除磷、去除 AOX （有害物質（zhì））的（de）作用（yòng），其特點是集（jí）生物氧（yǎng）化和截（jié）留懸浮固體與一體，節省了後續沉澱池 ( 二沉池 ) ，其容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少（shǎo），出水水質好：運行能耗低，運行費用省。

       BAF 屬第三代生物膜反應器，不僅具有生（shēng）物膜工藝技術的優勢，同（tóng）時也起著有效的（de）空間（jiān）過（guò）濾（lǜ）作用（yòng），通過使用特殊的濾料和正確的配氣設計。

       工藝特點

       1、采用氣水平行上向流，使得氣水進行極好均分，防止了氣泡在濾料層（céng）中凝結核氣堵現象，氧（yǎng）的利用率高，能耗低；
       2、與下向（xiàng）流過（guò）濾相（xiàng）反，上向流過濾維（wéi）持在整個濾池高度上提供正壓條件，可以更好的（de）避免形成溝流或短（duǎn）流，從而避免通過形（xíng）成溝流來影響過濾工藝（yì）而形成的氣阱；
       3、上向流形成了對工藝有好（hǎo）處（chù）的半（bàn）柱推條（tiáo）件，即使采（cǎi）用高過濾速度和負荷，仍能（néng）保證 BAF 工藝的持久穩定（dìng）性和有效性；
       4、采用氣水平行上向流，使空間過濾能被更好的運用，空氣能將固體物質帶（dài）入濾床深（shēn）處（chù），在濾池中能得到高負（fù）荷（hé）、均勻的固體物質，從而延長了反衝洗周期，減少清（qīng）洗時間和清洗時用的（de）氣水量；
       5、濾料層（céng）對氣泡的切割作用（yòng）是使氣泡在濾池中的（de）停留時間延長，提高了氧的利用率；
       6、由於濾池（chí）極好的截汙能力，使（shǐ）得 BAF 後麵不需再設二次沉澱池；
       適用範圍：城市汙水、小區生活汙水、生活雜排水和食品加工水、釀造等（děng）有機（jī）廢水處理。

       （4）STCC

       “STCC汙（wū）水處理（lǐ）及深度淨化技（jì）術”是一種新型（xíng）的多種介質填料的“曝氣生物濾池技術”，該技術（shù）在“土壤淨化法”的長期實踐經驗基礎上，采用本地天（tiān）然材料和廢棄材料，研發出具有自淨功（gōng）能的“不（bú）飽和炭（tàn）”、“脫氮材料”和“除磷材料”等多種介質的填料，組成（chéng）複合填（tián）料床。通過特殊的曝（pù）氣係統（tǒng）在填料床（chuáng）中形成好氧缺氧和厭氧交替的環境，達到脫（tuō）氮和除磷的目的。 

       技術名稱STCC寓意：ST代表standard(標準（zhǔn）)，*個C代（dài）表 combination(組合)，第二個C代表（biǎo）carbon(碳) ，STCC意即“標準（zhǔn）化組合的、以碳係（xì）材料（liào）生物濾池為核心的汙水（shuǐ）處理及深度淨化技術（shù）”。

       處（chù）理城鎮汙水後的出水優於*《城鎮汙（wū）水處理廠汙染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準，可以達到*《地表水環境質量標（biāo）準》(GB3838—2002）Ⅳ類標準（zhǔn）。

       適（shì）用範圍（wéi）：城鎮生活（huó）汙水處理及深度處理、生態型城市汙水處理廠、河流湖泊水體淨化與（yǔ）修複。