總氮丶氨氮丶硝酸鹽氮丶亞硝酸鹽氮丶凱式氮總是傻傻分不清楚？看完這篇文章你就是除氮專家!

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氮在水中存在的形式是什么?影響因素有哪些?

自然界氮素蘊藏量豐富，以三種形態(tài)存在:分子氮N2,占大氣的78%; 有機氮化合物;無機氮化合物。其中水體中的氮主要包括有機氮和無機氮兩大類，其總量稱為總氮(英文縮寫為TN)。

有機氮是指以有機化合物形式存在的氮，如蛋白質(zhì)、氨基酸、肽、尿素、有機胺、硝基化合物、重氮化合物等。農(nóng)業(yè)廢棄物和城市生活污水中存在的有機氮主要是蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物一多肽和氨基酸。但某些工業(yè)廢水中可能有其他含氮有機化合物。無機氮指氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮等，它們一部分是有機氮經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化作用而產(chǎn)生的，一部分直接來自施用化肥的農(nóng)田退水和工業(yè)排水。

氮在水體中會發(fā)生轉(zhuǎn)化。隨著時日的延長，有機氮很不穩(wěn)定，容易在微生物的作用下，分解成無機氮(在無氧的條件下，分解為氨氮;在有氧的條件下，先分解為氨氮，再分解為亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮)，并不斷減少。

氨氮在污水中存在形式有游離氨(NH3)與離子狀態(tài)銨鹽(NH4+)兩種，其中游離氨的濃度除主要取決于氨氮的濃度外，還隨水中的pH值和溫度的增加而增大。此外，離子強度對游離氨的濃度也會有影響。

水中硝酸鹽是含氮有機物經(jīng)無機化作用階段的分解產(chǎn)物。硝酸鹽在缺氧、酸性的條件下可以還原成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽氮是氮循環(huán)的中間產(chǎn)物，不穩(wěn)定。根據(jù)水環(huán)境條件，可被氧化成硝酸鹽氮，也可以被還原成氮。

 

什么是凱氏氮?

凱氏氮是有機氮與氨氮之和，凱氏氮指標可以用來判斷污水在進行生物法處理時氮營養(yǎng)是否充足的依據(jù)。生活污水中凱氏氮含量約40mg/L (其中有機氮約15mg/L,氨氮約25mg/L),總氮與凱氏氮之差值約等于亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮之和;凱氏氮與氨氮的差值約等于有機氮。

氮的危害是什么?

生活污水和化肥、食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)田排水都含有大量的氮。天然水體接納這些廢水后，會發(fā)生水體富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，不過這種自然過程非常緩慢。而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營養(yǎng)化則可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時，浮游藻類大量繁殖，形成水華。因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。

水中硝酸鹽是含氮有機物經(jīng)無機化作用的分解產(chǎn)物。人體攝入硝酸鹽后，經(jīng)腸道中微生物的作用轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽而出現(xiàn)毒性作用。亞硝酸鹽可使人體正常的血紅蛋白氧化為高鐵血紅蛋白，發(fā)生高鐵血紅蛋白癥，失去其輸氧的能力，導致組織缺氧。

污水進行生物處理時，氨氮不僅為微生物提供營養(yǎng)，而且對污水的pH值起緩沖作用。但氨氦過高時，特別是游離氨濃度較高時，降低微生物的生活活動。

氮的來源是什么?氨的存在形式是什么?

污水中的氮一方面來自于化肥和農(nóng)業(yè)廢棄物。另一方面來自城市生活污水和某些工業(yè)廢水。城市生活污水中含有豐富的氮，其中糞便是生活污水中氮的主要來源。氨氮的來源主要有制革廢水、酸洗廢水等工業(yè)廢水。某些生化處理設施的出水和農(nóng)田排水中可能含有大量的硝酸鹽氮。

氮是如何轉(zhuǎn)化的?

含氮化合物在水體中的轉(zhuǎn)化可分為三個階段:第一階段為含氮有機物在水體中逐漸被微生物分解成較簡單的化合物，生成無機氨氮，稱為氨化過程;第二階段是氨氮在有氧的條件下，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽與硝酸鹽，稱為硝化過程;第三階段是亞硝酸鹽與硝酸鹽在低氧或無氧條件下，被反硝化菌還原轉(zhuǎn)化為氮氣，稱為反硝化過程。氨化可以在有氧或無氧條件下進行，硝化則只可以在有氧條件下進行。如果水體缺氧，則硝化反應不能進行。

硝化的概念是什么?

傳統(tǒng)生物脫氮理論認為氨氮是借助兩類不同的細菌(硝化菌和反硝化菌)將水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣而去除。首先在好氧條件下，亞硝酸細菌以氧作為電子受體，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，之后硝酸細菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，這個反應過程稱為硝化反應。

反硝化的概念是什么?

硝化反應完成后，反硝化細菌利用各種有機基質(zhì)作為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，進行缺氧呼吸，將硝酸鹽或亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，這個過程稱為反硝化。

常用的生物脫氮工藝有哪些?

（1）傳統(tǒng)脫氮工藝
由巴茨(Barth) 開創(chuàng)的傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝為三級活性污泥法流程，它是以氨化、硝化和反硝化、生化反應過程為基礎建立的。

 

傳統(tǒng)活性污泥法脫氮工藝（三級活性污泥法）

該工藝流程將去除BOD5與氨化、硝化和反確化分別在三個反應池中進行，并各自有污泥回流系統(tǒng)。一級曝氣池為一般的二級處理曝氣池，其主要功能是去除BOD、COD,將有機氮轉(zhuǎn)化為NH3-N,即完成有機碳的氧化和有機氮的氨化功能。一級曝氣池的混合液經(jīng)過沉淀后，出水進入第二級曝氣池，稱為硝化曝氣池，進人該池的污水，其BOD5值已降至15～20mg/L的較低水平，在硝化曝氣池內(nèi)進行硝化反應，使NH3-N氧化為NO3--N,同時有機物得到進一步分解，污水中BOD5進一步降低。硝化反應要消耗堿度，所以需投加堿，以防pH值下降。硝化曝氣池的混合液進入沉淀池，沉淀后出水進入第三級活性污泥系統(tǒng)，稱為反硝化反應池，在缺氧條件下，NO3--N還原為氣態(tài)N2，排入大氣。因為進入該級的污水中的BOD5值很低，為了使反硝化反應正常進行，所以需要投加甲醇作為外加碳源，但為了節(jié)省運行成本，也可引人原污水充作碳源。

在這一系統(tǒng)的后面，為了去除由于投加甲醇而帶來的BOD值，可設后曝氣池，經(jīng)處理后排放水體。

這種系統(tǒng)的優(yōu)點是有機物降解菌、硝化菌、反硝化菌分別在各自反應器內(nèi)生長增殖，環(huán)境條件適宜，并具有各自的污泥回流系統(tǒng)，去除BOD和硝化反應都快，而且比較徹底。但也存在處理設備多、造價高、處理成本高、管理不夠方便等缺點。

為了減少處理設備，可以將三級活性污泥法脫氮工藝中的去除BOD為目的的一級曝氣池和第二級硝化曝氣池相合并，將BOD去除和硝化兩個反應過程放在統(tǒng)一的反應器內(nèi)進行，于是就產(chǎn)生了兩級生物脫氮系統(tǒng)。

 

兩級生物脫氮系統(tǒng)工藝

該兩級生物脫氮傳統(tǒng)工藝盡管經(jīng)過改進，但仍存在處理設備較多、管理不太方便、造價較高和處理成本高等缺點。因此上述生物脫氧傳統(tǒng)工藝目前已應用得很少。

2. A/O工藝

為了克服傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程的缺點，根據(jù)生物脫氮的原理，在20世紀80年代初開創(chuàng)了缺氧/好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)(A/O) 

 

生物脫氮工藝將反硝化反應器放置在系統(tǒng)之前，所以又稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有機物作為碳源，將回流混合液中的大量硝態(tài)氮還原成N2，而達到脫氮目的。然后再在后續(xù)的好氧池中進行有機物的生物氧化、有機氮的氨化和氨氮的硝化等生化反應。

A/O工藝有如下優(yōu)點：

1) 流程簡單，構(gòu)筑物少，只有一個污泥回流系統(tǒng)和混合液回流系統(tǒng)，基建費用可節(jié)省。

2)反硝化池不需外加碳源，降低了運行費用。

3) A/0工藝的好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機污染物得到進一步去除，提高出水水質(zhì)。

4)缺氧池在前，污水中的有機碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機負荷。同時缺氧池中進行的反硝化反應產(chǎn)生的堿度可以補償好氧池中進行硝化反應對堿度的需求的一半左右。

A/0工藝的主要缺點是脫氮效率不高，一般為70%～80%。此外，如果沉淀池運行不當，則會在沉淀池內(nèi)發(fā)生反硝化反應，造成污泥上浮，使處理水水質(zhì)惡化。盡管如此，A/O工藝仍以它的突出特點而受到重視，該工藝是目前采用比較好的的脫氮工藝。該工藝可以將缺氧池與好氧池建成合建式曝氣池，中間隔以擋板，前段為缺氧反硝化，后段為好氧硝化。該形式特別便于對現(xiàn)有推流式曝氣池進行改造。

短程硝化反硝化的概念和原理是什么?

短程硝化反硝化就是將硝化過程控制在NO2-階段，阻止進一步氧化為NO3-，直接以作為電子受氫體進行反硝化。

與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，短程硝化反硝化生物脫氮工藝可節(jié)約供氧量25%左右，節(jié)約反硝化所需碳源40%左右，減少污泥生成量，減少硝化過程的投堿量，縮短反應時間，相應減少了反應器容積30%~40%。

同步硝化反硝化的概念和原理是什么?

傳統(tǒng)的脫氮理論認為脫氮需要經(jīng)過硝化和反硝化兩個不同的過程。反硝化是異氧兼性厭氧菌，只有在無分子氧而同時存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，它們才能利用這些離子中的氧進行呼吸，使硝酸鹽還原。但是近幾年的研究表明，硝化和反硝化可在同一反應器中同時發(fā)生，許多實際運行中的好氧硝化池中也常常發(fā)現(xiàn)有總氮損失，這一現(xiàn)象被稱為同步硝化反硝化(SND)。同步硝化反硝化具有減少碳源、節(jié)省曝氣量等優(yōu)點。當前同步硝化反硝化在工程中應用很少，基本處于實驗室研究階段。

厭氧氨氧化的概念和原理是什么?

厭氧氨氧化(Anammox)作用即在厭氧條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮氧化為氮氣的生物反應過程。厭氧氨氧化反應是一種化能自養(yǎng)的古菌(Anammox)的反應。該古菌為自養(yǎng)型，只需無機碳源，并且在全球碳循環(huán)過程中發(fā)揮著很重要的作用。在目前污水的氨氮處理上被廣為看好。但是由于亞硝酸根含量在大部分污水是不夠明顯的，所以該技術要結(jié)合其他技術來使用。