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、化學法和生物法三大類。由于生物脫氮一般能夠滿足有關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前最活躍的研究與投資開發(fā)領域。

一、生物脫氮技術

生物脫氮技術主要是利用污水中某些細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、目前應用最廣泛的生物脫氮技術，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、構筑物多、附屬設備多，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器中進行，而將反硝化作用放在另一個反應器中進行，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，沉淀池內(nèi)將發(fā)生反硝化反應，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性，是一種非常有競爭力的生物脫氮技術。

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。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，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?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，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，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。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。