廢水生物脫氮工藝是利用微生物的代謝作用將廢水中的氮污染物（如氨氮、硝態(tài)氮、有機(jī)氮等）轉(zhuǎn)化為無害氮?dú)猓∟?）的過程，主要涉及氨化、硝化、反硝化三個(gè)核心步驟。以下是詳細(xì)介紹：
一、生物脫氮的基本原理
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氨化作用（Ammonification）
- 微生物：異養(yǎng)菌（如芽孢桿菌、梭菌等）。
- 過程：將有機(jī)氮（如蛋白質(zhì)、尿素）分解為氨氮（NH?/NH??）。
- 反應(yīng)式：\(\text{有機(jī)氮} \xrightarrow{\text{氨化菌}} \text{NH}_4^+\)
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硝化作用（Nitrification）
- 微生物：自養(yǎng)菌（亞硝化菌和硝化菌）。
- 過程：
- 亞硝化階段：氨氮→亞硝態(tài)氮（NO??），由亞硝酸菌（如Nitrosomonas）完成。
- 硝化階段：亞硝態(tài)氮→硝態(tài)氮（NO??），由硝酸菌（如Nitrobacter）完成。
- 反應(yīng)式：\(\text{NH}_4^+ + 1.5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{亞硝化菌}} \text{NO}_2^- + 2\text{H}^+ + \text{H}_2\text{O}\)\(\text{NO}_2^- + 0.5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{硝化菌}} \text{NO}_3^-\)
- 條件：好氧環(huán)境（DO ≥ 2 mg/L）、中性至弱堿性（pH 7.0~8.5）、溫度 20~30℃。
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反硝化作用（Denitrification）
- 微生物：異養(yǎng)菌（如假單胞菌、芽孢桿菌）。
- 過程：硝態(tài)氮（NO??）→亞硝態(tài)氮（NO??）→一氧化氮（NO）→一氧化二氮（N?O）→氮?dú)猓∟?）。
- 反應(yīng)式：\(\text{NO}_3^- + \text{有機(jī)碳源} \xrightarrow{\text{反硝化菌}} \text{N}_2 \uparrow + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\)
- 條件：缺氧環(huán)境（DO ≤ 0.5 mg/L）、充足碳源（C/N ≥ 4~6）、pH 6.5~8.0、溫度 20~40℃。
二、典型生物脫氮工藝
1. A/O 工藝（缺氧 - 好氧工藝）
- 流程： 缺氧池（反硝化）→好氧池（硝化 + 氨化）→二沉池。
- 好氧池出水部分回流至缺氧池（內(nèi)回流，回流比 100%~300%），提供硝態(tài)氮。
- 特點(diǎn)：
- 工藝簡(jiǎn)單，成本低，適合處理低濃度氨氮廢水（如生活污水）。
- 脫氮效率約 70%~85%，C/N 不足時(shí)需外加碳源（如甲醇）。
2. A²/O 工藝（厭氧 - 缺氧 - 好氧工藝）
- 流程： 厭氧池（釋磷）→缺氧池（反硝化）→好氧池（硝化 + 吸磷）→二沉池。
- 好氧池出水回流至缺氧池（內(nèi)回流），二沉池污泥回流至厭氧池。
- 特點(diǎn)：
- 同步脫氮除磷，適合處理高氮磷廢水（如城市污水）。
- 脫氮效率 80%~90%，但流程復(fù)雜，需控制各段 DO 和污泥齡。
3. SBR 工藝（序批式活性污泥法）
- 流程： 在單個(gè)反應(yīng)器中按進(jìn)水→反應(yīng)→沉淀→排水→閑置周期運(yùn)行，缺氧 / 好氧環(huán)境交替。
- 特點(diǎn)：
- 無需二沉池和回流系統(tǒng)，占地小，適合中小型污水處理。
- 通過控制曝氣時(shí)間實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，脫氮效率可達(dá) 90% 以上。
4. 氧化溝工藝
- 流程： 環(huán)形溝渠中交替好氧 / 缺氧區(qū)域，利用轉(zhuǎn)刷或曝氣器提供動(dòng)力和氧氣。
- 特點(diǎn)：
- 延時(shí)曝氣，污泥齡長(zhǎng)，耐沖擊負(fù)荷，適合低濃度生活污水。
- 脫氮效率約 70%~80%，常與 A²/O 改良結(jié)合（如 Carrousel 2000）。
5. 短程硝化反硝化（SHARON 工藝）
- 原理：只將氨氮氧化至 NO??，直接進(jìn)行反硝化（跳過 NO??階段）。
- 優(yōu)勢(shì)：
- 減少氧氣消耗 25%，節(jié)省碳源 40%，適合高氨氮廢水（如垃圾滲濾液）。
- 條件：控制溫度（30~35℃）、pH（7.5~8.5）和污泥齡（2~3 天）。
三、關(guān)鍵影響因素
- C/N 比：反硝化需足夠碳源，一般要求BOD?/TN ≥ 4~6。
- 溶解氧（DO）：
- 硝化段 DO ≥ 2 mg/L，反硝化段 DO ≤ 0.5 mg/L。
- pH：硝化最適 pH 7.0~8.5，反硝化最適 pH 6.5~8.0。
- 溫度：硝化菌最適 20~30℃，反硝化菌最適 20~40℃。
- 污泥齡（SRT）：硝化菌增殖慢，需SRT ≥ 10 天（冬季需延長(zhǎng)）。
四、前沿技術(shù)
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厭氧氨氧化（ANAMMOX）
- 原理：在厭氧條件下，氨氮與亞硝態(tài)氮直接反應(yīng)生成氮?dú)猓?span data-custom-copy-text="\(\text{NH}_4^+ + \text{NO}_2^- \xrightarrow{\text{厭氧氨氧化菌}} \text{N}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O}\)">\(\text{NH}_4^+ + \text{NO}_2^- \xrightarrow{\text{厭氧氨氧化菌}} \text{N}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O}\)
- 優(yōu)勢(shì)：無需外加碳源，節(jié)省 60% 氧氣和 100% 反硝化碳源，適合高氨氮、低碳氮比廢水（如工業(yè)廢水）。
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同步硝化反硝化（SND）
- 在同一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化，利用微環(huán)境差異（如絮體表面好氧、內(nèi)部缺氧）。
- 可減少反應(yīng)器體積和能耗。
五、應(yīng)用場(chǎng)景
- 生活污水：A/O、A²/O、SBR、氧化溝。
- 工業(yè)廢水（如化工、制藥、食品加工）：
- 高氨氮廢水：短程硝化反硝化、厭氧氨氧化。
- 低碳氮比廢水：需外加碳源或采用厭氧氨氧化。
- 垃圾滲濾液：A/O + 反滲透（RO）、短程硝化反硝化 + 厭氧氨氧化組合工藝。
通過合理選擇工藝和控制運(yùn)行參數(shù)，生物脫氮可高效去除廢水中的氮污染物，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）等嚴(yán)格要求。
