含氮废水生物处理方法

含氮废水主要来源于工业生产、农业径流和生活污水，其氮素污染以氨氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃⁻-N）和亚硝酸盐氮（NO₂⁻-N）为主要形态。这类污染物若未经有效处理，会导致水体富营养化、生态系统失衡，甚至危害人体健康。生物脱氮技术因其经济高效、环境友好，成为当前含氮废水治理的核心手段。

一、传统生物脱氮技术的演进

传统生物脱氮依赖硝化-反硝化过程：硝化菌将氨氮氧化为硝酸盐或亚硝酸盐，反硝化菌在缺氧条件下将其还原为氮气。然而，该工艺存在两大瓶颈：一是硝化菌生长缓慢，需较长的污泥龄；二是反硝化需额外投加有机碳源，增加运行成本。为突破这些限制，研究者开发了多种改良工艺。

同步硝化反硝化（SND）通过优化反应器内溶解氧分布，在同一反应器内实现硝化与反硝化耦合。例如，好氧颗粒污泥（AGS）内部形成的溶解氧梯度，使表层硝化菌与内层反硝化菌协同作用，既减少了碳源需求，又降低了曝气能耗。郑焕焕团队利用SND工艺处理高盐废水时，在50gNaCl/L的极端条件下，总氮去除率仍超过95%。

短程硝化反硝化（PND）则通过抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB），将氨氮直接转化为亚硝酸盐后反硝化。该技术可节省25%的曝气量和40%的碳源消耗。陈际达等通过调控pH（7.5-8.5）、温度（>25℃）和游离氨浓度，使NO₂⁻积累率稳定在96%以上，显著提升了脱氮效率。

二、新型生物脱氮技术的突破

厌氧氨氧化（Anammox）技术彻底颠覆了传统脱氮路径。该工艺由自养菌（如Candidatus_Brocadia）驱动，在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体，直接将氨氮氧化为氮气。其优势在于无需有机碳源、污泥产量低，适用于高氨氮、低碳氮比废水。山东某化工园区采用Anammox工艺处理煤化工废水，氨氮去除负荷达1.2kgN/(m³·d)，运行成本降低60%。

微生物电化学系统（BES）通过电极介导电子传递，强化脱氮过程。例如，微生物燃料电池（MFC）在产电的同时驱动硝酸盐还原，实现能源回收与污染治理的双重目标。大连化物所开发的BiVO₄光催化剂耦合催化湿式氧化（CWPO）技术，进一步提升了有机物与氮素的协同去除效率，使煤化工废水总氮去除率超过85%。

三、工艺优化与未来方向

当前生物脱氮技术正朝着“低碳化、智能化”方向发展。一方面，通过合成生物学改造微生物（如增强耐毒性酶活性），提升极端水质下的脱氮稳定性；另一方面，借助在线监测传感器与AI算法，实现曝气量、碳源投加的精准调控。苏州淡林环境研发的A/O-HBR复合工艺，结合生物膜屏蔽技术与模块化设计，使高盐含氮废水的处理能耗降低30%，占地面积减少50%。

结语

含氮废水生物处理技术的创新，不仅解决了传统工艺的高耗能、高成本问题，更为实现“双碳”目标提供了可行路径。未来，随着基因编辑、材料科学等跨学科技术的深度融合，生物脱氮工艺将向更高效、更绿色的方向迈进，为全球水环境治理贡献核心力量。