總氮作為水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，涵蓋氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮及有機(jī)氮等多種形態(tài)。

其超標(biāo)排放會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化、藻類暴發(fā)及生態(tài)失衡，已成為全球水污染治理的重點(diǎn)挑戰(zhàn)。

在此背景下，脫氮設(shè)備尤其是脫氮塔的技術(shù)發(fā)展，為高效、低成本的總氮處理提供了創(chuàng)新解決方案。

 一、總氮處理技術(shù)體系與脫氮塔的定位

 1.1 技術(shù)分類與重點(diǎn)原理

總氮處理技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法、生物法及物理化學(xué)法四大類：

物理法：通過沉淀、過濾、浮選等手段去除懸浮態(tài)氮，適用于預(yù)處理或低濃度廢水，但無法處理溶解性氮。

化學(xué)法：利用氧化劑（如次氯酸鈉）、沉淀劑（如硫酸鋁）或離子交換樹脂，將氮轉(zhuǎn)化為沉淀或氣體。其優(yōu)勢在于反應(yīng)速度快，但藥劑成本高且可能產(chǎn)生二次污染。

生物法：依托微生物代謝實(shí)現(xiàn)氮轉(zhuǎn)化，包括傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝、厭氧氨氧化（Anammox）工藝及短程硝化反硝化等。生物法因成本低、無二次污染，成為主流技術(shù)。

物理化學(xué)法：如電化學(xué)氧化、納米材料催化等，適用于小規(guī)模或高毒性廢水處理。

 1.2 脫氮塔的技術(shù)定位

脫氮塔作為生物脫氮設(shè)備的重點(diǎn)組件，通過優(yōu)化氣液傳質(zhì)效率與微生物反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)高效氮轉(zhuǎn)化。其技術(shù)定位體現(xiàn)在三方面：

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：采用高徑比塔式設(shè)計，結(jié)合多孔填料與氮?dú)饪焖籴尫磐ǖ溃嵘磻?yīng)器抗沖擊能力。

工藝集成：融合硝化菌、反硝化菌及厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化（SND）。

智能控制：通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時監(jiān)測溶解氧、pH值及碳源供給，動態(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。

 二、脫氮塔的重點(diǎn)技術(shù)解析

 2.1 傳統(tǒng)生物脫氮塔的工藝邏輯

傳統(tǒng)脫氮塔以AO（缺氧-好氧）及A2O（厭氧-缺氧-好氧）工藝為基礎(chǔ)，通過空間分隔實(shí)現(xiàn)氮轉(zhuǎn)化：

AO工藝：好氧段硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，缺氧段反硝化菌以有機(jī)物為碳源將硝態(tài)氮還原為氮?dú)狻Ｆ鋬?yōu)勢在于流程簡單、投資低，但脫氮率受內(nèi)循環(huán)比限制，難以突破90%。

A2O工藝：通過厭氧段釋放磷、缺氧段反硝化、好氧段硝化與吸磷，實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。其污染物去除效率高，但除磷效果受回流污泥中溶解氧干擾。

 2.2 新型脫氮塔的技術(shù)突破

 2.2.1 高效生化脫氮塔

針對高濃度總氮廢水（如電鍍、化工廢水），高效生化脫氮塔采用以下創(chuàng)新：

塔式結(jié)構(gòu)優(yōu)化：高徑比設(shè)計減少占地面積，多孔填料提升微生物附著量，氮?dú)饪焖籴尫磐ǖ婪乐箽庾琛?/span>

菌種定制：篩選耐毒、耐鹽的特種硝化/反硝化菌，適應(yīng)工業(yè)廢水高毒性、高鹽分特性。

碳源供給：通過在線監(jiān)測碳氮比（C/N），動態(tài)投加乙酸鈉等碳源，避免過量投加導(dǎo)致二次污染。

案例：蘇州一清環(huán)保開發(fā)的高效生化脫氮塔，在進(jìn)水總氮3000mg/L條件下，出水總氮可穩(wěn)定低于5mg/L，噸水運(yùn)行成本為化學(xué)法的20%。

 2.2.2 短程硝化-厭氧氨氧化脫氮塔

短程硝化-厭氧氨氧化（PN/A）工藝通過以下步驟實(shí)現(xiàn)節(jié)能脫氮：

1. 短程硝化：控制溶解氧與pH值，使氨氮部分轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮（NO2?），抑制硝態(tài)氮（NO3?）生成。

2. 厭氧氨氧化：利用Anammox菌直接將亞硝態(tài)氮與氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑹o需外加碳源。

優(yōu)勢：

供氧量減少25%，能耗降低；

碳源需求減少40%，適用于低碳氮比廢水；

污泥產(chǎn)量減少50%，降低污泥處置成本。

應(yīng)用場景：市政污水廠提標(biāo)改造、垃圾滲濾液處理等高氨氮場景。

 2.2.3 化學(xué)吹脫脫氮塔

針對氨氮濃度極高的廢水（如焦化廢水），化學(xué)吹脫塔通過以程實(shí)現(xiàn)氨氮去除：

1. pH調(diào)節(jié)：投加NaOH或Ca(OH)?，將廢水pH值調(diào)至10.5-11.5，使銨根離子（NH4?）轉(zhuǎn)化為游離氨（NH3）。

2. 氣液傳質(zhì)：廢水從塔頂噴淋而下，與塔底鼓入的空氣逆流接觸，游離氨被吹脫至氣相。

3. 尾氣處理：含氨尾氣進(jìn)入吸收塔，用硫酸溶液吸收生成硫酸銨（可回收作肥料）。

技術(shù)分類：

填料式：內(nèi)置聚丙烯或玻璃鋼填料，接觸面積大，適用于大部分工業(yè)廢水。

旋流式：利用旋流效應(yīng)強(qiáng)化氣液接觸，抗堵塞能力強(qiáng)，適合含少量懸浮物的廢水。

篩板式：通過篩板孔實(shí)現(xiàn)氣液分布，操作彈性大，適用于中高濃度氨氮廢水。

 三、脫氮塔的應(yīng)用實(shí)踐與挑戰(zhàn)

 3.1 工業(yè)廢水處理案例

某電鍍園區(qū)廢水處理項目：

水質(zhì)特點(diǎn)：進(jìn)水總氮1500mg/L，含重金屬及物。

處理方案：采用“化學(xué)沉淀預(yù)處理+高效生化脫氮塔”工藝。

效果：出水總氮低于15mg/L，重金屬去除率超99%，噸水處理成本降低40%。

 3.2 市政污水提標(biāo)改造案例

某南方城市污水廠升級項目：

水質(zhì)特點(diǎn)：進(jìn)水氨氮50mg/L，總氮70mg/L，需滿足地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)（總氮≤1.5mg/L）。

處理方案：將原有A2O工藝改造為“短程硝化-厭氧氨氧化脫氮塔+深度過濾”工藝。

效果：出水總氮穩(wěn)定低于1.0mg/L，噸水電耗降低30%，污泥產(chǎn)量減少45%。

 3.3 技術(shù)挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略

微生物活性抑制：高鹽分、高毒性廢水可能導(dǎo)致菌種失活。應(yīng)對策略包括菌種馴化、添加耐毒助劑。

碳源不足：低碳氮比廢水需額外投加碳源。新型脫氮塔通過內(nèi)循環(huán)碳源利用技術(shù)，減少外部投加量。

氣液傳質(zhì)效率：填料堵塞或氣流分布不均會降低吹脫效率。解決方案包括定期反沖洗、優(yōu)化布?xì)庀到y(tǒng)。

 四、未來發(fā)展趨勢

 4.1 技術(shù)融合與創(chuàng)新

生物-化學(xué)耦合工藝：將化學(xué)氧化與生物降解結(jié)合，提升難降解有機(jī)氮的處理效率。

納米材料強(qiáng)化：利用納米鐵、石墨烯等材料提升微生物活性，縮短反應(yīng)時間。

 4.2 智能化與數(shù)字化

AI優(yōu)化控制：通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測水質(zhì)波動，動態(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺：實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測與故障預(yù)警，降低運(yùn)維成本。

 4.3 資源化與循環(huán)經(jīng)濟(jì)

氮素回收：將吹脫出的氨氣轉(zhuǎn)化為硫酸銨或液氨，用于農(nóng)業(yè)肥料或工業(yè)原料。

碳源再生：通過厭氧消化技術(shù)將污泥轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸（VFAs），作為反硝化碳源。

 結(jié)語

脫氮塔作為總氮處理的重點(diǎn)設(shè)備，正從單一功能向高效、智能、資源化方向演進(jìn)。

未來，隨著基因工程菌、物聯(lián)網(wǎng)、納米技術(shù)等前沿科技的融合，脫氮塔將在降低處理成本、提升處理效率、實(shí)現(xiàn)氮素循環(huán)利用等方面發(fā)揮更大作用，為全球水環(huán)境治理提供中國方案。