废水中总氮去除方法有哪些？各有什么样的优缺点？

浏览：日期：2026-02-04

废水中总氮（TN）主要由氨氮（NH₃-N）、硝态氮（NO₃⁻-N）、亚硝态氮（NO₂⁻-N）、有机氮组成，总氮去除的核心是根据氮的形态针对性转化 / 分离，主流方法可分为生物法、物理化学法、组合工艺三大类，不同方法的适配场景、去除效率、运行成本差异显著，以下是各方法的详细介绍、优缺点及适用情况，均为水处理行业主流实用技术，适配工业废水、市政污水等不同场景：

一、生物法（主流核心方法，适配中低浓度总氮废水，最经济）

生物法是利用微生物的代谢作用，将不同形态氮转化为 N₂释放到大气中，核心分为氨化、硝化、反硝化三个关键步骤（有机氮→氨氮→硝态氮→N₂），是目前总氮去除的主流首选，适配总氮浓度＜500mg/L 的废水，又分传统生物法和改良生物法。

1. 传统活性污泥法（A/O、A²/O、SBR）

核心原理

A/O（缺氧 / 好氧）：缺氧段反硝化菌利用有机碳源将硝态氮还原为 N₂；好氧段硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，同时降解有机物。
A²/O（厌氧 / 缺氧 / 好氧）：在 A/O 基础上增加厌氧段，兼顾脱氮 + 除磷，是市政污水的经典工艺。
SBR（序批式活性污泥法）：单池完成进水、厌氧、缺氧、好氧、沉淀、排水，适配小水量、水质波动大的废水。

优点

① 去除效率高，市政污水中总氮去除率可达 70%~90%，氨氮可降至 1mg/L 以下；② 运行成本低，仅需曝气和少量碳源，无药剂消耗；③ 污泥量少，二次污染小；④ 可同步降解 COD、BOD，实现多污染物协同去除。

缺点

① 对水质 / 水量波动敏感，温度（＜15℃）、DO、pH 会显著影响微生物活性；② 反硝化段需充足有机碳源，低碳氮比废水需额外投加甲醇、乙酸钠等，增加成本；③ 工艺占地大，基建投资较高；④ 对高盐、高毒、高温废水适配性差，微生物易受抑制。

适用场景

市政污水、食品加工、印染、造纸等中低浓度、可生化性好的废水，总氮＜200mg/L，B/C＞0.3。

2. 改良生物法（短程硝化反硝化、厌氧氨氧化 ANAMMOX、膜生物反应器 MBR）

针对传统生物法的短板优化，适配高氨氮、低碳氮比废水（如养殖、垃圾渗滤液、化工废水），是目前工业高氮废水处理的主流改良技术。

（1）短程硝化反硝化（SHARON）

原理：控制工艺条件（pH7.5~8.5、温度 30~35℃、DO0.5~1.0mg/L），让氨氮直接氧化为亚硝态氮（跳过硝化菌氧化为硝态氮的步骤），再由反硝化菌将亚硝态氮还原为 N₂，减少 50% 的氧耗和 40% 的碳源消耗。
优点：能耗、碳源成本大幅降低，反应速率快，占地小；② 污泥产量少。
缺点：工艺条件控制难度高，易出现亚硝态氮积累；② 仅适配中高温废水，低温下效率骤降；③ 对水质波动更敏感。
适用：高氨氮、高水温废水（如养殖废水、味精废水、垃圾渗滤液），氨氮浓度 500~5000mg/L。

（2）厌氧氨氧化（ANAMMOX，主流高氮废水核心技术）

原理：在无氧、无有机碳源条件下，厌氧氨氧化菌直接将氨氮和亚硝态氮按 1:1.32 的比例反应，生成 N₂和少量硝态氮（反应式：NH₄⁺+1.32NO₂⁻→1.02N₂+0.26NO₃⁻+2H₂O），无需投加碳源，曝气能耗仅为传统法的 1/4。
衍生工艺：实际应用中多为部分硝化 + 厌氧氨氧化（PN/A），先将 50% 的氨氮氧化为亚硝态氮，再进入厌氧氨氧化反应器，是目前高氨氮废水处理的最优工艺。
优点：① 无碳源消耗，能耗极低，运行成本是传统法的 1/5~1/3；② 反应速率快，占地小；③ 污泥产量极少，仅为传统法的 1/10；④ 适配高氨氮、低碳氮比废水，去除率可达 85%~95%。
缺点：① 厌氧氨氧化菌生长缓慢（倍增时间 11~20 天），反应器启动周期长（3~6 个月）；② 对环境敏感（温度 25~35℃、pH6.7~8.3、严格无氧），易受有毒物质（重金属、酚类、高盐）抑制；③ 基建投资较高，对运维要求高；④ 会产生少量硝态氮，若总氮要求严苛需配套深度反硝化。
适用：高氨氮、低碳氮比、可生化性差的工业废水（养殖、垃圾渗滤液、化工、制药、化肥废水），氨氮浓度 1000~10000mg/L。

（3）膜生物反应器（MBR）

原理：将生物反应池与膜分离技术结合，用超滤 / 微滤膜替代二沉池，实现污泥完全截留，反应器内微生物浓度（MLSS）可达 8~15g/L，大幅提高脱氮效率和抗冲击能力。
优点：① 总氮去除率可达 85%~95%，出水水质好且稳定；② 占地小（仅为传统法的 1/3~1/2）；③ 抗水质 / 水量波动能力强，污泥龄长，适合生长缓慢的硝化菌 / 厌氧氨氧化菌。
缺点：① 膜易污染，需定期清洗（化学 / 物理），运维成本高；② 基建和膜组件投资高；③ 能耗略高于传统活性污泥法。
适用：对出水水质要求高的废水（如回用废水、工业园区污水），或场地受限的场景。

生物法通用补充

生物脱氮的关键限制因素：碳氮比（C/N）、温度、DO、pH，其中低碳氮比（C/N＜3）废水是行业痛点，需额外投加碳源（甲醇、乙酸钠、葡萄糖、餐厨废水滤液等），乙酸钠效果最好但成本最高，甲醇性价比最高但有微毒。

二、物理化学法（适配高浓度、难生化、高盐总氮废水，或深度脱氮）

物理化学法不依赖微生物，通过分离、氧化、吸附等方式去除氮素，多作为生物法的预处理 / 深度处理，或直接处理难生化、高浓度、高盐总氮废水（如电镀、电子、光伏、化工高盐废水），总氮浓度常＞500mg/L，可生化性差（B/C＜0.2）。

1. 吹脱法 / 汽提法（仅去除氨氮，作为高氨氮废水预处理）

核心原理

通过调节废水 pH 至 10.5~11.5，将氨氮（NH₄⁺）转化为游离氨（NH₃），再通过曝气（吹脱）或蒸汽加热（汽提），将 NH₃从水中分离到气相，实现氨氮去除，仅针对氨氮，无法去除硝态氮 / 有机氮，需配套其他工艺处理总氮。

优点

① 氨氮去除效率高（可达 90%~99%），处理速度快；② 工艺简单，操作便捷；③ 可回收氨（用硫酸吸收生成硫酸铵，实现资源利用）。

缺点

① 仅去氨氮，无法脱总氮；② 需投加大量碱（NaOH/CaO），药剂成本高；③ 吹脱的 NH₃会造成大气污染，需配套尾气吸收装置；④ 低温下吹脱效率骤降，冬季需加热；⑤ 易产生钙垢，堵塞设备。

适用

高氨氮、低硝态氮废水的预处理（如化肥、制药、冶金废水），氨氮浓度＞1000mg/L，降低氨氮负荷后再进入生物系统处理总氮。

2. 折点加氯法（仅去除氨氮，应急 / 小水量处理）

核心原理

向废水中投加次氯酸钠、液氯等氯系氧化剂，当加氯量达到 “折点” 时，氨氮与氯完全反应生成 N₂和水（反应式：2NH₄⁺+3Cl₂→N₂+6Cl⁻+8H⁺），仅去氨氮，无硝态氮去除能力。

优点

① 反应速度极快，可快速降低氨氮，适合应急处理；② 工艺简单，操作方便，占地小。

缺点

① 药剂成本极高，不适合大水量处理；② 会产生氯代有机物（如三氯甲烷），造成二次污染；③ 出水余氯需脱除，否则影响后续生物处理；④ pH 会降低，需投加碱中和。

适用

小水量、高氨氮废水的应急处理，或对出水氨氮有严格要求的深度处理（如氨氮＜0.5mg/L）。

3. 离子交换法（去除氨氮，小水量 / 回用废水深度处理）

核心原理

利用离子交换树脂（如沸石、强酸性阳离子树脂）的交换位点，吸附废水中的 NH₄⁺，替换出树脂中的 Na⁺/H⁺，实现氨氮去除，仅去氨氮，树脂饱和后需用 NaCl/HCl 再生。

优点

① 氨氮去除效率高（可达 95% 以上），出水水质好；② 工艺简单，操作方便，无二次污染；③ 树脂可循环再生利用。

缺点

① 仅去氨氮，无法脱总氮；② 树脂易受废水中 SS、有机物、高盐影响，吸附容量下降，需提前预处理；③ 再生频繁，运行成本高，不适合大水量处理；④ 对硝态氮无去除能力。

适用

小水量、低 SS、低盐的回用废水深度脱氨氮，或电子、光伏等精细化工废水的氨氮去除。

4. 吸附法（深度脱除硝态氮 / 总氮，适配低浓度尾水）

核心原理

利用吸附材料（活性炭、沸石、改性膨润土、生物质炭、离子交换树脂）的物理 / 化学吸附作用，去除废水中的硝态氮、氨氮，适配低浓度总氮尾水深度处理（总氮＜50mg/L）。

优点

① 工艺简单，占地小，操作便捷；② 出水水质好，可将总氮降至 10mg/L 以下；③ 吸附材料部分可再生。

缺点

① 吸附容量有限，易饱和，再生成本高；② 仅适配低浓度总氮废水，高浓度下吸附效率低、成本高；③ 部分吸附材料不可再生，易产生固废。

适用

生物法处理后总氮尾水的深度处理（如市政污水提标、工业废水回用），总氮浓度 20~50mg/L，需将总氮降至 15mg/L 以下的场景。

5. 高级氧化法（AOPs，去除有机氮 + 硝态氮，难生化废水处理）

核心原理

通过光、电、催化剂等产生・OH（羟基自由基）、SO₄⁻・（硫酸根自由基）等强氧化性自由基，将废水中的有机氮直接矿化分解为 N₂，同时可将硝态氮还原为 N₂，实现总氮去除，主流工艺有芬顿法（Fe²+/H₂O₂）、光催化氧化、电催化氧化、臭氧氧化等。

优点

① 可直接去除有机氮、硝态氮，实现总氮降解，适配难生化有机氮废水；② 反应速度快，处理效率高；③ 可同步降解 COD、色度、有毒物质，提高废水可生化性；④ 工艺灵活，可作为预处理 / 深度处理。

缺点

① 药剂（H₂O₂、臭氧、催化剂）和能耗成本极高，不适合大水量处理；② 部分工艺会产生副产物（如臭氧氧化产生硝态氮）；③ 对高浓度总氮废水处理成本过高。

适用

难生化、高有机氮的工业废水（如制药、精细化工、农药废水）的预处理（提高可生化性），或低浓度总氮尾水的深度处理，总氮浓度＜100mg/L。

6. 膜分离法（脱除所有形态氮，高盐 / 高浓度总氮废水，资源回用）

核心原理

利用膜的选择性分离作用，将废水中的氨氮、硝态氮、有机氮随水与溶质分离，主流工艺有反渗透（RO）、纳滤（NF）、电渗析（ED），其中 RO 是最常用的总氮脱除膜工艺。

优点

① 去除效率极高，可将总氮降至 5mg/L 以下，出水可直接回用；② 可脱除所有形态氮，适配高盐、高浓度总氮废水；③ 工艺紧凑，占地小，操作自动化。

缺点

① 基建和膜组件投资极高，膜易污染，需严格预处理（去除 SS、COD、胶体）；② 能耗高，运行成本高；③ 会产生高浓度浓水（总氮、盐类富集），需进一步处理（蒸发、结晶），否则造成二次污染。

适用

高盐、高浓度总氮的工业废水（电镀、电子、光伏、化工高盐废水）的深度处理 + 资源回用，或对出水水质要求极高的回用场景。

三、组合工艺（行业主流，适配复杂总氮废水）

实际工程中，单一工艺难以实现总氮达标（尤其是工业复杂废水，常含高氨氮 + 高硝态氮 + 有机氮，或高盐、难生化），组合工艺是目前总氮去除的行业主流方案，核心思路是 **“预处理降负荷 + 核心生物法脱氮 + 深度处理提标”**，以下是经典适配组合：

吹脱法 + A/O/ANAMMOX：高氨氮废水（氨氮＞1000mg/L）预处理，吹脱去除 60%~80% 氨氮，降低生物系统负荷，再用生物法脱除剩余总氮；
高级氧化法（芬顿 / 臭氧） + A/O/MBR：难生化有机氮废水预处理，氧化分解有机氮为氨氮，提高可生化性，再用生物法脱氮；
PN/A（部分硝化 + 厌氧氨氧化） + 深度反硝化 / 吸附：高氨氮、低碳氮比工业废水核心工艺，PN/A 去除 85% 以上总氮，尾水用深度反硝化 / 吸附将总氮降至达标；
生物法（A/O/MBR） + 反渗透（RO）：市政污水 / 工业废水提标回用，生物法去除大部分总氮，RO 深度脱除剩余总氮，出水回用；
电催化氧化 + 短程硝化反硝化：高盐、难生化高氮废水，电催化氧化降盐、提可生化性，再用短程硝化反硝化脱氮。

四、各总氮去除方法核心对比表

方法类型	核心工艺	主要去除氮形态	去除率	运行成本	基建投资	适配总氮浓度	核心场景
传统生物法	A/O、A²/O、SBR	全形态（氨 / 硝 / 有机）	70%~90%	低	中	＜200mg/L	市政污水、可生化工业废水
改良生物法	PN/A（厌氧氨氧化）	氨 / 硝	85%~95%	极低	中高	1000~10000mg/L	高氨氮、低碳氮比工业废水
	短程硝化反硝化	氨 / 硝	75%~85%	中低	中	500~5000mg/L	高氨氮、中高温废水
	MBR	全形态	85%~95%	中	高	＜500mg/L	提标出水、场地受限场景
物理化学法	吹脱 / 汽提法	氨氮	90%~99%	中	中	＞1000mg/L	高氨氮废水预处理
	吸附法	硝态氮 / 低浓度总氮	60%~80%	中	低	＜50mg/L	尾水深度脱氮
	反渗透（RO）	全形态	90%~99%	高	极高	任意浓度	高盐废水深度回用
	高级氧化法	有机氮 / 硝态氮	70%~85%	极高	中	＜100mg/L	难生化有机氮废水处理

五、总氮去除工艺选择核心原则

先看氮形态和浓度：高氨氮优先吹脱 / PN/A，高硝态氮优先反硝化，高有机氮优先高级氧化 / 氨化后生物脱氮，低浓度尾水优先吸附 / RO；
再看废水可生化性：B/C＞0.3 优先生物法（最经济），B/C＜0.2 优先物理化学法 / 组合工艺；
考虑水质特性：高盐、高毒、高温废水优先改良生物法（PN/A）或物理化学法，低温废水优先传统 A/O + 保温措施；
结合出水要求：提标排放（总氮＜15mg/L）优先生物法 + 深度处理，回用优先生物法 + RO；
兼顾成本和场地：大水量、场地充足优先传统生物法，小水量、场地受限优先 MBR / 膜分离，高浓度氮优先 PN/A（运行成本最低）。