廢水中的氮常以合氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數有機氮轉化為氨，然後可進一步轉化為硝酸鹽。目前採用的除氮工藝有生物硝化與反硝化、沸石選擇**換吸附、空氣吹脫及折點氯化等四種。
一、生物硝化與反硝化(生物陳氮法)
(一) 生物硝化
在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程，稱為生物硝化作用。生物硝化的反應過程為：
由上式可知：(1)在硝化過程中，1g氨氮轉化為硝酸鹽氮時需氧4.57g；(2)硝化過程中釋放出h+，將消耗廢水中的鹼度，每氧化lg氨氮，將消耗鹼度(以caco3計)
影響硝化過程的主要因素有：(1)ph值當ph值為8.0～8.
4時(20℃)，硝化作用速度最快。由於硝化過程中ph將下降，當廢水鹼度不足時，即需投加石灰，維持ph值在7.5以上；(2)溫度溫度高時，硝化速度快。
亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35℃，在15℃以下其活性急劇降低，故水溫以不低於15℃為宜；(3)汙泥停留時間硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長速率為 ＝0.3～0.5d-1(溫度20℃，ph8.
0～8.4)。為了維持池內一定量的硝化菌群，汙泥停留時間必須大於硝化菌的最小世代時間 。
在實際執行中，一般應取 ＞2 ,或 ＞2 ；(4)溶解氧氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度太低將不利於硝化反應的進行。一般，在活性汙泥法曝氣池中進行硝化，溶解氧應保持在2～3mg/l以上；(5)bod負荷硝化菌是一類自養型菌，而bod氧化菌是異養型菌。若bod5負荷過高，會使生長速率較高的異養型菌迅速繁殖，從而佼白養型的硝化菌得不到優勢，結果降低了硝化速率。
所以為要充分進行硝化，bod5負荷應維持在0.3kg(bod5)/kg(ss).d以下。
(二) 生物反硝化
在缺氧條件下，由於兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將no2--n和no3--n還原成n2的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇作碳源為例，其反應式為：
6no3-十2ch3oh→6no2-十2co2十4h2o
6no2-十3ch3oh→3n2十3co2十3h2o十60h-
由上可見，在生物反硝化過程中，不僅可使no3--n、no2--n被還原，而且還可位有機物氧化分解。
影響反硝化的主要因素：(1)溫度溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要大些。一般，以維持20～40℃為宜。
苦在氣溫過低的冬季，可採取增加汙泥停留時間、降低負荷等措施，以保持良好的反硝化效果；(2)ph值反硝化過程的ph值控制在7.0～8.0；(3)溶解氧氧對反硝化脫氮有抑制作用。
一般在反硝化反應器內溶解氧應控制在0.5mg/l以下(活性汙泥法)或1mg/l以下(生物膜法)；(4)有機碳源當廢水中含足夠的有機碳源，bod5/tn＞(3～5)時，可無需外加碳源。當廢水所含的碳、氮比低於這個比值時，就需另外投加有機碳。
外加有機碳多採用甲醇。考慮到甲醇對溶解氧的額外消耗，甲醇投量一般為no3--n的3倍。此外，還可利用微生物死亡；自溶後釋放出來的那部分有機碳，即"內碳源"，但這要求汙泥停留時間長或負荷率低，使微生物處於生長曲線的靜止期或衰亡期，因此池容相應增大。
二、沸石選擇**換吸附
沸石是一種矽鋁酸鹽，其化學組成可表示為(m2+，2m+) (m＝2～10，n＝0～9)，式中m2+代表ca2+、sr2+等二價陽離子，m+代表na+、k+等一價陽離子，為一種弱酸型陽離子交換劑。在沸石的三維空間結構中，具有規則的孔道結構和空穴，使其具有篩分效應，交換吸附選擇性、熱穩定性及形穩定性等優良效能。天然沸石的種類很多，用於去除氨氮的主要為斜發沸石。
斜發沸石對某些陽離子的交換選擇性次序為：k+，nh4+＞na+＞ba2+＞ca2+＞mg2+。利用斜發沸石對nh4+的強選擇性，可採用交換吸附工藝去除水中氨氮。
交換吸附飽和的拂石經再生可重複利用。
溶液ph值對沸石除氨影響很大。當ph過高，nh4+向nh3轉化，交換吸附作用減弱；當ph過低，h+的競爭吸附作用增強，不利於nh4+的去除。通常，進水ph值以6～8為災。
當處理合氨氮10～20mg/l的城市嚴水時，出水濃度可達lmg/l以下。穿透時通水容積約100～150床容。沸石的工作交換容量約0.
4×10-3n-1mol/g左右。
吸附銨達到飽和的沸石可用5g/l的石灰乳或飽和石灰水再生。再生液用量約為處理水量的3～5%。研究表明，石灰再生液中加入0.
1mol的nacl，可提高再生效率。針對石灰再生的結垢問題，亦有採用2％的氯化鈉溶液作再生液的，此時再生液用量較大。再生時排出的高濃度合氨廢液必須進行處理，其處理方法有：
(1)空氣吹脫吹脫的nh3或者排空，或者由量h2s04吸收作肥料；(2)蒸氣吹脫冷凝液為1%的氨溶液，可用作肥料；(3)電解氧化(電氯化) 將氨氧化分解為n2。
三、空氣吹脫
在鹼性條件下(ph＞10.5)，廢水中的氨氮主要以nh3的形式存在(圖20-2)。讓廢水與空氣充分接觸，則水中揮發性的nh3將由液相向氣相轉移，從而脫除水中的氨氮。
吹脫塔內裝填木質或塑料板條填料，空氣流由塔的下部進入，而廢水則由塔頂落至塔底集水池。
影響氨吹脫效果的主要因素有：
(1)ph值一般將ph值提高至10.8～11.5；
(2)溫度水溫降低時氨的溶解度增加，吹脫效率降低。例如，20℃時氨去除率為90～95％，而10℃時降至約75%，這為吹脫塔在冬季執行帶來困難；
(3)水力負荷水力負荷(m3/m2．h)過大，將破壞高效吹脫所需的水流狀態，而形成水幕；水力負荷過小，填料可能沒有適當濕潤，致使執行不良，形成干塔。一般水力負荷為2.5～5m3/m2．h；
(4)氣水比對於一定塔高，增加空氣流量，可提高氨去除率；但隨著空氣流量增加，壓降也增加，所以空氣流量有一限值。一般，氣/水比可取2500～5000(m3/m2)；
(5)填料構型與高度由於反覆濺水和形成水滴是氨吹脫的關鍵，因此填料的形狀、尺寸、間距、排列方式夠都對吹脫效果有影響。一般，填料間距40～50mm，填料高度為6～7.5m。
若增加填料間距，則需更大的填料高度；
(6)結垢控制填料結垢(caco3)特降低吹脫塔的處理效率。控制結垢的措施有：用高壓水沖洗垢層；在進水中投加阻垢劑：
採用不合或少含co2的空氣吹脫(如尾氣吸收除氨迴圈使用)；採用不易結垢的塑料填料代替木材等。
空氣吹脫法除氨，去除率可達60～95%，流程簡單，處理效果穩定，基建費和執行費較低，可處理高濃度合氨廢水。但氣溫低時吹脫效率低，填科結垢往往嚴重干擾執行，且吹脫出的氨對環境產生二次汙染。
四、折點氯化
投加過量氯或次氯酸鈉(超過"折點"，參見第十四章)，使廢水中氨完全氧化為n2的方法，稱為折點氯化法，其反應可表示為：
nh4+十1.5hocl→0.5n2十1.5h2o十2.5h+十1.5cl-
由反應式可知，到達折點的理論需氯(c12)量為7.6kg/kg(nh3-n)，而實際需氯量在8～10kg/kg(nh3-n)。在ph＝6～7進行反應，則投藥量可最小。
接觸時間一般為0.5～2h。嚴格控制ph值和投氯量，可減少反應中生成有害的氯胺(如ncl3)和氯代有機物。
折點氯化法對氨氮的去除率達90～100%，處理效果穩定，不受水溫影響，基建費用也不高。但其執行費用高；殘餘氯及氯代有機物須進行後處理。
在目前採用的四種脫氮工藝中，物理化學法由於存在執行成本高、對環境造成二次汙染等問題，實際應用受到-定限制。而生物脫氮法能餃為有效和徹底地除氮，且比較經濟，因而得到較多應用。
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