北京、昆明、巢湖、太湖等重點(diǎn)區(qū)域及流域作為環(huán)保的推動(dòng)者，對(duì)污水處理提出了越來(lái)越高的要求。TN排放標(biāo)準(zhǔn)從20mg/L(一級(jí)B)、15 mg/L(一級(jí)A)，提升為10mg/L，甚至5mg/L(昆明A標(biāo))，逐漸向極限脫氮邁進(jìn)。然而，在當(dāng)前提標(biāo)改造的脫氮技術(shù)路線中，一些脫氮工藝存在通過(guò)碳源增加帶來(lái)藥劑成本的大幅提高，以及場(chǎng)地的增加、復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)維護(hù)等諸多問(wèn)題，尚不具備技術(shù)、管理與資本的可持續(xù)發(fā)展。

以污水脫氮為話題，極限脫氮是否是中國(guó)污水處理的未來(lái)趨勢(shì)？中國(guó)特有的污水特征下，如何實(shí)現(xiàn)高排放標(biāo)準(zhǔn)下污水脫氮的高效、穩(wěn)定運(yùn)行？以國(guó)際經(jīng)驗(yàn)看我國(guó)脫氮技術(shù)的未來(lái)方向又是什么？我們希望通過(guò)對(duì)歷史、現(xiàn)在、未來(lái)的探討及思考，厘清脫氮技術(shù)未來(lái)的技術(shù)路線，促進(jìn)行業(yè)創(chuàng)新及環(huán)保事業(yè)的健康發(fā)展。

我國(guó)水體受到氮污染了嗎？

區(qū)別于自然生物固定氮，化學(xué)合成氮、化石燃料燃燒而釋放的氮氧化物，以及由于水稻擴(kuò)種而增加的生物固氮量等，被稱為“人為活化氮”或“活性氮”。清華大學(xué)綠色經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心研究發(fā)現(xiàn)，1910-2010年的100年間，我國(guó)年均活性氮的凈產(chǎn)生量增加了6倍多，到2010年其貢獻(xiàn)達(dá)到了80%以上。人為活化氮的數(shù)量成倍于自然生物固定氮量顯著地改變了區(qū)域氮循環(huán)，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)更大的壓力。溫室效應(yīng)、霾、酸雨都與人類活動(dòng)干擾下氮循環(huán)的改變有關(guān)。

那么我國(guó)的水體受到氮污染了么？

2019年2月，清華大學(xué)的喻朝慶博士及其同事在《自然》上發(fā)表了一篇論文“Managing nitrogen to restore water quality in China”。作者報(bào)告說(shuō)，中國(guó)因人為原因造成的氮排入淡水的速度為1450萬(wàn)t/a，約為安全排放閾值估值（520萬(wàn)t/a）的2.7倍。在20世紀(jì)80年代之前，水體氮濃度低于1mg/L，但在20世紀(jì)90年代后，許多集水區(qū)的氮濃度迅速上升至15mg/L以上。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，除西藏區(qū)域外，我國(guó)各省均有流域污染問(wèn)題，且95%的水域在2000年以前已受到污染，至今污染物積累已超20年。而京杭大運(yùn)河在1980年、巢湖在1985年、滇池在1981年均已開(kāi)始出現(xiàn)氮污染，氮累積近40年。

中國(guó)正在由“低碳社會(huì)”邁入“低氮社會(huì)”

“低碳社會(huì)（low-carbon society）”的理念已經(jīng)深入人心，但如上文介紹，人類活動(dòng)顯著干擾氮循環(huán)后可能產(chǎn)生更為嚴(yán)重的不利影響，卻一直沒(méi)有引起社會(huì)各界的重視。面對(duì)我國(guó)及世界活性氮產(chǎn)生量逐年遞增的現(xiàn)狀，建設(shè)“低氮社會(huì)”成為控制環(huán)境污染、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康的必然舉措。

2016年，清華大學(xué)綠色經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心提出了“加快構(gòu)建低氮社會(huì)，保障生態(tài)系統(tǒng)健康”的主張。2018年，在中荷生態(tài)環(huán)境技術(shù)國(guó)際高峰論壇上，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王凱軍教授也講到人們對(duì)于氮磷問(wèn)題仍沒(méi)有更充分的認(rèn)識(shí)，重點(diǎn)提出了從“低碳社會(huì)”到“低氮社會(huì)”的發(fā)展理念。

如何實(shí)現(xiàn)“低氮”？可理解為更少的活性氮排放，減輕氮素帶來(lái)的環(huán)境影響。一方面，要從源頭控制氮污染，加大對(duì)氮污染物的管理和調(diào)控力度；另一方面，要在氮素的輸移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中實(shí)施協(xié)同控制。王凱軍教授也提出，“氮的節(jié)能減排的潛力很大?？梢栽谌魏慰赡艿念I(lǐng)域、可能的尺度，就地追求盡大可能‘水與物質(zhì)的閉環(huán)’”。

市政污水廠在氮排放中扮演什么角色？

喻朝慶博士的研究，將水體中總氮濃度的觀測(cè)數(shù)據(jù)與來(lái)自農(nóng)業(yè)和其他來(lái)源的模擬氮排放數(shù)據(jù)相結(jié)合，估算了1955年至2014年間中國(guó)的氮排放模式。從污染源來(lái)看，農(nóng)業(yè)及生活污染物是水體中氮的主要污染源。其中，農(nóng)業(yè)污染占當(dāng)前氮排放總量的59%(農(nóng)田35%，牲畜24%)，生活污染占39%(城市污水13%，農(nóng)村污水8%，有機(jī)垃圾18%)，工業(yè)垃圾占2%。

截至2018年12月，我國(guó)已運(yùn)行5370座生活污水處理廠，處理能力可達(dá)2億m3/d。如果將污水處理廠出水TN濃度由15mg/L降為5mg/L，可減少5%-10%水體氮排放量。隨著我國(guó)污水管網(wǎng)的建設(shè)、納管及維護(hù)的完善，市政污水廠將對(duì)水體氮的減排發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。