目前，污水中氨氮含量過高的問題已引起人們的重視，相關(guān)的處理技術(shù)也紛紛涌現(xiàn)。生物脫氮法、物理化學(xué)脫氮法、斷點氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法各有優(yōu)勢。

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，氮化合物的排放量急劇增加。它已成為環(huán)境的主要污染源，引起了社會各界的廣泛關(guān)注。經(jīng)濟有效地控制廢水中的氨氮污染已成為環(huán)保工作者面臨的重大問題。

1. 氨氮廢水的來源

含氮物質(zhì)進入水環(huán)境的途徑主要包括自然過程和人類活動。含氮物質(zhì)進入水環(huán)境的自然來源和過程主要包括降水降塵、非城市徑流和生物固氮。合成化肥是水體氮素營養(yǎng)的主要來源。農(nóng)作物未使用的大量氮化合物大多通過農(nóng)田排水和地表徑流進入地下水和地表水。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，任意排放越來越多的含氮污染物對環(huán)境造成了很大的危害。廢水中氮以多種形式存在，如有機氮、氨氮(NH4 + - n)、硝態(tài)氮(NO3——n)和亞硝酸鹽氮(NO2——n)，其中氨氮是主要形式之一。廢水中的氨氮是指以游離氨和離子銨形式存在的氮，主要來自生活污水、焦化、合成氨等工業(yè)廢水以及農(nóng)田排水中含氮有機物的分解。氨氮污染源多，排放量大，排放濃度變化大。

2 .氨氮廢水的危害

水環(huán)境中氨氮超標會造成很多有害影響:

(1)由于NH4 + - N的氧化，水體中的溶解氧濃度會降低，導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭，水質(zhì)下降，影響水生動植物的生存。在適宜的環(huán)境條件下,有機氮廢水中包含將被轉(zhuǎn)換為NH4 + - N,這是一種無機氮具有較強的還原能力和將進一步轉(zhuǎn)化為NO2——N和NO3——N。根據(jù)生化反應(yīng)的化學(xué)計量關(guān)系,1gnh4 + - n氧化為NO2——n需要消耗3.43 g氧氣，而氧化為NO3——n需要消耗4.57 g氧氣。

(2)水體中氮含量過高會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，造成一系列嚴重后果。由于氮的存在，光合微生物(主要是藻類)的數(shù)量增加，即水體發(fā)生富營養(yǎng)化。結(jié)果造成過濾器堵塞，縮短了過濾器的運行周期，從而增加了水處理的成本;妨礙水上運動;藻類新陳代謝的產(chǎn)物可以產(chǎn)生導(dǎo)致顏色和味道的化合物;由于藍藻產(chǎn)生的毒素，牲畜受損，魚類死亡;由于藻類腐爛，水體出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象。

(3)水體中的No2—N和NO3—N對人體和水生生物有害。長期飲用NO3—N含量超過10mg / L的水會導(dǎo)致高鐵血紅蛋白綜合征。當(dāng)血液中高鐵血紅蛋白含量達到70mg / L時，會發(fā)生窒息。水中NO2—N與胺的作用會產(chǎn)生亞硝胺，是一種“三致”物質(zhì)。NH4 + - N與氯反應(yīng)生成氯胺，其消毒效果不如游離氯。因此，當(dāng)NH4 + - N存在時，水處理廠需要更多的氯，從而增加了處理成本。

3. 氨氮廢水處理的主要技術(shù)

目前國內(nèi)外處理氨氮廢水的方法很多，如斷點氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法和生物脫氨法等。這些技術(shù)可分為物理化學(xué)法和生物脫氮技術(shù)。

生物脫氮

微生物脫除氨氮的過程需要經(jīng)過兩個階段。這個階段就是硝化過程。硝化細菌和硝化細菌在好氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。二階段是反硝化過程。在無氧或低氧條件下，污水中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮通過反硝化細菌(發(fā)現(xiàn)異養(yǎng)和自養(yǎng)微生物，種類繁多)還原轉(zhuǎn)化為氮。在這個過程中，有機物質(zhì)(甲醇、乙酸、葡萄糖等)被氧化為電子給體提供能量。常見的生物反硝化工藝可分為多級污泥系統(tǒng)、單級污泥系統(tǒng)和生物膜系統(tǒng)三大類。

多級污泥系統(tǒng)

該工藝可獲得較好的BOD5去除效果和反硝化效果。其缺點是工藝時間長、結(jié)構(gòu)多、基本建設(shè)成本高、附加碳源、運行成本高、廢水中有殘余甲醇等。

單級污泥系統(tǒng)

單級污泥系統(tǒng)的形式有預(yù)脫氮系統(tǒng)、后脫氮系統(tǒng)和交替作業(yè)系統(tǒng)。預(yù)反硝化的生物反硝化過程通常稱為a / O過程。與傳統(tǒng)的生物反硝化工藝相比，a / O工藝具有工藝簡單、結(jié)構(gòu)少、基本建設(shè)成本低、無額外碳源、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。后脫氮系統(tǒng)由于混合液缺乏有機質(zhì)，一般需要手動添加碳源，但脫氮效果可以高于預(yù)脫氮系統(tǒng)，理論上可以接近100%的脫氮。交替操作的生物脫氮過程主要由兩個串聯(lián)槽組成。通過改變進口和出口的方向，兩個儲罐在缺氧和好氧條件下交替運行。該系統(tǒng)本質(zhì)上仍是A / O系統(tǒng)，但采用了交替做功的方式，避免了混液回流，因此脫氮效果優(yōu)于一般A / O工藝。其缺點是運行管理成本高，一般須配置計算機控制的自動操作系統(tǒng)。

生物膜系統(tǒng)

將上述a / O系統(tǒng)中的缺氧池、好氧池轉(zhuǎn)化為固定式生物膜反應(yīng)器，形成生物膜反硝化系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)有混合液回流，但不要求污泥回流。厭氧好氧反應(yīng)器中保存了適合反硝化、好氧氧化和硝化的兩種污泥系統(tǒng)。

物理化學(xué)脫氮

物理化學(xué)脫氮常用的物理化學(xué)方法有:斷點氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法、液膜法、電滲析法和催化濕式氧化法。

斷點氯化

間斷點氯化是一種氧化法處理氨氮廢水。它使用水中的氨與氯反應(yīng)產(chǎn)生氮，并從水中除去氨。這種方法也可以起到殺菌和有機物無機部分的作用，但氯化處理后的出水中存在余氯，需要進一步脫氯。

在含氨的水中加入次氯酸HClO。當(dāng)pH值接近中性時，隨著次氯酸的加入，將逐步進行以下主要反應(yīng):

NH3 + HClO→NH2Cl + H2O①

②NH2Cl + HClO→NHCl2 + H2O

NH2Cl + NHCl2→N2 + 3H+ + 3Cl-③

當(dāng)氯用量與氨氮之比(簡稱CL / N)低于5.07時，先進行式①反應(yīng)生成一氯胺(NH2Cl)，水中余氯濃度增加。然后，隨著次氯酸用量的增加，一氯胺按式②反應(yīng)生成二氯胺(nhcl2)。同時進行式③反應(yīng)，將水中的N以N2的形式去除。因此,余氯在水中的濃度隨Cl / N的增加Cl / N比達到一定值時,剩余次氯酸(即自由余氯)由于非反應(yīng)增加,和余氯在水中的濃度增加了。這個小值的點稱為不連續(xù)點(通常稱為斷點)。此時，根據(jù)理論計算CL / N為7.6;在廢水處理中，由于氯與廢水中的有機物發(fā)生反應(yīng)，C1 / N應(yīng)高于7.6的理論值，通常為10。此外，當(dāng)pH不在中性范圍時，酸性條件下生成的三氯胺較多，堿性條件下生成的硝酸較多，反硝化效率降低。

當(dāng)pH值為6-7時，每mg氨氮氯的投加量為10mg，接觸時間為0.5-2.0h，氨氮去除率為90% - 100%。因此，該方法適用于低濃度氨氮廢水。

實際處理所需的氯量取決于溫度、pH值和氨氮濃度。有時需要9-10毫克氯來氧化每毫克氨氮。氯化法處理的出水一般需要活性炭或SO2進行反氯化處理后排放，以去除水中的余氯。氯化反應(yīng)雖然速度快，設(shè)備投資少，但對液氯的安全使用和儲存要求高，處理成本也高。用次氯酸或二氧化氯發(fā)生器代替液氯，既安全又能降低運行成本。目前國內(nèi)氯氣發(fā)生器的氯氣生產(chǎn)規(guī)模過小，價格昂貴。因此，氯化法一般適用于供水的處理，不適合處理大量高濃度氨氮廢水。

化學(xué)沉淀的方法

化學(xué)沉淀的方法是某些化學(xué)劑添加到水和與水中的可溶性物質(zhì)反應(yīng)形成鹽,很難溶于水,形成沉積物,很容易去除,以減少水中的可溶性物質(zhì)的內(nèi)容。當(dāng)向含NH4 +的廢水中加入PO43 -和Mg2 +離子時，會發(fā)生以下反應(yīng):

NH4 + + PO43 - + Mg2 +→MgNH4PO4↓④生成不溶于水的MgNH4PO4沉淀，從而達到去除水中氨氮的目的。常用沉淀劑為Mg (OH) 2和H3PO4，適宜的pH范圍為9.0-11,H3PO4 / Mg (OH) 2的質(zhì)量比為1.5-3.5。當(dāng)廢水中氨氮濃度小于900MG / L時，去除率可達90%以上，底泥是較好的復(fù)合肥。由于Mg (OH) 2和H3PO4價格高、成本高，處理高濃度氨氮廢水是可行的，但該方法在廢水中添加了PO43 -，容易造成二次污染。

離子交換法

離子交換法的實質(zhì)是廢水中可交換離子對不溶性離子化合物(離子交換劑)與其他同性離子之間的交換反應(yīng)。它是一種特殊的吸附過程，通常是可逆的化學(xué)吸附。沸石是一種天然離子交換材料。其價格遠低于陽離子交換樹脂，且對NH4 + - N有選擇性吸附能力，陽離子交換容量大。純絲光沸石和斜發(fā)沸石的平均陽離子交換量分別為213和223mg / 100g (M.E)。但是實際的天然沸石含有不純物質(zhì)，所以高純度沸石的交換容量每100g e不超過200m，一般為100-150m e。沸石作為一種離子交換劑，具有特殊的離子交換特性。離子交換的順序是CS (I) > Rb (I) > k (I) > > NH4 + Sr (I) > Na (I) > Ca (II) >鐵(III) > Al Mg(2)(3) > >李(I)。在工程設(shè)計和應(yīng)用,廢水的pH值應(yīng)該調(diào)整到6 - 9,和重金屬對整個沒有影響;除沸石中的堿和Na外，K對金屬離子交換容量的影響較大，尤其是Na。沸石吸附達到飽和后，須進行再生。主要采用再生液法，很少采用燃燒法。再生液主要采用NaOH和NaCl。由于廢水中含有Ca2 +，沸石對氨的去除率不可逆轉(zhuǎn)地降低，應(yīng)考慮補充更新。

吹洗方法

吹脫法是將廢水調(diào)至堿性，然后將空氣或蒸汽引入汽提塔，通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹至大氣中。當(dāng)引入蒸汽時，可以提高廢水的溫度，從而提高在一定pH值下氨的脫氨率。采用該方法處理氨時，應(yīng)考慮排放的游離氨總量應(yīng)達到氨的大氣排放標準，避免二次污染。低濃度廢水一般采用常溫吹出，高濃度廢水在煉鋼、石化、化肥、有機化工、有色金屬冶煉等行業(yè)常采用蒸汽吹出。

液膜法

許多人認為液膜分離可能成為繼萃取之后的二代分離凈化技術(shù)，尤其適用于低濃度金屬離子的凈化和廢水處理。乳狀液膜法脫氨機理為:氨氮NH3-N易溶于膜相的油相中。它通過膜相的擴散和遷移，從膜相外高濃度的外部移動到內(nèi)相與內(nèi)相的界面，在膜內(nèi)相與酸解離。生成的NH4 +在膜油相不溶，在膜內(nèi)相穩(wěn)定。在膜內(nèi)外兩側(cè)氨氮濃度差異的驅(qū)動下，氨分子繼續(xù)吸附，滲透擴散遷移到膜相內(nèi)側(cè)進行解吸，從而達到分離脫除氨氮的目的。

電滲析

電滲析是一種膜分離技術(shù)，利用正負膜對之間施加的電壓去除水溶液中的溶解固體。在電滲析室的陽離子和陰離子透膜之間施加直流電壓。當(dāng)進水通過多對陽離子和陰離子透膜時，銨離子等離子在外加電壓的影響下通過膜進入另一側(cè)濃水中，聚集在濃水中，從而與進水分離。

催化濕式氧化

催化濕式氧化是20世紀80年代國際上發(fā)展起來的一種污水處理新技術(shù)。污水中的有機物和氨在一定的溫度、壓力和催化劑的作用下，通過空氣氧化，分別被氧化分解為CO2、N2和H2O等無害物質(zhì)，從而達到凈化的目的。該方法具有凈化效率高(廢水凈化后可達到飲用水標準)、工藝簡單、占地面積小的特點。經(jīng)過多年的應(yīng)用和實踐，該污水處理方法的建設(shè)和運行成本僅為常規(guī)方法的60%左右，具有很強的技術(shù)和經(jīng)濟競爭力。