高濃度氨氮廢水的處理現(xiàn)狀與發(fā)展

韓國振

（中船重工環(huán)境工程有限公司，湖北 武漢 430064）

摘 要：高濃度氨氮廢水對環(huán)境的污染非常大而且對人類的危害性也非常大。我國應(yīng)用的高濃度氨氮廢水處理技術(shù)主要分為物理化學(xué)脫氮技術(shù)和生物脫氮技術(shù)兩大類，常用的處理方法有吹脫法、折點(diǎn)加氯法、選擇性離子交換法、化學(xué)沉淀法、生物脫氮法等。這些方法各自有其優(yōu)勢及局限性。

關(guān)鍵詞：高濃度氨氮廢水；處理現(xiàn)狀；發(fā)展

高濃度氨氮廢水對環(huán)境的危害非常大，一旦進(jìn)入水體，會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，其主要表現(xiàn)有：（1）引起水體富營養(yǎng)化；（2）消耗水體中的溶解氧。氨對生物體還會造成一定的毒害作用，氨可通過皮膚、呼吸道及消化道引起中毒。氨濃度在0.1mg/L時(shí)，人可感覺到刺激作用，濃度在0.7mg/L時(shí)可能危及生命。水中的氨氮在微生物作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮和亞硝態(tài)氮，二者均為強(qiáng)化學(xué)致癌物質(zhì)亞硝基化合物的前體物質(zhì)，有致癌、致突變、致畸的性質(zhì)，對人體危害十分嚴(yán)重。因?yàn)榘钡廴镜姆N種危害和出水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，高濃度氨氮廢水的處理受到了社會各界的重視。在高濃度氨氮廢水處理技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用中涌現(xiàn)了一大批行之有效的處理工藝，這些脫氮技術(shù)可分為物理化學(xué)脫氮技術(shù)和生物脫氮技術(shù)兩大類。

1 高濃度氨氮廢水處理的現(xiàn)狀

1.1 物理化學(xué)脫氮技術(shù)

目前我國常用的物化法脫氮技術(shù)主要有吹脫法、折點(diǎn)加氯法、選擇性離子交換法、化學(xué)沉淀法等。

1.1.1 吹脫法。吹脫法是通過向廢水中加入堿調(diào)節(jié)pH值，使水中離子氨（NH4+）轉(zhuǎn)為游離氨（NH3），再通入蒸汽或空氣進(jìn)行吹脫，將廢水中氨轉(zhuǎn)化為氣相，從而達(dá)到去除氨氮的目的。一般采用NaOH或CaO調(diào)節(jié)廢水pH，采用冷卻塔作為吹脫裝置。吹脫法操作靈活，占地面積小，脫氮效率高，對于處理濃度較高的氨氮廢水得到了較為廣泛的推廣和使用。但吹脫法也存在一些問題，比如冬季（低溫）氨吹脫效率不高；若以石灰調(diào)節(jié)pH，易在吹脫塔內(nèi)形成水垢；逸出的氨會污染空氣，形成二次污染。

1.1.2 折點(diǎn)加氯法。折點(diǎn)加氯法是向廢水中投加足量氯氣，使水中離子氨（NH4+）氧化成氮?dú)獾膹U水脫氮技術(shù)。其化學(xué)反應(yīng)式為：

NH4++1.5HClO→0.5N2↑+1.5H2O+2.5H++1.5Cl- （1-1）

在折點(diǎn)加氯法中，余氯濃度和殘留氨氮濃度與氯氣、氨氮質(zhì)量之比有關(guān)。最佳理論投氯量（以Cl2計(jì)）與氨氮的質(zhì)量之比為7.6：1。折點(diǎn)加氯法對于氨氮濃度低的廢水來說比較經(jīng)濟(jì)適用，常常作為廢水深度處理的一個(gè)步驟連接在其他脫氮工藝之后。

1.1.3 化學(xué)沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法中應(yīng)用較多的是磷酸銨鎂沉淀法，它是向廢水中投加磷酸鹽和氧化鎂，使氨形成磷酸銨鎂沉淀而被去除的廢水脫氮技術(shù)。其化學(xué)反應(yīng)式為：

NH4++Mg2++PO43-→MgNH4PO4·6H2O↓ （1-2）

化學(xué)沉淀法工藝簡單、效率高，但投加藥劑量大，從而致使處理成本較高。另外，產(chǎn)生的磷酸銨鎂容易造成二次污染。研究開發(fā)磷酸銨鎂的回用和綜合利用技術(shù)，對于磷酸銨鎂沉淀法在高濃度氨氮廢水處理工程中的應(yīng)用具有重要意義。

1.2 生物脫氮技術(shù)

生物脫氮技術(shù)是利用微生物的代謝作用使廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃w中逸出。氨氮的去除過程主要包括兩個(gè)步驟：硝化作用和反硝化作用。

硝化作用。包括兩個(gè)基本的反應(yīng)步驟：（1）由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO2-）的反應(yīng)；（2）由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（NO3-）的反應(yīng)。硝化作用過程需要在好氧條件下進(jìn)行，并且以氧作為電子受體。其反應(yīng)方程式如下：

亞硝化反應(yīng)：2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+ （1-3）

硝化反應(yīng)：2NO2-+2O2→2NO3- （1-4）

反硝化作用。將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^程。反應(yīng)過程中反硝化菌利用各種有機(jī)基質(zhì)作為電子受體，以硝酸鹽作為電子受體而進(jìn)行缺氧呼吸。

硝化菌是好氧、自養(yǎng)菌，反硝化菌是兼性、異養(yǎng)菌，因此硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的環(huán)境條件不同?，F(xiàn)行的生物脫氮工藝一般是將缺氧（厭氧）和好氧區(qū)分開，如A/O工藝和A/A/O工藝，氨氮在好氧區(qū)被亞硝化菌和硝化菌氧化成亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，然后將混合液回流到前置缺氧段；在缺氧條件下，亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮被反硝化菌還原為氮?dú)?，達(dá)到脫氮目的。另一種工藝是后置反硝化工藝，即把反硝化反應(yīng)器放在硝化反應(yīng)器之后，因混合液中缺乏有機(jī)物，一般需人工投加碳源。

2 高濃度氨氮廢水處理的未來發(fā)展

2.1 研究組合式的脫氮技術(shù)

物理化學(xué)脫氮技術(shù)和生物脫氮技術(shù)各自有其優(yōu)勢及局限性。組合式處理技術(shù)就是把兩種及兩種以上的處理方法結(jié)合起來對高濃度氨氮廢水進(jìn)行綜合處理。例如，當(dāng)污水中氨氮濃度較高而營養(yǎng)物質(zhì)較少時(shí)，先對高濃度氨氮污水進(jìn)行吹托，可以提高去除效率；在低濃度條件下進(jìn)行吸附可以減少吸附劑的用量和再生次數(shù)，提高出水水質(zhì)。也可用生物法作后續(xù)處理，通過前面的吹脫處理，降低氨氮的濃度后，可減輕氨氮對微生物的抑制作用，降低營養(yǎng)物的投加量，提高出水水質(zhì)。

2.2 對現(xiàn)有處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)研究

現(xiàn)有的高濃度氨氮廢水處理工藝還有改進(jìn)的潛力，應(yīng)開展對現(xiàn)有工藝的改進(jìn)研究。比如吹脫法中，可通過試驗(yàn)考察各個(gè)處理因素（pH值、溫度、鼓風(fēng)量、吹托時(shí)間等）對處理結(jié)果的影響，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析得到最佳工藝參數(shù)，并對現(xiàn)有的氨吹脫設(shè)備進(jìn)行改造。磷酸銨鎂沉淀法中，通過試驗(yàn)選定沉淀效果最好的組合藥劑，確定其最佳反應(yīng)條件，并對磷酸銨鎂晶體中營養(yǎng)物質(zhì)的緩釋性能和磷酸銨鎂的循環(huán)性能進(jìn)行研究。

2.3 研究和發(fā)展新型脫氮技術(shù)

操作簡便、處理性能穩(wěn)定高效、運(yùn)行費(fèi)用低廉、能實(shí)現(xiàn)氨氮回收利用的處理技術(shù)是高濃度氨氮廢水處理的發(fā)展方向。物理化學(xué)脫氮技術(shù)方面，國內(nèi)外研究者對超聲技術(shù)、電化學(xué)法、微波技術(shù)、高級氧化技術(shù)處理高濃度氨氮廢水進(jìn)行了研究，部分工藝已有工程實(shí)例且取得了良好的處理效果。生物脫氮技術(shù)方面，隨著生物學(xué)機(jī)理的深入揭示和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和滲透，為高濃度氨氮廢水的高效生物脫氮提供了可能的途徑，發(fā)展出了一些新型的脫氮工藝，包括短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝和好氧反硝化工藝等。

3 結(jié)語

高濃度氨氮廢水對環(huán)境具有很大的危害性。目前，針對高濃度氨氮廢水的處理技術(shù)雖然眾多，且各具特點(diǎn)，但仍存在一定的局限性。操作簡便、處理性能穩(wěn)定高效、運(yùn)行費(fèi)用低廉、能實(shí)現(xiàn)氨氮回收利用的處理技術(shù)是高濃度氨氮廢水處理的發(fā)展方向。

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