污水氨氮超標(biāo)原因分析及應(yīng)對措施

徐科威

（無錫市錫山區(qū)污水處理廠 江蘇無錫 214000）

1 污水中氨氮存在形式及其危害

氮在污水中以有機(jī)態(tài)氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮等形式存在，其中氨態(tài)氮包括游離氨（NH3）和銨鹽（NH4+），兩種形式的氨態(tài)氮比例受水的pH值和溫度等因素影響，pH偏高，水溫越高時，游離氨的比例較高[1]。在污水中氨氮和總氮相互比例關(guān)系不確定[2,3]。各種形式的氮在不同條件下可相互轉(zhuǎn)化。例如氨氮在硝化細(xì)菌作用下可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮；而有機(jī)氮在細(xì)菌作用下分解，使氨氮含量增加；但很快又以硝化作用為主，氨氮濃度再次持續(xù)下降[4]。

氨氮是水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)，也是水體氮的各種存在形式中危害影響最大的一種形態(tài)。氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧，是水體中的主要耗氧污染物之一。氨氮中的非離子氨是引起水生生物毒害的主要因子，其毒性比銨離子大幾十倍。在氧氣充足的情況下，氨氮可在氧的作用下生成亞硝酸鹽氮，進(jìn)而分解為硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮與蛋白質(zhì)結(jié)合生成亞硝胺，具有致癌和致畸作用[5]。進(jìn)入水體中的氨氮易引起水中藻類及其他微生物的大量繁殖，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，水質(zhì)下降[6]。

2 污水氨氮處理常見工藝

氨氮廢水的處理工藝主要有：生物脫氮法、吸附法、折點加氯法、吹脫法、電滲析法、膜處理法和化學(xué)沉淀法等[1,6]。

生物脫氮法是水中的氨氮通過微生物的氨化作用、硝化和反硝化作用，氧化分解生成N2來凈化處理廢水。氨化作用使有機(jī)物含氮物質(zhì)脫氨，硝化作用使氨在有氧條件下氧化為硝態(tài)氮，反硝化作用使硝態(tài)氮在無氧條件下形成氣態(tài)N2。生物脫氮法工藝成熟，廣泛應(yīng)用于污水處理中。生物脫氮有硝化-反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等?；钚晕勰喾ㄟ\用已有一百多年的歷史，方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，采用活性污泥法處理氨氮廢水的工藝及其變形也不計其數(shù)，如A/O工藝、A2/O工藝、SBR工藝等。采用SBR法處理氨氮廢水占地面積少，在處理高氨氮廢水中有優(yōu)勢，隨著自動控制設(shè)備及檢測儀表的發(fā)展，逐步得到了推廣使用。目前高氨氮廢水大多采用短程硝化反硝化或短程硝化－厭氧氨氧化組合工藝。短程硝化可在硝化過程中減少需氧量，在反硝化過程中減少外加碳源，并且可降低工藝污泥產(chǎn)量。除此之外，短程硝化會導(dǎo)致N2O釋放[8]。生物法不會造成二次污染，且經(jīng)濟(jì)有效，易于操作。若廢水中氨氮濃度過高時，需用其他脫氨技術(shù)先降低氨氮負(fù)荷。生物法還受很多因素影響，如溫度、廢水中毒素濃度、pH值等[7]。

吸附法操作過程及工藝較為簡單，便于操作，沸石對NH4+的選擇性強(qiáng)，但該方法不適用于廢水中氨氮濃度較高的情況（>500mg/L），因為在此情況下，吸附劑需頻繁再生，增加了處理成本；折點加氯法是把氯氣或次氯酸鈉加到氨氮廢水中，將廢水中的氨氮氧化為N2的化學(xué)脫氮工藝，當(dāng)廢水通入氯氣達(dá)到某一點時水中游離氯含量最低，加氯量再增加時，剩余氯量又上升，該法反應(yīng)速度快、氨氮去除率高、設(shè)備少、投資較少，常與生物硝化連用，折點氯化法適合處理低濃度氨氮廢水，對高濃度氨氮廢水的處理費用較高，折點加氯會產(chǎn)生有機(jī)氯化物，形成二次污染，一般不提倡使用[1,7]。由此可知，吸附法和折點加氯法這兩種方法均不適用于處理濃度較高的氨氮廢水[6]。

吹脫法是利用氨氮揮發(fā)性特點，利用廢水外氣相環(huán)境中氨濃度與吹脫出水氣相平衡濃度的差異，在堿性條件下用空氣（稱為吹脫）和水蒸氣（稱為汽提）通入水中，將水中氨脫除。吹脫法可用于高濃度氨氮廢水處理，由于該法會造成二次污染，一般使用較少。電滲析法是在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使離子從電解質(zhì)溶液分離出來的過程[7]。膜分離法處理效率高，但預(yù)處理困難，運行費用高?；瘜W(xué)沉淀法是向氨氮廢水中鎂鹽和磷酸鹽，生成磷酸銨鎂MgNH4PO46H2O（俗稱鳥糞石）沉淀，以去除廢水中氨氮。該法工藝設(shè)計簡單，能好少，處理效率不受溫度限制，適合于高濃度氨氮廢水的處理[1]。

高氨氮的污水處理難度較大在高氨氮廢水處理過程中可能，在進(jìn)水高氨氮負(fù)荷和低溶解氧（DO）濃條件下，氨氧化菌（AOB）發(fā)生好氧反硝化反應(yīng)，產(chǎn)生溫室氣體N2O。因此，在處理高氨氮污水時，要使活性污泥保持一定濃度的DO，以避免溫室氣體N2O的釋放[8]。

3 污水氨氮去除效率的影響因素

硝化菌與反硝化菌對環(huán)境要求比較高，受有毒有害物質(zhì)、高水溫以及PH值的影響都會形成一定的抑制作用，從而影響污水氨氮去除效率[9]。

3.1 污水中污染物對硝化系統(tǒng)的影響

傳統(tǒng)活性污泥法在污水廠得到了廣泛應(yīng)用，如A/O法和A2/O法等。污水處理脫氮主要通過硝化、反硝化過程實現(xiàn)，硝化細(xì)菌是一類好氧性細(xì)菌，包括硝酸菌和亞硝酸菌，多為自養(yǎng)型細(xì)菌，增殖緩慢，世代時間長，對外界因素敏感，硝化系統(tǒng)易受水質(zhì)、水量的影響[10]，一些重金屬、高濃度的有機(jī)質(zhì)、高濃度的NH3-N、NOx-N以及絡(luò)合陽離子等對硝化菌有很強(qiáng)的抑制作用[11]，硝化細(xì)菌一旦大量消失，較難自然恢復(fù)，可能導(dǎo)致出水氨氮含量超標(biāo)[12]。

3.2 污水處理工藝參數(shù)對硝化效率的影響

影響硝化反應(yīng)的主要因素有溶解氧、有機(jī)物濃度、pH值、氨氮濃度、溫度、污泥泥齡等[13]。

3.2.1 溶解氧

硝化細(xì)菌是好氧自養(yǎng)菌，包括硝化菌和亜硝化菌，亜硝化菌可把氨氧化為亞硝酸鹽，硝化菌能把亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽[3]。氨氮的硝化過程是一個耗氧過程[14]。A2/O工藝又稱為AAO法，即厭氧-缺氧-好氧法（Anaerobic-Anoxic-Oxic）。厭氧階段主要聚磷菌釋放磷，去除部分BOD。反硝化細(xì)菌屬于厭氧異養(yǎng)菌，在缺氧階段，以水體中的生化需氧量（BOD5）作為碳源，將水體中存在的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣[3]。在好氧階段，污水中的有機(jī)氮氨化后在進(jìn)行硝化反應(yīng)形成硝酸鹽氮。硝化細(xì)菌繁殖對溶解氧（dissolved oxygen,DO）要求較高，氧是硝化作用中的電子受體，DO過低不利于硝化反應(yīng)，影響脫氮效果。但DO過高也不利于硝化菌增殖，隨著污泥回流及內(nèi)回流，DO被帶到缺氧段，會影響反硝化作用[3]。

3.2.2 有機(jī)物濃度

COD是化學(xué)需氧量，表示可生物降解和難以生物降解的有機(jī)物的量，BOD5是生化需氧量,表示可生化的有機(jī)物的量。m（BOD5）/m（COD）比值可表示污水的可生化性，該比值大表示污水中的有機(jī)物易被分解，可生化性好。有機(jī)物濃度高時，易養(yǎng)菌增殖速度快，而自氧型的硝化菌增殖速度慢，成為劣勢菌種，硝化反應(yīng)緩慢[10]。

3.2 .3pH

反硝化細(xì)菌對pH值不敏感，反硝化最佳pH值在中性及弱堿，pH值低的環(huán)境中反硝化產(chǎn)物為N2O，中性及弱堿條件下反硝化產(chǎn)物為N2。硝化菌受pH影響很大。硝化反應(yīng)會消耗堿度，故pH稍高于7～8，有利于硝化作用，當(dāng)pH低于6.5和高于9.0時，脫氮效率下降明顯[15]。污水pH變化幅度大時，有時偏低，導(dǎo)致活性污泥沉降絮凝性下降，污泥解體，從而破壞活性污泥系統(tǒng)[10]。

3.2.4 氨氮濃度

進(jìn)水氨氮濃度過高不利于硝化菌，可抑制硝化反應(yīng)，導(dǎo)致出水氨氮升高。氨氮濃度過低時硝化菌受底物抑制[13,16]。

3.2.5 泡沫

硝化菌是一類極其微小的自養(yǎng)菌，硝化菌一般附著在活性污泥顆粒的表面?；钚晕勰囝w粒發(fā)生解體時，污泥顆粒變得細(xì)小分散，結(jié)構(gòu)松散無規(guī)則，無法形成較好的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，粘附性減弱，凝聚沉降性能下降，活性污泥顆粒表層的硝化菌隨之不斷流失，氨氮去除效果下降[13,17]。泡沫會嚴(yán)重影響生物反應(yīng)池污泥性狀。非絲狀菌污泥膨脹是由于菌膠團(tuán)細(xì)菌生理活動異常而導(dǎo)致污泥膨脹，活性污泥沉降性能下降，污泥指數(shù)高屬于非絲狀菌污泥膨脹，不排除產(chǎn)生泡沫物質(zhì)包裹活性污泥菌團(tuán)，影響了硝化菌效率[10]。

3.2.6 水溫

生物脫氮效果受水溫影響較大，低溫時脫氮效率不高。水溫應(yīng)保持在25-35度之間。一般認(rèn)為水溫＜15℃后系統(tǒng)的硝化能力會減弱，抗沖擊能力差。低溫對系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在微生物的內(nèi)源代謝、種群組成、細(xì)胞增殖、絮狀結(jié)構(gòu)、吸附性能、沉降性能以及曝氣池中氧的轉(zhuǎn)移效率等[15]。

3.2.7 水力停留時間

水力停留時間（HRT）對氨氮去除效率有一定影響，HRT過短易造成污泥流失，且該流失現(xiàn)象隨HRT越短越嚴(yán)重，而當(dāng)HRT過長時又會造成污泥的泥齡過長，從而降低去除效率。

硝化反應(yīng)需要的時間較長，通常不應(yīng)低于6 h，而反硝化所需要的時間較短，一般在2 h之內(nèi)就可完成。因此，硝化與反硝化的水力停留時間比為3:1較好[18]。

3.2.8 污泥泥齡

污泥泥齡是指活性污泥微生物在生化處理系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時間（天），泥齡可以通過每天排放剩余活性污泥的量進(jìn)行控制[14]。因為硝化細(xì)菌的生長速度很緩慢，為了保證硝化反應(yīng)器內(nèi)足夠的硝化菌數(shù)量，因此需要污泥齡較長[18]。

4 污水處理廠出水氨氮超標(biāo)問題的應(yīng)對措施

4.1 加大排污企業(yè)的監(jiān)管力度

環(huán)保部門要加大企業(yè)廢水排放的監(jiān)督與管理，尤其是對企業(yè)偷排、超排現(xiàn)象加強(qiáng)檢查力度，從而控制污水廠進(jìn)水水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象。

4.2 調(diào)整工藝參數(shù)

在污水處理過程中，根據(jù)進(jìn)出水情況，控制工藝的pH、溫度、溶解氧等運行參數(shù)，調(diào)整曝氣量、污泥濃度，內(nèi)回流比和外回流比、水力停留時間等，及時處理存在的問題，以保證污水凈化處理工作能夠合理完成。

4.3 對污水處理系統(tǒng)及設(shè)備運行情況加強(qiáng)管理和監(jiān)測

為了保障污水處理系統(tǒng)的正常運行，應(yīng)加強(qiáng)對污水處理系統(tǒng)及設(shè)備運行各項參數(shù)情況的監(jiān)測，做好設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)工作，以保證系統(tǒng)及設(shè)備處于良好運行狀態(tài)。

4.4 加強(qiáng)對進(jìn)出水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測

對污水處理中pH、COD、BOD5、溶解氧及污泥濃度、污泥性質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)加強(qiáng)監(jiān)測，及時掌握進(jìn)出水水質(zhì)變化及污水處理過程，以便及時采取處理措施。

4.5 建立應(yīng)急預(yù)案

為了提高污水處理系統(tǒng)對進(jìn)水負(fù)荷變化的抗沖擊能力，應(yīng)建立有效的應(yīng)急方案，如投加活性污泥、投加高效復(fù)合菌、補(bǔ)充碳源等。

結(jié)語

隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，污水排放量日益增加，氨氮污水的處理引起了環(huán)保領(lǐng)域的重視。近年來，對氨氮污水處理開展了較多研究，各種氨氮污水處理技術(shù)各有其優(yōu)缺點，而高氨氮污水的處理是難題之一。另一方面，企業(yè)應(yīng)積極改進(jìn)生產(chǎn)工藝，從根源上減少氨氮排放量。高效、經(jīng)濟(jì)的污水氨氮處理技術(shù)有待于進(jìn)一步研究，污水有效的處理對于環(huán)境保護(hù)及人類社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。