含氮廢水中污染物去除方法研究

賀莉麗 董齊 郭婉琛 元佳俊

摘要：隨著科學技術的不斷進步及人民生活質量水平的顯著提高，生態(tài)環(huán)境問題愈加嚴重，水體富營養(yǎng)化就是其中之一， 水體富營養(yǎng)化是由工農業(yè)生產排放的含氮量廢水過多導致的，因而，水質處理必不可少的重要環(huán)節(jié)之一廢水去氮，本文對于含氮廢水中污染物去除的常規(guī)方法做了比較，并探索討論了對此類廢水更理想的處理方案。

關鍵詞：脫氮;處理方法;物化法;生物法;硝化反硝化

氮是廢水中常見的污染指標，見于金屬冶煉、石油化工、化肥、養(yǎng)殖等工農業(yè)生產過程中排放的廢水以及垃圾處理過程產生的有機廢水[[[1]董建威，高濃度含氮廢水處理技術研究，廣東化工[J]，2014，41卷，15期：166-167.]]。隨著科技的發(fā)展和人民生活質量水平的提高，水體富營養(yǎng)化問題形勢十分嚴峻，而水體富營養(yǎng)化的主要原因之一是水中 氮元素含量的上升。因而，降低水體含氮量是水質處理不可或缺的一部分[[[2]盧俊平等.氨氮廢水穩(wěn)定亞硝化技術研究[J].中國給水排水，2010.26（11）.80-83.]]。

目前含氮廢水的處理技術分為傳統(tǒng)脫氮和新型脫氮兩種技術類型。傳統(tǒng)脫氮技術分為膜分離、沉淀、吸附等物化處理手段 和A2O、SBR、生物轉盤、氧化溝等生物處理手段;新型脫氮技術分為厭氧氨氧化、短程硝化反硝化、固定化技術、同時硝化反硝化等[[[3]張偉，舒金鍇，含氮廢水處理技術研究[J]，2018，27（2）：20-24.]]。

本文通過查閱大量文獻資料，對比各類處理方案及其實驗結果，對于含氮廢水中污染物去除的常規(guī)方法做了比較，并探索 討論了對此類廢水更理想的處理方案。

1、物理法

物理處理手段對氮的去除率低，因此聯(lián)用化學處理手段，稱為物化法，主要包含膜分離法、沉淀法、吸附等。

1.1吸附法

吸附法是利用多孔結構、比表面積較大的吸附劑對于廢水中污染物的吸附作用進行水處理。因成本低而易操作，廣泛應用于在廢水預處理、三級處理以及應急處理中。唐朝春等[[[] 唐朝春，許榮明，吸附法初戀氮廢水研究進展.應用化工[J]，2019，48（1）：156-160.]]比較膨潤土、生物質炭、粉煤灰及沸石等幾種吸附材料對氨氮的吸附量及去除率，得出沸石黏土類吸附材料因其較強穩(wěn)定性及表面活化改性，是比較理想的氨氮吸附材料，并提出幾種較前沿的吸附材料，如高分子材料及納米材料等。胡金玲等[[[] 胡金玲，馬文靜等，精細與專用化學品[J]，2019，27（9）：11-15.]]使用LS-40做了陽離子交換樹脂靜態(tài)實驗，對于濃度為30mg/L的 模擬廢水，樹脂投加量16mL/L，反應時間15min，去除率可以達到90%以上。

1.2沉淀法

沉淀法是指磷酸銨鎂沉淀法，產物俗稱鳥糞石，可做緩釋肥進行二次應用。因工藝簡單，反應速度快，且產物可實現(xiàn)氨氮循環(huán)再利用而廣泛應用。文艷芬等[[[] 文艷芬，唐建軍，周康跟.MAP化學沉淀法處理氨氮廢水的工藝研究.工業(yè)用水與廢水[J]，2009（6）：33-36.]]運用沉淀法脫氮，在鎂：氮：磷=1.2：1：1.2，25-35℃，pH=10條件下，20min，1000mg/L廢水的去除率達到了98.7%。

1.3膜分離法

膜分離法[[[] 銀瑰，劉維榮，楚廣.氨氮廢水處理技術現(xiàn)狀分析及新動向.中國錳業(yè)[J]，2018（6）：1-4.]]是指利用膜的選擇性分離功能，實現(xiàn)氨氮與廢水分離。因效果穩(wěn)定，操作簡單，回收率高及膜的循環(huán)再利用得到運用，常用的膜分離有電滲析、RO及納濾。

2、生物法

生物法處理含氮廢水，是利用微生物在有氧條件下發(fā)生氧化作用來實現(xiàn)，即在氨化菌的作用下有機氮化合物發(fā)生氨化作用再在硝化菌的作用下發(fā)生硝化反應，最后在反硝化細菌的作用下發(fā)生反硝化還原成氮氣。生物法脫氮主要有 SBR、A2O、氧化溝、生物轉盤等。王凱等[[[] 王凱， 武道吉， 陳舉欣， 等. SBR處理滲濾液深度脫氮的影響因素研究[J]. 中國環(huán)境科學， 2016， 36（11）： 3287-3294.]]通過研究得出，有效增加攪拌時間，減少曝氣時間、減少硝化時間會極大的提高整體脫氮效率，滲濾液碳氮比大于4∶1時，可實現(xiàn)深度脫氮。

生物法具有操作簡單、效率高且無二次污染等特點，但生物法對于溫度、碳含量、溶解氧、pH及有毒物質要求高，且反應周期長，基于此，科研人員開展了進一步的改進研究，延伸出了新型脫氮工藝。

3、新型脫氮工藝

新型脫氮工藝包括厭氧氨氧化、同時硝化反硝化、固定化技術、短程硝化反硝化等。

3.1厭氧氨氧化

它指的是在規(guī)定的缺氧條件下，微生物將氨態(tài)氮轉化為氮氣的過程。傳統(tǒng)的生物法是基于將氨氮在硝化菌的作用下生成氧化成硝氮或亞硝態(tài)氮，然后在反硝化菌的作用下還原反應成氮氣，當廢水中含有有機碳源不足時需要外加碳源，且有污泥量大、耗氧量高等弊端，而厭氧氨氧化能夠針對性地克服這些弊端，更加經濟環(huán)保。厭氧氨氧化菌作為能夠有效且充分利用亞硝態(tài)氮氧化氨氮反應產生的的新菌種，受到科研工作者的重視。厭氧氨氧化工藝的脫氮效果及其穩(wěn)定性會受到諸多因素的影響如 溫度、PH、COD 和重金屬等。鄭平等[[[] 鄭平，張蕾.厭氧氨氧化菌的特征與分類.浙江大學學報：農業(yè)與生命科學版[J]，2009，35（5）：473-481.]]對厭氧氨氧化菌進行系統(tǒng)研究，獲得突破性進展，不僅純化了多種厭氧氨氧化酶，更提出了厭氧氨氧化的代謝模型，成功分離并鑒別了5屬9種厭氧氨氧化菌。

3.2同時硝化反硝化

傳統(tǒng)脫氮工藝在硝化反應曝氣過程中發(fā)現(xiàn)了氮素損失，科研工作者后續(xù)研究證實了在有氧條件下反硝化反應的發(fā)生，同時硝化反硝化技術應運而生，即硝化反應與反硝化反應在同一個反應容器中各處供氧不均勻條件下，在各自不同的微小區(qū)域內 同時進行。硝化反應產物繼續(xù)進行反硝化，而反硝化過程產生堿度，使pH升高，為硝化過程提供所需條件。因此不用投放堿度材料，降低了生產成本，并且硝化反應過程迅速，脫氮成效明顯。同步硝化反硝化的基礎理論為以下三種，第一種宏觀環(huán)境理論，第二種微生物理論和第三種微環(huán)境理論。張蔚萍等[[[] 張蔚萍，陳建中.低碳高濃度含氮廢水的生物脫氮技術.環(huán)境保護[J]，2003（5）：20-21，44.]]調查顯示，同時硝化反硝化脫氮技術已經成功運用于丹麥、荷蘭和意大利等國家的污水廠。

3.3固定化技術

它是將微生物固定在一定的載體上，利用微生物代謝處理水中氨氮引起反應法。因其反應穩(wěn)定、具有較理想去除率、環(huán)保而擁有廣闊前景。陳圳等[[[] 陳圳，安立超，戴昕.固定化微生物處理高濃度氨氮廢水的技術研究[J].南京大學，2017.]]研究了固定化微生物技術對于某廠安氮廢水的中式運行，結果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定后固定化微生物可以良好處理進水濃度為120-220mg/L的安氮廢水，氨氮去除率可以穩(wěn)定在85%。丁一等[[[] 丁一，侯旭光，郭戰(zhàn)勝等.固定化小球藻對海水養(yǎng)殖廢水氮磷的處理[J].中國環(huán)境科學，2019，39（1）：336-342.]]研究了海藻酸鈉作為載體，氯化鈣為交聯(lián)劑，小球藻最佳固定化條件及其對海水養(yǎng)殖廢水氨氮和磷酸鹽的處理效果，結果顯示，最佳固定化條件下，氨氮去除率達到63.26%，并能同時間實現(xiàn)磷去除率62.76%。尚海等[[[] 尚海，薛林貴，固定化微藻對廢水中氮、磷的去除及其特性研究[J].蘭州交通大學，2018.]]以淀粉核球藻、蛋白核小球藻及四尾柵藻為材料，以海藻酸鈉和聚乙烯醇為固定化載體，固定化微藻處理模擬氨氮廢水，在對工藝條件優(yōu)化情況下，氨氮去除率可以達到64%。

3.4短程硝化反硝化

它是指通過改變溶解氧及溫度等實驗條件把硝化反應限定在亞硝化階段，避免傳統(tǒng)脫氮過程中亞硝酸鹽被氧化成硝酸鹽，最終被還原成亞硝酸鹽，縮短了反應時間，節(jié)省了氧供應，降低碳源使用量，同時，大大減少了污泥生成量。史曉琳等[[[] 史曉琳，石先陽等，MBBR不同填料掛膜啟動及短程硝化特性研究[J].水處理技術.]]研究表明，選擇物價便宜且來源廣泛的玉米棒、蘆葦、和麥稈做為固體碳源，并選用2種填料進行掛膜，對短程硝化反硝化脫氮進行了系統(tǒng)研究，最終以K2為填料的反應器對于氨氮去除率達到了94.46%。

科學技術一直在進步，科研工作者開始探索多種工藝相結合的可能性，彌補各種工藝的缺陷，以實現(xiàn)對更高濃度、更復雜、更難處理含氮廢水的處理方案。陳辰等[[[] 陳辰，劉振通等，短程硝化（SHARON）聯(lián)合厭氧氨氧化膜生物工藝（ANAMMBR）處理氨氮廢水的研究[J].北京工業(yè)大學，2019.]]通過將膜生物反應器與厭氧氨氧化裝置連接形成的ANAMMBR工藝，大幅度提升了厭氧氨氧化菌富集速度，研究了短程硝化啟動及影響因素、厭氧氨氧化啟動及兩裝置連接后對厭氧氨氧化裝置的影響。銀瑰等[[[] 銀瑰，劉維榮，楚廣.氨氮廢水處理技術現(xiàn)狀分析及新動向.中國錳業(yè)[J]，2018（6）：1-4.

作者簡介：賀莉麗（1985—），女，漢，山西太谷人，太原理工大學現(xiàn)代科技學院學生工作部部長助理，廣西大學化學碩士畢業(yè)，環(huán)境工程專業(yè)。

]]研究提出，新型氨氮廢水處理工藝在微電解、微博輔助技術、濕式氧化、芬頓法、超聲波氧化、負壓脫氮等技術應用方面也有成功的示范案例。隨著科技進步及科學工作者不斷探索，將研發(fā)出新型處理技術，使含氮廢水的處理方案朝高效、環(huán)保、經濟的方向逐步發(fā)展。