氨氮廢水治理技術(shù)探討與展望研究

姜 太

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司化學(xué)分公司，陜西 渭南 714000）

現(xiàn)如今，隨著我國(guó)工業(yè)快速發(fā)展，工業(yè)廢水排放量不斷增多，給廢水治理和環(huán)境治理帶來了巨大的壓力。另外，社會(huì)環(huán)保意識(shí)的覺醒使得我國(guó)工業(yè)廢水治理得到了廣泛的關(guān)注，國(guó)家也在不斷尋找有效的治理途徑，積極應(yīng)用與創(chuàng)新廢水治理技術(shù)。氨氮廢水作為最常見的工業(yè)廢水之一，我國(guó)擁有多種先進(jìn)的治理技術(shù)，治理工藝較為成熟，治理效果良好。

1 氨氮廢水治理

氨氮廢水主要來源于化肥、制藥、食品以及石化企業(yè)等，氨氮廢水被大量排入水體中不但會(huì)引發(fā)水體的富營(yíng)養(yǎng)化形成黑臭水體，而且會(huì)對(duì)人類以及動(dòng)植物的健康造成直接影響，導(dǎo)致水體治理難度加大，治理成本增加。目前，我國(guó)針對(duì)氨氮廢水的治理主要有吹脫法、反滲透法、離子交換法、化學(xué)法以及生物脫氮法等，治理技術(shù)多樣且效果良好，基本可以滿足氨氮廢水治理的要求。

2 氨氮廢水治理技術(shù)探討與應(yīng)用

2.1 吹脫法

吹脫法在氨氮廢水治理中的應(yīng)用十分廣泛，其治理原理是先將氨氮廢水調(diào)節(jié)至堿性，然后在吹脫汽提塔中通入蒸汽，最后通過氣液接觸將氨氮廢水中的氨氮從液相轉(zhuǎn)移到氣相中，氨氮廢水中的游離氨吹脫到大氣環(huán)境中，氨氮廢水的pH＞9時(shí)，氨氮組分主要以游離氨的形式存在，并在廢水中達(dá)到平衡：NH4++OH-=NH3+H2O。吹脫法在處理氨氮廢水的過程中，普遍認(rèn)為治理效果與氨氮廢水的pH、氣液比以及蒸汽溫度有直接關(guān)系，需要在治理過程中嚴(yán)格控制上述指標(biāo)，保證吹脫效率。將氨氮廢水pH值調(diào)節(jié)為堿性是為了將離子態(tài)的銨轉(zhuǎn)化為分子態(tài)，以便可以在通入高溫蒸汽時(shí)被吹脫到空氣中。吹脫法工藝流程簡(jiǎn)單，處理效果穩(wěn)定，氨氮去除率可以達(dá)到60%-95%。吹脫法通常應(yīng)用在高濃度氨氮廢水治理中，吹脫出去的氨氮成分可以使用鹽酸進(jìn)行吸附，并作為母液回用于純堿生產(chǎn)，從而提高企業(yè)環(huán)保設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益，增加額外收入，降低治理成本。另外，在排放氨氣的過程中也要考慮大氣排放標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)大氣造成污染。

2.2 反滲透法

反滲透法是近些年國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的一種新型氨氮廢水治理方法，其治理工藝核心就是反滲透膜，反滲透膜對(duì)溶劑具有選擇性，可以在液體通過的過程中在反滲透膜的兩側(cè)形成靜壓差，以此利用高壓下反滲透膜的選擇性將氨氮廢水中的游離氨截流在反滲透膜外，以此實(shí)現(xiàn)分離液體混合物的目標(biāo)。影響反滲透法治理效果的因素包括溫度、壓力、氨氮廢水pH、氨氮廢水濃度等。有研究表明[1]，在應(yīng)用反滲透法治理氨氮廢水的過程中，將氨氮廢水的pH控制在7以下時(shí)可以獲得最穩(wěn)定的治理效果，同時(shí)反滲透治理水中的氨氮含量可以控制到10mg/L以下，治理效果顯著，可以實(shí)現(xiàn)反滲透產(chǎn)水的生產(chǎn)回用。

2.3 離子交換法

使用離子交換法處理氨氮廢水就是一個(gè)在離子交換劑上進(jìn)行可交換離子與液相離子交換的過程，從而將氨氮廢水中的游離氨處理掉?，F(xiàn)階段應(yīng)用比較多的交換顆粒是沸石，沸石上面具有孔隙，可以將氨氮廢水中的游離氨陽(yáng)離子與水溶液容納進(jìn)去并與之進(jìn)行交換，氨氮廢水中的NH3分子粒徑比沸石的孔徑要小，可以進(jìn)入沸石的孔徑中發(fā)生交換反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)處理NH4+-N的目的[2]。同時(shí)，為了提高離子交換法的治理效果，可以通過酸堿、微波、高溫以及鹽等方式對(duì)沸石進(jìn)行改性，從而提高沸石的吸附容量以及吸附速率等，同時(shí)可以改善沸石的孔道特性。離子交換法的實(shí)際處理效果與廢水的水質(zhì)、天然沸石種類、沸石改性效果等具有直接關(guān)聯(lián)，需要在應(yīng)用過程中做好試驗(yàn)。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，部分廢水處理企業(yè)會(huì)將離子交換法與生物技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，即將沸石的選擇性吸附能力與生物硝化反硝化作用結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)游離氨組分的自我吸收與自我消化的循環(huán)，從而進(jìn)一步提高氨氮廢水的治理效果。

2.4 化學(xué)法

化學(xué)沉淀法?；瘜W(xué)沉淀法是治理氨氮廢水的傳統(tǒng)工藝之一，興起于上個(gè)世紀(jì)的九十年代，主要處理過程是將可溶性的磷鹽和鎂鹽投加到氨氮廢水中，通過彼此之間的化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)合鹽MgNH4PO4·6H2O，這種復(fù)合鹽具有難溶于水的特性，可以在氨氮廢水治理池中形成沉淀而積存下來，以此達(dá)到氨氮廢水治理的目的?；瘜W(xué)沉淀法治理氨氮廢水具有工藝流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)速度快以及處理效果好等優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榱}和鎂鹽的市場(chǎng)價(jià)格比較高，所以化學(xué)沉淀法的處理成本比較高?；瘜W(xué)沉淀法對(duì)于高濃度氨氮廢水的處理效果比較好，需要在處理前根據(jù)氨氮廢水濃度科學(xué)配比沉淀劑，以此提高處理效果，實(shí)際處理效率可以達(dá)到98%以上。另外，化學(xué)沉淀法沉淀下來的MgNH4PO4·6H2O復(fù)合鹽是一種高效的緩釋磷銨肥料，可以對(duì)其進(jìn)行妥善的分離回收，具有一定的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益。

電化學(xué)法。電化學(xué)法治理氨氮廢水是一種相對(duì)先進(jìn)的治理技術(shù)，主要有兩種處理方式，一種是氨氮與電極進(jìn)行接觸而在其表面直接發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，一種是氨氮被電極表面形成的強(qiáng)氧化物質(zhì)間接去除，是一個(gè)氧化過程。間接氧化去除過程又可以分為以下兩個(gè)方面：①氨氮廢水在電極的作用下會(huì)在電極表面生成具有強(qiáng)硬化性的物質(zhì)·OH，·OH會(huì)與氨氮廢水中的游離氨發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而將氨氮廢水中的游離氨去除。②氨氮廢水中的氯離子在電極作用下會(huì)經(jīng)過一系列的反應(yīng)生成HClO和ClO-，并與氨氮廢水中游離氨進(jìn)行氧化反應(yīng)。在氨氮廢水中適當(dāng)?shù)耐度胍欢康募勇入x子可以有效提高對(duì)氨氮廢水的治理效果，氨氮去除率會(huì)顯著提高。

2.5 折點(diǎn)加氯法

折點(diǎn)加氯法是氨氮廢水處理技術(shù)中一種比較先進(jìn)的化學(xué)處理技術(shù)，其處理原理是通過在氨氮廢水中投入一定量的氯離子，使得氯離子與氨氮廢水中的氨氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成氨氣，進(jìn)而將工業(yè)廢水中氨氮組分去除。在使用折點(diǎn)加氯法處理氨氮廢水的過程中，氯離子的投入量會(huì)存在一個(gè)折點(diǎn)，即在氯離子投入量達(dá)到一定量以后，氨氮廢水中的游離氯含量比較小，廢水中氨氮的濃度也比較小。在此時(shí)，如果繼續(xù)在氨氮廢水中投入氯離子，會(huì)使得氨氮廢水中氨氮含量進(jìn)一步減少，但是此時(shí)廢水中的游離氯含量則發(fā)生了上升。在這個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行的氯化反應(yīng)就稱為折點(diǎn)加氯法，可以十分高效的將氨氮廢水中的氨氮去除掉，可以將處理后的廢水中氨氮濃度控制在0.1mg/l以下，氨氮去除率十分高。同時(shí)折點(diǎn)加氯法還可以利用氯離子的殺菌作用對(duì)廢水進(jìn)行有效的消毒殺菌，并對(duì)處理后的氨氮廢水中存在的某些有機(jī)物和無機(jī)物進(jìn)行氧化，但是需要適當(dāng)增加氯離子投入量。折點(diǎn)加氯法處理氨氮廢水的前期設(shè)備和場(chǎng)地投入比較大，并且處理成本較高，因此很少被使用。

2.6 生物脫氮法

生物脫氮法是國(guó)內(nèi)外用來處理焦化廢水中氨氮的主要技術(shù)，我國(guó)應(yīng)用最廣泛的生物脫氮法是預(yù)處理加生化處理法，屬于二級(jí)處理工藝[3]。生物脫氮法在對(duì)氨氮廢水進(jìn)行處理的過程中，主要是以脫氮微生物的生物活性作為脫氮主體，需要在各種脫氮微生物的共同作用下，通過硝化、反硝化等反應(yīng)，將氨氮廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氮?dú)夂退?。生物脫氮法處理氨氮廢水的工藝較多，處理過程復(fù)雜，控制難點(diǎn)多，但是其主要原理就是利用硝化與反硝化作用將氨氮廢水中的氨氮氧化為硝酸鹽或者亞硝酸鹽?，F(xiàn)階段，我國(guó)應(yīng)用的生物脫氮法主要為SBR工藝、A/O工藝以及近些年新研發(fā)的生物膜-SBR工藝等，工藝方法種類較多，處理效果良好。

2.7 聯(lián)合法

物理處理以及化學(xué)處理技術(shù)在處理高濃度氨氮廢水的過程中不會(huì)因?yàn)榘钡獫舛冗^高而受到限制，但是無法將氨氮含量降到足夠低的濃度。而生物脫氮法在處理高濃度氨氮廢水的過程中，會(huì)受到氨氮濃度過高的影響而限制處理技術(shù)應(yīng)用。所以，經(jīng)過多年的研究與試驗(yàn)分析，提出了一種生化聯(lián)合的氨氮廢水處理工藝，即在處理高度度氨氮廢水之前，先對(duì)氨氮廢水進(jìn)行物化處理，然后再進(jìn)行生物脫氮處理，以此將多種類型的處理技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高氨氮廢水處理效果，降低氨氮濃度對(duì)處理技術(shù)應(yīng)用的限制。常用的聯(lián)合處理技術(shù)包括膜-生物反應(yīng)器處理、生物活性炭流化床處理等。其中，膜-生物反應(yīng)器是一種由膜分離單元與生物處理單元聯(lián)合使用的一種新型廢水處理工藝，主要是利用沉浸于好氧生物池內(nèi)的膜分離設(shè)備將活性污泥和大分子固體物質(zhì)進(jìn)行截流，并用膜組件替代了二沉池，可以減少生物反應(yīng)池的體積。

3 氨氮廢水治理技術(shù)比較

氨氮廢水的治理技術(shù)種類很多，各種技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)、各有不足，現(xiàn)對(duì)氨氮廢水治理技術(shù)進(jìn)行比較，具體比較內(nèi)容如表1所示。

表1 氨氮廢水治理技術(shù)比較

由表1可以清晰看出，吹脫法的工藝流程簡(jiǎn)單，治理范圍適應(yīng)于各種濃度氨氮廢水，治理成本低，但是能耗高，并且可能會(huì)造成二次污染，該方法在處理高濃度氨氮廢水中具有很大優(yōu)勢(shì)。反滲透法工藝簡(jiǎn)單，可以適用于各種濃度的氨氮廢水，能耗一般，處理效率好，但是治理成本比較高，并且反滲透膜容易受到污染，處理設(shè)備的成本也比較高。同時(shí)，反滲透法處理過的氨氮廢水會(huì)變成高濃度廢水，目前還沒有特別好的處理方法。離子交換法的工藝流程簡(jiǎn)單，適用于中低濃度的氨氮廢水，能耗低，但是治理成本高，并會(huì)造成較為嚴(yán)重的二次污染，需要對(duì)出水進(jìn)行再次處理。化學(xué)法通常應(yīng)用在中高濃度的氨氮廢水處理中，去除效率高、用時(shí)短，但是治理成本高，工藝相對(duì)復(fù)雜。生物脫氮法處理氨氮廢水工藝流程相對(duì)復(fù)雜，但是處理設(shè)置便于安裝，成本較低，能耗較低，但是治理成本較高，并且只對(duì)中低濃度氨氮廢水具有良好處理效果。

4 氨氮廢水治理技術(shù)展望研究

氨氮廢水作為我國(guó)主要的工業(yè)廢水之一，隨著工業(yè)化建設(shè)的不斷發(fā)展，氨氮廢水的排放量逐年增多，并且治理標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高，因此必須對(duì)現(xiàn)有的氨氮治理技術(shù)進(jìn)行有效的創(chuàng)新，進(jìn)一步提高氨氮廢水處理效果。氨氮廢水治理技術(shù)的發(fā)展要以現(xiàn)有的治理技術(shù)為依托，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)調(diào)整以及工藝優(yōu)化，從而在保證處理效率的前提下不斷降低處理成本和處理難度，將其更好的應(yīng)用到氨氮廢水治理過程中。同時(shí)，還應(yīng)該針對(duì)我國(guó)工業(yè)廢水的排放情況以及氨氮廢水治理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有的氨氮廢水處理設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，提高處理效率，減少能耗，并且要對(duì)多種氨氮廢水治理技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用效果進(jìn)行統(tǒng)一分析與研究，通過結(jié)合不同治理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使得氨氮廢水治理工藝達(dá)到最優(yōu)效果，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

綜上，隨著我國(guó)工業(yè)化的高速發(fā)展，對(duì)氨氮廢水的治理要求和標(biāo)準(zhǔn)越來越高，需要我們對(duì)現(xiàn)有的氨氮廢水治理技術(shù)進(jìn)行充分分析，了解不同治理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，以此形成科學(xué)的治理工藝流程，提高治理效率，降低治理成本，并在今后的發(fā)展過程中揚(yáng)長(zhǎng)避短，加大技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新力度，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，進(jìn)一步提高氨氮廢水治理的效果。