工業(yè)廢水中的氨氮處理

車永強，李 梅，趙國輝，劉少禎，魏 磊，孫 曉，高英武

(1.洛陽黎明大成氟化工有限公司，河南 洛陽 471012；2.昊華氣體有限公司，河南 洛陽 471012)

近年來大自然中水體水華災(zāi)害頻繁發(fā)生，主要由于工業(yè)廢水和生活污水中氮、磷等營養(yǎng)鹽類以及有機化合物的含量大大增加，使得水華類的浮游生物大量增殖。水華和赤潮災(zāi)害已經(jīng)嚴重制約沿海和水域周圍地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，因此為了減小對水體的污染，必須降低工業(yè)廢水中氨氮的含量。

目前處理廢水中氨氮含量的方法主要有吹脫法、化學沉淀法、離子交換法、折點氯化法、生物硝化反硝化法、電滲析法、電化學氧化法等。文章對這幾種方法在工程上的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點進行了綜述。

1 吹脫法

吹脫法分為蒸汽吹脫和空氣吹脫，是國內(nèi)處理氨氮廢水應(yīng)用最多的方法。該方法是通過調(diào)節(jié)廢水的pH值以改變廢水中的銨根離子的反應(yīng)平衡，使得銨根離子轉(zhuǎn)化成氨氣逸出。

影響廢水中氨氮吹脫效率的因素主要有廢水溫度、pH值、氣體流速、吹脫時間等[1]。曹國平等[2]提出的吹脫法處理氨氮含量為2500～3000 mg/L的廢水處理最優(yōu)條件為pH值為11，廢水溫度45℃，吹脫時間為3 h，氣水比為2880 m3/m3，廢水中氨氮去除率可以達到99.31%以上。劉文龍等[3]采用吹脫法對氨氮含量為4300 mg/L的廢水進行脫氮處理，試驗結(jié)果表明，當pH=11.5，溫度為80℃，吹脫處理120 min的氨氮去除率達99.2%，處理后氨氮含量低于60 mg/L。

彭人勇等[4]對氨氮廢水采用超聲吹脫技術(shù)進行深度處理，結(jié)果表明,在不調(diào)節(jié)廢水pH值，溫度為30℃，超聲波功率為100 W，反應(yīng)時間為150 min的情況下，廢水中氨氮的脫除效率達90.78%，比傳統(tǒng)吹脫技術(shù)提高效率30%～40%。王有樂等[5]對比了傳統(tǒng)吹脫技術(shù)與超聲波吹脫技術(shù)處理高濃度氨氮水的效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)去除率增加了16.4%～17%，說明超聲波技術(shù)可以提高吹脫法處理氨氮廢水的效率。蒸汽吹脫效果相對于空氣吹脫效果好，而且可以有效減少設(shè)備的結(jié)垢現(xiàn)象，但是運行成本相對于空氣吹脫法高，應(yīng)謹慎選擇。

使用吹脫法處理氨氮廢水操作簡單、容易控制，但謝鳳巖[6]指出空氣吹脫法在實際使用中氣溫對吹脫效果影響較大，北方地區(qū)冬季熱損失大，如果工廠沒有廢熱利用，運行成本會提高很多。吹脫塔在使用過程中容易結(jié)垢，運行中需要定期檢查和維護。

使用吹脫法處理后的氨氣還可以通過吸收制成氨水再利用，可以抵消一部分成本。但是處理后廢水的氨氮含量在100 mg/L左右，需要與其他方法配合使用才能有效地去除廢水中的氨氮，使之達到廢水中氨氮含量要求。

2 化學沉淀法

化學沉淀法是向氨氮廢水中加入鎂鹽和磷酸氫鹽，與廢水中的銨根離子反應(yīng)生成磷酸銨鎂沉淀，俗稱鳥糞石，該方法也簡稱MAP沉淀法。反應(yīng)生成的磷酸銨鎂沉淀可作為土壤的添加劑和建筑材料上的阻火劑，也可加工成醫(yī)用藥劑。因此，磷酸銨鎂具有一定的經(jīng)濟價值。影響磷酸銨鎂沉淀效果的主要因素有廢水初始氨濃度、反應(yīng)時間、pH值、沉淀劑類型及配比等。

在其他方法受限的情況下，可以采用化學沉淀法預(yù)處理，該方法操作簡單，不受溫度限制。處理后得到的鳥糞石具有一定的經(jīng)濟價值。但是化學沉淀法藥劑使用量大，產(chǎn)生污泥較多。投入的藥劑又容易造成二次污染。適宜配套有磷酸鹽或者鎂鹽副產(chǎn)物的工廠應(yīng)用，可以降低成本[7-9]。

3 折點氯化法

在氨氮廢水中通入Cl2或者NaClO，廢水中的銨根離子被氧化生成氮氣，當廢水中銨根離子含量最低，游離氯離子生成時，這時就達到了折點，游離氯離子在廢水含量中也最低，這種去除廢水中氨氮的方法就稱為折點氯化法。折點氯化去除廢水中氨氮是由于氯氣與氨發(fā)生化學反應(yīng)，生成氮氣和水。此法主要影響因素為溫度、pH值、接觸時間以及氨氮與氯的量。反應(yīng)方程式如下。

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O

2NH2Cl+HClO→N2↑+3H++3Cl-+H2O

李嬋君等[10]采用折點加氯法處理某含有低濃度氨氮的工業(yè)冶煉廢水，試驗結(jié)果表明,當pH=5.5～6.5，氯氣與銨根離子的物質(zhì)的量之比為8.0:1或者8.2:1時，反應(yīng)時間30 min，廢水中氨氮的濃度降至10 mg/L以下，達到國家要求的氨氮廢水排放標準。黃海明等[11]使用折點氯化法處理有機物少、鹽含量高、氨氮含量100～200 mg/L的工業(yè)廢水時，試驗結(jié)果表明，在pH=7，Cl：NH4=8：1，反應(yīng)時間為10～15 min時，廢液中氨氮的脫除率達到98%。

折點氯化法常用于有機物少、含鹽量高，不能使用生物法處理的氨氮濃度在50 mg/L左右的工業(yè)廢水，或是對氨氮濃度較高的廢水進行深度處理。與別的方法相比較，折點加氯法具有反應(yīng)速度快，去除氨氮效率高，不受水溫影響等特點。但由于折點氯化法操作需要精確控制，會產(chǎn)生副產(chǎn)物氯胺、氯代有機物等，造成水體的二次污染，需要在排放前對水體中的氯吸收處理。同時又因為酸的產(chǎn)生，又會增加廢水中總?cè)芙庑怨腆w的含量。

4 生物硝化反硝化法(A/O法)

生物硝化反硝化法是通過厭氧細菌(A表示)和好氧細菌(O表示)發(fā)生硝化和反硝化反應(yīng)，將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，從而達到處理的效果。硝化過程是在有氧條件下，硝化菌把氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。反硝化過程是在低氧或無氧條件下，反硝化菌把廢水中的亞硝酸鹽和硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮氣的過程。

硝化過程的反應(yīng)式為：

反硝化過程的反應(yīng)式為：

生物硝化反硝化法(A/O法)具有去除氨氮效果穩(wěn)定，不產(chǎn)生二次污染的特點。生物法運行中受到溫度、碳氮比、pH值的影響[12]。劉柒變[13]指出該方法在去除氨氮的同時也可以使廢水中COD和BOD得到降解。處理過程中碳氮比和pH值對脫氮的效率和操作成本至關(guān)重要，需要控制碳氮比>2.86，硝化pH值為8～9，反硝化pH值為7.5～8.5，有利于提高A/O法的效率。但是生物法存在碳氮比低時需要補加碳源、低溫時效率低、占地面積大等缺點。此外，高低濃度氨氮對硝化過程有抑制，優(yōu)選處理300 mg/L以下的氨氮廢水[14]。

5 離子交換法

離子交換法是利用對氨氮吸附性好的一些材料對廢水中氨氮、COD進行選擇性吸附，然后再通過氨氮的置換、脫附達到去除氨氮的目的。離子交換法一般使用活性炭、沸石、樹脂等作為吸附材料。沸石具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)及空穴，因而具有很好的熱穩(wěn)定性、篩分效應(yīng)及交換吸附選擇性，并且價格低廉。沸石種類良多，離子交換法中通常使用斜發(fā)沸石作為吸附材料。

離子交換法的優(yōu)點有操作簡單，溫度、抗干擾性好等優(yōu)勢，并且沸石可以再次回收利用，但是只能用來處理低濃度氨氮廢水[15-16]。在處理高濃度氨氮廢水的過程中，沸石需要頻繁地再生、反洗。

6 結(jié) 語

以上幾種氨氮處理方法各有優(yōu)缺點，每個工廠中的工業(yè)廢水成分不一，單一方法已經(jīng)不能滿足廢水中氨氮的有效去除，需要結(jié)合工廠的工藝特點和廢水中氨氮、COD等含量制定出符合工廠運行的高效、低耗、綠色的處理方法。