氨氮廢水處理各種技術與工藝過程

氨氮廢水的來源

含氮物質進入水環境的途徑主要包括自然過程和人類活動兩個方麵。含氮物質進入水環境的自然來源和過程主要包括降水降塵、非市區徑流和生物固氮等。

人類的活動也是水環境中氮的重要來源，主要包括未處理或處理過的城市生活和工業廢水
、各ge種zhong浸jin濾lv液ye和he地di表biao徑jing流liu等deng。人ren工gong合he成cheng的de化hua學xue肥fei料liao是shi水shui體ti中zhong氮dan營ying養yang元yuan素su的de主zhu要yao來lai源yuan
，大da量liang未wei被bei農nong作zuo物wu利li用yong的de氮dan化hua合he物wu絕jue大da部bu分fen被bei農nong田tian排pai水shui和he地di表biao徑jing流liu帶dai入ru地di下xia水shui和he地di表biao水shui中zhong。

隨著石油、化工、食shi品pin和he製zhi藥yao等deng工gong業ye的de發fa展zhan，以yi及ji人ren民min生sheng活huo水shui平ping的de不bu斷duan提ti高gao，城cheng市shi生sheng活huo汙wu水shui和he垃la圾ji滲shen濾lv液ye中zhong氨an氮dan的de含han量liang急ji劇ju上shang升sheng。近jin年nian來lai，隨sui著zhe經jing濟ji的de發fa展zhan，越yue來lai越yue多duo含han氮dan汙wu染ran物wu的de任ren意yi排pai放fang給gei環huan境jing造zao成cheng了le極ji大da的de危wei害hai。氮dan在zai廢fei水shui中zhong以yi有you機ji態tai氮dan
、氨態氮（NH4+-N）、硝態氮（NO3–N）以及亞硝態氮（NO2–N）等多種形式存在
，而氨態氮是*主要的存在形式之一。

廢水中的氨氮是指以遊離氨和離子銨形式存在的氮
，主要來源於生活汙水中含氮有機物的分解，焦化
、合成氨等工業廢水

，以及農田排水等。氨氮汙染源多
，排放量大
，並且排放的濃度變化大。

氨氮廢水的危害

水環境中存在過量的氨氮會造成多方麵的有害影響：

（1）由於NH4+-N的de氧yang化hua，會hui造zao成cheng水shui體ti中zhong溶rong解jie氧yang濃nong度du降jiang低di
，導dao致zhi水shui體ti發fa黑hei發fa臭chou，水shui質zhi下xia降jiang，對dui水shui生sheng動dong植zhi物wu的de生sheng存cun造zao成cheng影ying響xiang。在zai有you利li的de環huan境jing條tiao件jian下xia，廢fei水shui中zhong所suo含han的de有you機ji氮dan將jiang會hui轉zhuan化hua成chengNH4+-N，NH4+-N是還原力*強的無機氮形態
，會進一步轉化成NO2–N和NO3–N。根據生化反應計量關係
，1gNH4+-N氧化成NO2–N消耗氧氣3.43g

，氧化成NO3–N耗氧4.57g。

（2）水中氮素含量太多會導致水體富營養化
，進而造成一係列的嚴重後果。由於氮的存在，致使光合微生物（大多數為藻類）的數量增加，即水體發生富營養化現象，結果造成：堵塞濾池，造成濾池運轉周期縮短
，從而增加了水處理的費用；妨礙水上運動；藻類代謝的*終產物可產生引起有色度和味道的化合物；由於藍-綠藻類產生的毒素
，家畜損傷，魚類死亡
；由於藻類的腐爛
，使水體中出現氧虧現象。

（3）水中的NO2–N和NO3–N對人和水生生物有較大的危害作用。長期飲用NO3–N含量超過10mg/L的水，會發生高鐵血紅蛋白症
，當血液中高鐵血紅蛋白含量達到70mg/L，即發生窒息。水中的NO2–N和胺作用會生成亞硝胺
，而亞硝胺是“三致”物質。NH4+-N和氯反應會生成氯胺
，氯胺的消毒作用比自由氯小
，因此當有NH4+-N存在時

，水處理廠將需要更大的加氯量
，從而增加處理成本。

近年來
，含氨氮廢水隨意排放造成的人畜飲水困難甚至中毒事件時有發生，我國長江
、淮河
、錢塘江、四川沱江等流域都有過相關報道，相應地區曾出現過諸如藍藻汙染導致數百萬居民生活飲水困難，以及相關水域受到了“牽連”等重大事件
，因此去除廢水中的氨氮已成為環境工作者研究的熱點之一。

氨氮廢水處理的主要技術

目前，國內外氨氮廢水處理有折點氯化法、化學沉澱法、離子交換法、吹脫法和生物脫氨法等多種方法
，這些技術可分為物理化學法和生物脫氮技術兩大類。

1生物脫氮法

微生物去除氨氮過程需經兩個階段。**階(jie)段(duan)為(wei)硝(xiao)化(hua)過(guo)程(cheng)
，亞(ya)硝(xiao)化(hua)菌(jun)和(he)硝(xiao)化(hua)菌(jun)在(zai)有(you)氧(yang)條(tiao)件(jian)下(xia)將(jiang)氨(an)態(tai)氮(dan)轉(zhuan)化(hua)為(wei)亞(ya)硝(xiao)態(tai)氮(dan)和(he)硝(xiao)態(tai)氮(dan)的(de)過(guo)程(cheng)。第(di)二(er)階(jie)段(duan)為(wei)反(fan)硝(xiao)化(hua)過(guo)程(cheng)，汙(wu)水(shui)中(zhong)的(de)硝(xiao)態(tai)氮(dan)和(he)亞(ya)硝(xiao)態(tai)氮(dan)在(zai)無(wu)氧(yang)或(huo)低(di)氧(yang)條(tiao)件(jian)下(xia)，被(bei)反(fan)硝(xiao)化(hua)菌(jun)（異養、自養微生物均有發現且種類很多）還原轉化為氮氣。在此過程中
，有機物（甲醇、乙酸、葡萄糖等）作為電子供體被氧化而提供能量。常見的生物脫氮流程可以分為3類
，分別是多級汙泥係統、單級汙泥係統和生物膜係統。

1.1多級汙泥係統

此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點是流程長
、構築物多
、基建費用高
、需要外加碳源、運行費用高
、出水中殘留一定量甲醇等。

1.2單級汙泥係統

單級汙泥係統的形式包括前置反硝化係統
、後置反硝化係統及交替工作係統。前置反硝化的生物脫氮流程
，通常稱為A/O流程與傳統的生物脫氮工藝流程相比，A/O工藝具有流程簡單
、構築物少

、基建費用低、不需外加碳源
、chushuishuizhigaodengyoudian。houzhishifanxiaohuaxitong，yinweihunheyequefayoujiwu，yibanhaixuyaorengongtoujiatanyuan，dantuodandexiaoguokegaoyuqianzhishi
，lilunshangkejiejin100%的(de)脫(tuo)氮(dan)。交(jiao)替(ti)工(gong)作(zuo)的(de)生(sheng)物(wu)脫(tuo)氮(dan)流(liu)程(cheng)主(zhu)要(yao)由(you)兩(liang)個(ge)串(chuan)聯(lian)池(chi)子(zi)組(zu)成(cheng)，通(tong)過(guo)改(gai)換(huan)進(jin)水(shui)和(he)出(chu)水(shui)的(de)方(fang)向(xiang)，兩(liang)個(ge)池(chi)子(zi)交(jiao)替(ti)在(zai)缺(que)氧(yang)和(he)好(hao)氧(yang)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)運(yun)行(xing)。該(gai)係(xi)統(tong)本(ben)質(zhi)上(shang)仍(reng)是(shi)A/O係統，但其利用交替工作的方式，避免了混合液的回流，因而脫氮效果優於一般A/O流程。其缺點是運行管理費用較高
，且一般必須配置計算機控製自動操作係統。

1.3生物膜係統

將上述A/Oxitongzhongdequeyangchihehaoyangchigaiweigudingshengwumofanyingqi
，jixingchengshengwumotuodanxitong。cixitongzhongyingyouhunheyehuiliu，danbuxuwunihuiliu，zaiqueyangdehaoyangfanyingqizhongbaocunleshiyingyufanxiaohuahehaoyangyanghuajixiaohuafanyingdelianggewunixitong。

物化除氮

物化除氮常用的物理化學方法有折點氯化法
、化學沉澱法、離子交換法

、吹脫法、液膜法、電滲析法和催化濕式氧化法等。

2.1折點氯化法

bulianxudianlvhuafashiyanghuafachuliandanfeishuideyizhong
，liyongzaishuizhongdeanyulvfanyingshengchengdanqierjiangshuizhonganquchudehuaxuechulifa。gaifangfahaikeyiqidaoshajunzuoyong，tongshishiyibufenyoujiwuwujihua，danjinglvhuachulihoudechushuizhongliuyouyulv，haiyingjinyibutuolvchuli。

在含有氨的水中投加次氯酸HClO，當pH值在中性附近時
，隨次氯酸的投加，逐步進行下述主要反應：

NH3+HClO→NH2Cl+H2O①

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O②

NH2Cl+NHCl2→N2+3H++3Cl-③

投加氯量和氨氮之比（簡稱Cl/N）在5.07以下時，首先進行①式反應，生成一氯胺（NH2Cl），水中餘氯濃度增大，其後，隨著次氯酸投加量的增加，一氯胺按②式進行反應，生成二氯胺（NHCl2），同時進行③式反應，水中的N呈N2被去除。

其結果是
，水中的餘氯濃度隨Cl/N的增大而減小，當Cl/N比值達到某個數值以上時，因未反應而殘留的次氯酸（即遊離餘氯）增多
，水中殘留餘氯的濃度再次增大，這個*小值的點稱為不連續點（習慣稱為折點）。此時的Cl/N比按理論計算為7.6；廢水處理中因為氯與廢水中的有機物反應

，C1/N比應比理論值7.6高些，通常為10。此外，當pH不在中性範圍時，酸性條件下多生成三氯胺
，在堿性條件下生成硝酸
，脫氮效率降低。

在pH值為6～7
、每mg氨氮氯投加量為10mg
、接觸0.5～2.0h的情況下，氨氮的去除率為90%～100%。因此此法對低濃度氨氮廢水適用。

處理時所需的實際氯氣量取決於溫度、pH及氨氮濃度。氧化每mg氨氮有時需要9～10mg氯氣折點，氯化法處理後的出水在排放前一般需用活性炭或SO2進(jin)行(xing)反(fan)氯(lv)化(hua)，以(yi)除(chu)去(qu)水(shui)中(zhong)殘(can)餘(yu)的(de)氯(lv)。雖(sui)然(ran)氯(lv)化(hua)法(fa)反(fan)應(ying)迅(xun)速(su)，所(suo)需(xu)設(she)備(bei)投(tou)資(zi)少(shao)，但(dan)液(ye)氯(lv)的(de)安(an)全(quan)使(shi)用(yong)和(he)貯(zhu)存(cun)要(yao)求(qiu)高(gao)
，且(qie)處(chu)理(li)成(cheng)本(ben)也(ye)較(jiao)高(gao)。若(ruo)用(yong)次(ci)氯(lv)酸(suan)或(huo)二(er)氧(yang)化(hua)氯(lv)發(fa)生(sheng)裝(zhuang)置(zhi)代(dai)替(ti)液(ye)氯(lv)
，會(hui)更(geng)安(an)全(quan)且(qie)運(yun)行(xing)費(fei)用(yong)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)，目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)的(de)氯(lv)發(fa)生(sheng)裝(zhuang)置(zhi)的(de)產(chan)氯(lv)量(liang)太(tai)小(xiao)，且(qie)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui)。因(yin)此(ci)氯(lv)化(hua)法(fa)一(yi)般(ban)適(shi)用(yong)於(yu)給(gei)水(shui)的(de)處(chu)理(li)
，不(bu)太(tai)適(shi)合(he)處(chu)理(li)大(da)水(shui)量(liang)高(gao)濃(nong)度(du)的(de)氨(an)氮(dan)廢(fei)水(shui)。

2.2化學沉澱法

化(hua)學(xue)沉(chen)澱(dian)法(fa)是(shi)往(wang)水(shui)中(zhong)投(tou)加(jia)某(mou)種(zhong)化(hua)學(xue)藥(yao)劑(ji)

，與(yu)水(shui)中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)性(xing)物(wu)質(zhi)發(fa)生(sheng)反(fan)應(ying)，生(sheng)成(cheng)難(nan)溶(rong)於(yu)水(shui)的(de)鹽(yan)類(lei)，形(xing)成(cheng)沉(chen)渣(zha)易(yi)去(qu)除(chu)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)水(shui)中(zhong)溶(rong)解(jie)性(xing)物(wu)質(zhi)的(de)含(han)量(liang)。當(dang)在(zai)含(han)有(you)NH4+的廢水中加入PO43-和Mg2+離子時

，會發生如下反應：

NH4++PO43-+Mg2+→MgNH4PO4↓④

生成難溶於水的MgNH4PO4沉澱物，從而達到去除水中氨氮的目的。采用的常見沉澱劑是Mg(OH)2和H3PO4，適宜的pH值範圍為9.0～11，投加質量比H3PO4/Mg(OH)2為1.5～3.5。廢水中氨氮濃度小於900mg/L時，去除率在90%以上，沉澱物是一種很好的複合肥料。由於Mg(OH)2和H3PO4的價格比較貴
，成本較高，處理高濃度氨氮廢水可行，但該法向廢水中加入了PO43-
，易造成二次汙染。

2.3離子交換法

離子交換法的實質是不溶性離子化合物（離子交換劑）上(shang)的(de)可(ke)交(jiao)換(huan)離(li)子(zi)與(yu)廢(fei)水(shui)中(zhong)的(de)其(qi)它(ta)同(tong)性(xing)離(li)子(zi)的(de)交(jiao)換(huan)反(fan)應(ying)
，是(shi)一(yi)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)吸(xi)附(fu)過(guo)程(cheng)，通(tong)常(chang)是(shi)可(ke)逆(ni)性(xing)化(hua)學(xue)吸(xi)附(fu)。沸(fei)石(shi)是(shi)一(yi)種(zhong)天(tian)然(ran)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)物(wu)質(zhi)，其(qi)價(jia)格(ge)遠(yuan)低(di)於(yu)陽(yang)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)樹(shu)脂(zhi)
，且(qie)對(dui)NH4+-N具有選擇性的吸附能力
，具有較高的陽離子交換容量
，純絲光沸石和斜發沸石的陽離子交換容量平均為每100g相當於213和223mg物質的量（m.e）。

但實際天然沸石中含有不純物質
，所以純度較高的沸石交換容量每100g不大於200m.e
，一般為100～150m.e。沸石作為離子交換劑
，具有特殊的離子交換特性，對離子的選擇交換順序是：Cs（Ⅰ）>Rb（Ⅰ）>K（Ⅰ）>NH4+>Sr（Ⅰ）>Na（Ⅰ）>Ca（Ⅱ）>Fe（Ⅲ）>Al（Ⅲ）>Mg（Ⅱ）>Li（Ⅰ）。工程設計應用中，廢水pH值應調整到6～9，重金屬大體上沒有什麼影響
；堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響，尤其是Ca對沸石的離子交換能力影響比Na和K更大。沸石吸附飽和後必須進行再生

，以采用再生液法為主，燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由於廢水中含有Ca2+，致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低，要考慮補充和更新。

2.4吹脫法

吹chui脫tuo法fa是shi將jiang廢fei水shui調tiao節jie至zhi堿jian性xing，然ran後hou在zai汽qi提ti塔ta中zhong通tong入ru空kong氣qi或huo蒸zheng汽qi，通tong過guo氣qi液ye接jie觸chu將jiang廢fei水shui中zhong的de遊you離li氨an吹chui脫tuo至zhi大da氣qi中zhong。通tong入ru蒸zheng汽qi，可ke升sheng高gao廢fei水shui溫wen度du
，從cong而er提ti高gao一yi定dingpHzhishibeichuituodeandebilv。yonggaifachulianshi，xukaolvpaifangdeyoulianzongliangyingfuheandedaqipaifangbiaozhun，yimianzaochengerciwuran。dinongdufeishuitongchangzaichangwenxiayongkongqichuituo

，erliangang、石油化工、化肥
、有機化工有色金屬冶煉等行業的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。

2.5液膜法

自從1986年(nian)黎(li)念(nian)之(zhi)發(fa)現(xian)乳(ru)狀(zhuang)液(ye)膜(mo)以(yi)來(lai)
，液(ye)膜(mo)法(fa)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)研(yan)究(jiu)。許(xu)多(duo)人(ren)認(ren)為(wei)液(ye)膜(mo)分(fen)離(li)法(fa)有(you)可(ke)能(neng)成(cheng)為(wei)繼(ji)萃(cui)取(qu)法(fa)之(zhi)後(hou)的(de)第(di)二(er)代(dai)分(fen)離(li)純(chun)化(hua)技(ji)術(shu)，尤(you)其(qi)適(shi)用(yong)於(yu)低(di)濃(nong)度(du)金(jin)屬(shu)離(li)子(zi)提(ti)純(chun)及(ji)廢(fei)水(shui)處(chu)理(li)等(deng)過(guo)程(cheng)。乳(ru)狀(zhuang)液(ye)膜(mo)法(fa)去(qu)除(chu)氨(an)氮(dan)的(de)機(ji)理(li)是(shi)：氨態氮NH3-N易溶於膜相油相
，它從膜相外高濃度的外側，通過膜相的擴散遷移，到達膜相內側與內相界麵
，與膜內相中的酸發生解脫反應，生成的NH4+不溶於油相而穩定在膜內相中，在膜內外兩側氨濃度差的推動下，氨分子不斷通過膜表麵吸附
、滲透擴散遷移至膜相內側解吸，從而達到分離去除氨氮的目的。

2.6電滲析法

電(dian)滲(shen)析(xi)是(shi)一(yi)種(zhong)膜(mo)法(fa)分(fen)離(li)技(ji)術(shu)
，其(qi)利(li)用(yong)施(shi)加(jia)在(zai)陰(yin)陽(yang)膜(mo)對(dui)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)去(qu)除(chu)水(shui)溶(rong)液(ye)中(zhong)溶(rong)解(jie)的(de)固(gu)體(ti)。在(zai)電(dian)滲(shen)析(xi)室(shi)的(de)陰(yin)陽(yang)滲(shen)透(tou)膜(mo)之(zhi)間(jian)施(shi)加(jia)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)，當(dang)進(jin)水(shui)通(tong)過(guo)多(duo)對(dui)陰(yin)陽(yang)離(li)子(zi)滲(shen)透(tou)膜(mo)時(shi)
，銨(an)離(li)子(zi)及(ji)其(qi)他(ta)離(li)子(zi)在(zai)施(shi)加(jia)電(dian)壓(ya)的(de)影(ying)響(xiang)下(xia)，通(tong)過(guo)膜(mo)而(er)進(jin)入(ru)另(ling)一(yi)側(ce)的(de)濃(nong)水(shui)中(zhong)並(bing)在(zai)濃(nong)水(shui)中(zhong)集(ji)
，因(yin)而(er)從(cong)進(jin)水(shui)中(zhong)分(fen)離(li)出(chu)來(lai)。

2.7催化濕式氧化法

催化濕式氧化法是20世紀80年代國際上發展起來的一種治理廢水的新技術。在一定溫度、壓力和催化劑作用下，經空氣氧化
，可使汙水中的有機物和氨分別氧化分解成CO2
、N2和H2O等無害物質，達到淨化的目的。該法具有淨化效率高（廢水經淨化後可達到飲用水標準）、流程簡單、占地麵積少等特點。經多年應用與實踐，這一廢水處理方法的建設及運行費用僅為常規方法的60%左右
，因而在技術上和經濟上均具有較強的競爭力。

結論

國(guo)內(nei)外(wai)氨(an)氮(dan)廢(fei)水(shui)降(jiang)解(jie)的(de)各(ge)種(zhong)技(ji)術(shu)與(yu)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)，都(dou)有(you)各(ge)自(zi)的(de)優(you)勢(shi)與(yu)不(bu)足(zu)，由(you)於(yu)不(bu)同(tong)廢(fei)水(shui)性(xing)質(zhi)上(shang)的(de)差(cha)異(yi)，還(hai)沒(mei)有(you)一(yi)種(zhong)通(tong)用(yong)的(de)方(fang)法(fa)能(neng)處(chu)理(li)所(suo)有(you)的(de)氨(an)氮(dan)廢(fei)水(shui)。因(yin)此(ci)，必(bi)須(xu)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)的(de)廢(fei)水(shui)性(xing)質(zhi)，以(yi)及(ji)廢(fei)水(shui)所(suo)含(han)的(de)成(cheng)分(fen)進(jin)行(xing)深(shen)入(ru)係(xi)統(tong)地(di)研(yan)究(jiu)，選(xuan)擇(ze)和(he)確(que)定(ding)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)及(ji)工(gong)藝(yi)。目(mu)前(qian)，生(sheng)物(wu)脫(tuo)氮(dan)法(fa)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)含(han)有(you)機(ji)物(wu)的(de)低(di)氨(an)氮(dan)濃(nong)度(du)化(hua)工(gong)廢(fei)水(shui)和(he)生(sheng)活(huo)汙(wu)水(shui)的(de)處(chu)理(li)
，該(gai)法(fa)技(ji)術(shu)可(ke)靠(kao)，處(chu)理(li)效(xiao)果(guo)好(hao)。對(dui)於(yu)高(gao)濃(nong)度(du)氨(an)氮(dan)廢(fei)水(shui)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)吹(chui)脫(tuo)法(fa)，近(jin)年(nian)來(lai)興(xing)起(qi)的(de)膜(mo)法(fa)分(fen)離(li)技(ji)術(shu)及(ji)催(cui)化(hua)濕(shi)式(shi)氧(yang)化(hua)等(deng)方(fang)法(fa)具(ju)有(you)很(hen)好(hao)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。