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
、gezhongjinlvyehedibiaojingliudeng。rengonghechengdehuaxuefeiliaoshishuitizhongdanyingyangyuansudezhuyaolaiyuan，daliangweibeinongzuowuliyongdedanhuahewujuedabufenbeinongtianpaishuihedibiaojingliudairudixiashuihedibiaoshuizhong。

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
、出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)高(gao)等(deng)優(you)點(dian)。後(hou)置(zhi)式(shi)反(fan)硝(xiao)化(hua)係(xi)統(tong)，因(yin)為(wei)混(hun)合(he)液(ye)缺(que)乏(fa)有(you)機(ji)物(wu)，一(yi)般(ban)還(hai)需(xu)要(yao)人(ren)工(gong)投(tou)加(jia)碳(tan)源(yuan)

，但(dan)脫(tuo)氮(dan)的(de)效(xiao)果(guo)可(ke)高(gao)於(yu)前(qian)置(zhi)式(shi)
，理(li)論(lun)上(shang)可(ke)接(jie)近(jin)100%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shiA/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/O係xi統tong中zhong的de缺que氧yang池chi和he好hao氧yang池chi改gai為wei固gu定ding生sheng物wu膜mo反fan應ying器qi，即ji形xing成cheng生sheng物wu膜mo脫tuo氮dan係xi統tong。此ci係xi統tong中zhong應ying有you混hun合he液ye回hui流liu
，但dan不bu需xu汙wu泥ni回hui流liu
，在zai缺que氧yang的de好hao氧yang反fan應ying器qi中zhong保bao存cun了le適shi應ying於yu反fan硝xiao化hua和he好hao氧yang氧yang化hua及ji硝xiao化hua反fan應ying的de兩liang個ge汙wu泥ni係xi統tong。

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SO2jinxingfanlvhua

，yichuqushuizhongcanyudelv。suiranlvhuafafanyingxunsu
，suoxushebeitouzishao，danyelvdeanquanshiyonghezhucunyaoqiugao，qiechulichengbenyejiaogao。ruoyongcilvsuanhuoeryanghualvfashengzhuangzhidaitiyelv，huigenganquanqieyunxingfeiyongkeyijiangdi，muqianguoneidelvfashengzhuangzhidechanlvliangtaixiao，qiejiageanggui。yincilvhuafayibanshiyongyugeishuidechuli

，butaishihechulidashuilianggaonongdudeandanfeishui。

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duiNH4+-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。