氨氮废水处理的主要方法

氨氮废水处理的主要方法有哪些？ 

氨氮是水体污染因素中重要的污染物 ,主要来自城镇生活污水 、 各种工业废水及化学肥料和农家肥料等 。水体中氮 含量超标 ,不仅使水环境质量恶化 ,引起富营养化 ,还对人类 处理过程中脱氮的研究 ,但目前大多数污水处理厂仍未考虑 要引起高度的重视 。本文介绍几种氨氮废水处理方法 。 

1. 1 　 吹脱法 
以及动植物有严重危害 。我国从 20 世纪 80 年代开始废水 脱氮的问题 。因此对废水中氮的去除 ,特别是氨氮的去除需 氨吹脱工艺 
[1 ,2 ] 是将水的 pH 值提到 10. 5 围 ,在吹脱塔中反复形成水滴 ,通过塔内大量空气循环 ,气水 接触 ,使氨气逸出 。这种方法广泛用于处理中高浓度的氨氮 废水 ,常需加石灰 ,经吹脱可以回收氨气 。 
[3 ] 吹脱工艺的影响因素 ,认为调节 pH 值是改变吹脱体系化学 平衡的重要手段 ,喷淋密度和气液比都是重要影响因素 。胡 继峰等 
[4 ] 温度高于 90 ℃。胡允良等 为 7. 2 7. 5 g/ L 废水的*吹脱条件为 :pH 值为 11 ,温度为 黄骏等 
[6 ] 采用吹脱法处理三氧化二钒生产的高浓度氨氮废 水 ,在实验室试验的基础上进行工业试验 ,出水达标排放 。 吹脱法主要用于处理高浓度的氨氮废水 ,其优点是设备 40 ℃,吹脱时间 2 h ,出水中氨氮的质量浓度为 307. 4 mg/ L 。 简单 ,可以回收氨 ,但也存在许多缺点 , 主要有 : 
① 环境温度 影响大 ,低于 0 ℃ ,氨吹脱塔实际上无法工作 ; 
② 时 吹脱效率 有限 ,其出水需进一步处理 ; 
③ 吹脱前需要加碱把废水的 pH 值调整到 11 以上 ,吹脱后又须加酸把 pH 值调整到 9 以下 , 所以药剂消耗大 ; 
④工业上一般用石灰调整 pH 值 , 很容易 在水中形成碳酸钙垢而在填料上沉积 ,可使塔板*堵塞 ; 
⑤ 吹脱时所需空气量较大 ,因此动力消耗大 ,运行成本高 。 

1. 2 　 化学沉淀 (MAP) 法 
在一定的 pH 条件下 ,水中的 Mg2 + 、 43 - 和 NH4 + 可以 HPO 影响沉淀效果的因素有沉淀剂种类及配比 、 值 、 pH 废水 有研究表明沉淀法去除废水中氨氮的 pH 值为 10. 0 ,物 生成磷酸铵镁沉淀 [7 ] ,而使铵离子从水中分离出来 。 中的初始氨的浓度 、 干扰组分等 。 质的量之比 Mg∶ = 1. 2 、∶ = 1. 02 时沉淀效果 , 氨氮 N P N 去除率达到 90 %[8 ] 。赵庆良等 [9 ] 研究表明 ,MgCl2 • 2O 和 6H 滤液中的氨氮质量浓度可由 5 618 mg/ L 降低到 65 mg/ L 。 李芙蓉等 [10 ] 采用氧化镁和磷酸作为沉淀剂去除煤气洗涤循 环水中高浓度的氨氮 ,效果良好 。李才辉等 [11 ] 对 MAP 法处 理氨氮废水的工艺进行优化 ,研究表明氨氮的去除率随着反 应时间的增加而增加 ,随着 Mg∶ 比值的增加而增加 。刘小 N 澜 [12 ] 探讨了不同操作条件对氨氮去除率的影响 ,在 pH 值为 为 1. 4∶∶ 8 时 ,废水氨氮的去除率达 99 %以上 , 出水氨氮 1 0. 的质量浓度由 2 g/ L 降至 15 mg/ L 。 国外对用化学沉淀法去除废水中的氨氮也有较多研究 。 Na2 HPO4 • 2O 组合沉淀剂优于 MgO 和 H3 PO4 组合 ,垃圾渗 12H 11. 5 的范 从相平衡与气液传质速率两方面分析了氨氮 8. 5 9. 5 的条件下 ,投加的药剂 Mg2 + ∶ 4 + ∶ 43 - ( 摩尔比) NH PO 认为去除率要达到 90 %以上 ,pH 值必须大于 12 且 [5 ] 实验室研究确定氨氮质量浓度 Stratful 等 [13 ] 详细研究了影响磷酸铵镁沉淀及晶体生长的因 素 ,得出 4 点结论 : 
① 过量的铵离子对形成磷酸铵镁沉淀有 利; 
② 镁离子可能是形成磷酸铵镁沉淀的限制因素 ; 
③ 如果 要想从废水中回收磷酸铵镁 ,需要得到比较大的晶体颗粒 , 则至少需要 3 h 的结晶时间 ; 
④沉淀的 pH 值应大于 8. 5 。 清液中同时回收氮和磷的研究 。废水厌氧消化过程中 ,有机 物中的氮和磷被微生物分解为无机的磷酸盐和氨氮 , 添加 行了用磷酸铵镁沉淀法从人的尿液中回收营养物质的研究 , 可以回收 65. 0 % 80. 0 %的氮 。 Battistoni 等 [14 ] 进行了用化学沉淀法从废水厌氧消化后的上 MgO 可以生成磷酸铵镁沉淀可回收磷和氮 。Lind 等 [15 ] 则进 •8 • 化学沉淀法的zui大优点是可以回收废水中的氨 ,所生成 的沉淀可以作为复合肥而利用 。存在的主要问题是沉淀剂 的用量较大 ,需要对废水的 pH 进行调整 , 另外有时生成的 沉淀颗粒细小或是絮状体 ,工业中固液分离有一定困难 。 
1. 3 　 折点氯化法 
在含氨氮的废水中投氯后 ,有如下反应 [16 ] : 
2 + H2O Cl 　 HOCl + H + + Cl 　 　
 　　 4 + + HOCl NH 　　 2 Cl + HOCl NH 　　 NHCl2 + HOCl 　　 4 + + 3HOCl NH NH2 Cl ( 一氯胺) + H2O + H + NHCl2 ( 二氯胺) + H2O NCl3 ( 三氯胺) + H2O N2 ↑+ 5H + + 3Cl + 3H2O 缺氧条件下 ,通过脱氮菌的作用 ,将亚硝酸盐和硝酸盐还原 成氮气 ,该反应过程中 ,反硝化菌需要有机碳源 ( 如甲醇 ) 作 电子供体 ,利用 NO3 - 中的氧进行缺氧呼吸 。 刘柒变 [23 ] 研究表明用生物法可以有效地去处焦化废水 中的氨氮 ,pH 值是影响处理效果的主要因素 ,硝化过程的zui 佳 pH 值在 8 9 之间 ,反硝化过程为 7. 5 8. 5 。操作温度 、 C/ N 比及污泥龄也是影响因素 。此外以 A2 / O 工艺效果zui 　 通常一氯胺和二氯胺称为化合余氯 , 次氯酸称为余氯 。 当投氯量达到氯与氨的摩尔比值 1 ∶ 时 , 化合余氯即增加 , 1 余氯下降物质的量的比达到 1. 5∶ 时 , ( 质量比 7. 6∶ 时) ,余 1 1 [17 氯下降到zui低点 ,此即 “折点” ] 。在折点处 ,基本上全部氧 好 。李峰 [24 ] 在序批式反应器 ( SBR) 中运用固定化细胞技术 处理氨氮废水 , 试验表明 SBR 具有良好的去除废水中氨氮 的能力 ,氨氮去除率在 99. 7 %以上 。 ter) 是一种用于小型城市污水处理厂的脱氮装置 , 该装置内 K 等 [25 ] 提出的上流式厌氧过滤器 ( up flow anaerobic fil2 im 化性的氯都被还原 ,全部氨都被氧化 ,进一步加氯就会产生 自由余氯 。该法与 pH 值 、 温度 、 接触时间及氨和氯的初始比 值有关 。 折点加氯法zui大的优点是理论上通过适当的控制 ,可以 把氨氮*去除 ,但因加氯量大 ,费用高 ,以及产酸增加总溶 解固体等原因 ,目前此方法只能作为氨氮废水的后续处理 , 以及给水处理或饮用水处理 。 
1. 4 　 离子交换法 
同时有厌氧和耗氧过程 ,对氮的去除负荷比普通的一段活性 污泥法高 2 倍 。德国的 Rolf 等 [26 ] 也提出了类似的用于小型 处固体废弃物卫生填埋过程中产生的渗滤液中氨氮的方法 反应器中填充纤维状载体 ,这种载体作为反硝化细菌的生长 污水处理厂的除氮装置 。Siegrist 等 [27 ] 研究了用生物转盘去 取得了较好的效果 。 [28 ] 报道在用于反硝化的缺氧和厌氧 Liu 载体 ,而好氧部分仍采用传统的活性污泥法 。这种新工艺与 去除率增加 10 % 。 离子交换实际是不溶性离子化合物 ( 离子交换剂 ) 上的 可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应 ,是一种特 殊的吸附过程 。用离子交换法去除氨氮时 ,常用离子交换剂 沸石 、 活性炭等 ,也有研究采用合成树脂 。但天然离子交换 剂价格便宜且再生容易 ; 采用合成树脂 ,预处理工序和再生 系统均较复杂 ,且树脂寿命短 ,应用上受一定限制 。 肖举强等 [18 ] 传统工艺相比 ,需氧量和需碳量分别降低 25 %和 40 % ,氮的 生物处理含氨氮废水目前存在的主要问题是硝化反硝 化所需时间较长 ,硝化过程所需的氧气量大 ,曝气时间长 ,对 于某些缺乏有机物的无机废水需要另加碳源也增加了处理 证明活化沸石去除氨氮的效果优于活性 炭 。陶颖 [19 ] 等采用天然沸石去除污水中氨氮效果明显 , 成 功将污水深度处理 。刘玉亮等 [20 ] 的静态 、 动态和再生实验 结果表明 ,斜发沸石静态饱和吸附量为 3. 1 g/ 100 g , 再生后 有效寿命可达 140 h 以上 。Rozic 等 [21 ] 也进行了用沸石和粘 土类矿物去除氨氮的试验 。研究表明 ,用天然沸石为离子交 换剂时 ,其对氨氮的去除能力与水中氨氮的初始质量浓度有 关 ,在初始质量浓度小于 100 mg/ L 时 ,氨氮的去除率可以达 到 60. 0 %以上 ,且随初始质量浓度的降低去除率增加 , 当初 始质量浓度超过 100 mg/ L 时 ,氨氮的去除率迅速下降 。 刘宝敏等 [22 ] 考察了强酸性阳离子交换树脂对高浓度焦 化废水中氨氮的吸附行为 。实验结果表明每 g 树脂对氨氮 的zui大吸附量可大于 25 mg , 失效的树脂用 0. 5 mol/ L 稀硫 酸再生后 ,可连续使用 。 虽然离子交换剂去除废水中的氨氮取得了一定的效果 , 但由于存在其交换容量有限 , 再生后的交换剂交换容量下 降 ,有些沸石使用前需要改性 ,改性过程产生的酸或碱性废 水需要进一步处理等问题需要解决 ,所以其研究基本停留在 实验室阶段 。
1. 5 　 生物处理法 
目前 ,生物法是实际应用中使用zui广泛的处理低浓度氨 氮废水的方法 。生物脱氮是在微生物的作用下 ,将有机氮和 氨态氮转化为 N2 和 NxO 气体的过程 ,其中包括硝化和反硝 化两个反应过程 。硝化是废水中的氨态氮在好氧条件下 ,通 过好氧细菌 ( 亚硝酸菌和硝酸菌) 的作用 ,被氧化成亚硝酸盐 (NO2 - ) 和硝酸盐 ( NO3 - ) 的反应过程 。反硝化即脱氮 , 是在 成本 ,反硝化过程相当复杂 ,实际应用时不易控制 , 有时 , 废 水中缺乏足够的 COD ( 电子供给体 ) 将 NO2- 、 3- 反硝化成 NO 环境造成污染 ,因此在一定程度上限制了它的应用 。 
1. 6 　 膜处理法 
N2 排入大气 ,容易造成排放水中 NO2 - 、 3 - 的残留 ,同样对 NO 膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的 生物法等膜技术处理氨氮废水的研究也不断取得进展 。 总称 。随着膜技术的日益成熟 ,利用膜吸收法 、 液膜法及膜 杨晓奕等 [29 ] 采用电渗析法和聚丙烯 ( PP) 中空纤维膜法 处理高浓度氨氮无机废水可取得良好的效果 ,电渗析法处理 2 3 g/ L 氨氮废水去除率可在 85 %以上 ,同时可获得 8. 9 % 的浓氨水 。PP 中空纤维膜法脱氨效率 ≥ % , 回收的硫酸 90 铵质量分数在 25 %左右 。 许国强 [30 ] 用液膜法处理高浓度氨氮废水 , 进水氨氮质 染。 量浓度 500 mg/ L ,出水氨氮质量浓度小于 15 mg/ L ,无二次污 申欢等 [31 ] 采用膜生物法对垃圾渗滤液经 UASB 预处理 的出水进行了降解试验 。结果表明 ,MBR 对氨氮的去除率 •9 • 为 90 %～99. 8 % ,对总氮的去除率为 50 %～67 % 。 膜处理法的主要问题是膜的污染和稳定性 ,而且相对于 其他方法来说 ,运行成本和费用都较高 ,因此在一定程度上 限制了其应用 。 
1. 7 　 催化湿式氧化法 
催化湿式氧化法 ( CWO) [32 ] 开发于 20 世纪 80 年代 ,是在 一定的温度压力和催化剂的作用下 ,污水中的有机物 、 氨等 经溶解的分子氧化生成 CO2 、 2O 及 N2 等无害物质 ,达到净 H 化的目的 。 鞍山焦炭耐火材料研究院和中国科学院采用自行研制的 新型双组分催化剂处理包括焦化污水在内的含高浓度有 机物和氨氮污水 ,* 。其特点为净化效率高 、 流程简单 和占地面积少 。但由于设备耐高温 、 耐腐蚀 ,故投资较大 。
 1. 8 　 烟道气治理法 
淮阴 钢 铁 集 团 公 司 利 用 发 电 厂 烟 道 气 处 理 剩 余 氨 水 [33 ] : 采用特制的喷雾干燥塔 ,将焦化剩余氨水以物化状态 和塔内的烟道气接触发生物理化学反应 ,废水中的水分全部 汽化 ,随烟道气经烟囱排出 。主要反应物硫氨以及废水中的 有机物和粉煤灰经吸尘器收集后 ,综合利用制砖或作锅炉燃 料的添加剂 。 烟道气治理法有效地利用了烟道气废热又使氨固化 ,是 一种 “以废治废” 的综合利用方法 。但该法需要发电厂的烟 道废气 ,还要考虑烟道气的量和剩余氨水的量相匹配 , 因此 其应用受到限制 。
2 前景与展望 
氨氮是废水治理的重要研究对象之一 ,人们对此正在不 断尝试物理 、 化学 、 生物等多种工艺技术的开发应用 。鉴于 各种方法存在的问题及其开发前景 ,今后氨氮废水的研究应 着重考虑以下几个方面 :
(1) 廉价沉淀剂的开发 ,包括磷源 、 镁源的开发研究及循 环利用 。 
(2) 优化吸附剂的性能 ,延长其使用周期及寿命 。 
(3) 深入研究微生物法去除氨氮 ,驯化功能菌种 。
(4) 复合工艺取代单一工艺*去除废水中氨氮 。 
(5) 扩大实验研究的工业化应用 。