氨氮废水处理技术研究进展

1、氨氮废水处理技术研究进展摘要：概括了氨氮废水的生物法、吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法 、膜分离法 、离子交换法 、氧化法等常用处理方法，并分析了其影响因素，介绍了氨氮废水处理技术的研究现状，根据实际工程要求系统分析了各种氨氮废水处理方法存在的问题和发展趋势。对了解和掌握高低不同浓度氨氮废水处理技术有一定借鉴意义。关键词：氨氮；废水处理；研究进展1 氨氮的来源及其危害氨氮是以游离氨和铵离子形式存在于水中的氮。水中的氨氮来源有很多，除生活污水和垃圾渗滤液外，还来源于钢铁、炼油、化肥、鞣革、石油化工、玻璃制造、饲料生产等工业废水的排放。氨氮是导致水体富营养化的主要因素，会引起水体中的藻类及微生物大量

2、繁殖，使水体中的溶解氧急剧下降，导致鱼类及其他水生生物缺氧死亡，对水质造成严重影响。另外，氨氮在水体中经过硝化作用会产生亚硝酸盐和硝酸盐，长期饮用这类水会诱发高铁血红蛋白症;当水中的亚硝酸盐氮含量过高时，能够与蛋白质结合形成一种强致癌物质亚硝胺，对人体造成严重危害。过量的氨氮对废水的处理及回用造成了严重影响，寻求经济高效的去除氨氮方法对人类生活及生产具有重大意义。2 常用氨氮废水处理方法2.1 生物法生物法是利用各种微生物的协同作用，通过氨化、硝化、反硝化等一系列反应使废水中的氨氮最终转化为氮气排放从而去除氨氮的方法，主要包括传统硝化反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化等工艺。高

3、浓度的氨氮对硝化过程有抑制作用，因此生物法常用来处理含有机物较多但氨氮浓度相对较低的废水，对采用生物法处理高浓度废水的研究较少。生物法处理效果稳定，操作简单，适用范围广，不产生二次污染且比较经济；但占地面积大，低温时效率低，对运行管理要求较高。有些物质，如重金属离子对微生物的活动和繁殖有抑制作用，工业运用中应给予考虑。此外，废水中高浓度的氨氮本身对硝化过程产生抑制作用，所以采用生物法处理氨氮废水的初始浓度300 mg/L 时，效果好。2.1.1传统生物硝化反硝化技术传统生物硝化反硝化技术的原理是：在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮；再在缺氧条件下，通

4、过反硝化菌的作用，将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气，从而达到脱氮的目的。传统生物硝化反硝化法的影响因素主要有：pH 值、温度、溶解氧、有机碳源等。该技术在工业化中得到了大规模的运用。传统生物硝化反硝化法中，一般采用的 A/O法、A2/O 法、SBR 序批处理法、接触氧化法等对脱氮具有一定效果，是生物脱氮工业应用中较为成熟的方法。该法也存在一些弊端，如必须补充相应的碳源来配合实现氨氮的脱除，使运行费用增加；碳氮比(微生物赖以生存的碳源和氮源之比)较小时，需要进行硝化液回流，增加了反应池容积和动力消耗；硝化细菌浓度低、系统投碱量大等。2.1.2同步硝化反硝化技术在一个反应器中当好氧环境与缺氧环境同

5、时存在，硝化和反硝化同时进行时则称为同时硝化反硝化。该现象的机理为：由于氧扩散的限制，在微生物絮体或者生物膜内产生溶解氧梯度，微生物絮体或生物膜的外表面溶解氧较高，以好氧硝化菌及氨化菌为主；深入絮体内部，氧传递受阻及外部氧的大量消耗，产生缺氧区，反硝化菌占优势。从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境。同时硝化反硝化的影响因素主要有溶解氧、温度、碱度、有机碳源、pH 值及污泥龄。因为该法具有能耗低、投资省、反应器容积小、容易保持稳定的pH值、具有较高的脱氮效率等优点，国内外很多水处理工作者对此项技术进行了应用性研究。Hyungseok等人运用间歇曝气-排出工艺成功实现了同步硝化反硝化。其循环周

6、期的设置采用72 min 曝气，48 min 沉淀，24 min 排水，氮去除率达到90%以上。朱晓君等人对上海市松江污水厂原有的推流式活性污泥法工艺进行低氧曝气，已达到实现同步硝化反硝化，该厂在运行中将曝气池中的溶解氧控制在 0.51.0mg/L 低氧水平，COD 的去除率可达 95% 左右，总氮去除率可达 80% 左右，且电耗较常规活性污泥法工艺低10%左右。还有研究表明，在溶解氧含量为 1.0 mg/L 时，氨氮去除可分为快速和慢速 2 个阶段；在溶解氧含量为 0.5mg/L 时，同时硝化反硝化脱氮效果最佳。目前，对于同步硝化反硝化的研究尚处于实验室阶段，其作用机理及动力学模型需作进一步

7、的研究，其工业化运用尚难实现。2.1.3 短程硝化反硝化技术短程硝化反硝化是在同一个反应器中，先在有氧的条件下，利用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐，然后在缺氧的条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐反硝化，生成氮气。短程硝化反硝化的关键是如何控制硝化过程中影响 HNO2积累的因素，影响因素包括温度、游离氨、pH 值、溶解氧、有害物质和污泥龄等。在进水中投加氯酸根离子能够使污泥中硝酸细菌的活性受到明显抑制，但其数量却增加了。马军等人通过模型试验，研究了曝气生物滤池脱氮过程中的亚硝酸盐积累现象。曝气生物滤池在滤速 12m/h、气水体积比3:1、水温 20.526.5的条件下，对氨氮和总氮的去除能力分

8、别为 0.150.52 kg/(m3.d)和 0.180.42 kg/(m3.d)。蒙爱红等人采用 6 L 的完全混合式反应器进行了高浓度氨氮废水的短程硝化研究，在温度为 35，反应器内平均溶解氧浓度为0.52.5mg/L，pH 值为 77.8 的条件下，第 26 天实现了短程硝化，从第 73 天开始出水中检测不出 NO3-；在进水氨氮容积负荷达到 1.2kg/(m3d)时，氨氮去除率仍保持在 95% 以上。短程硝化反硝化能耗低，氨氮负荷大，所需碳、碱量少，去除率高，可减小污泥生成量，缩短反应时间，减小反应器体积。目前实现亚硝酸反硝化工业化运用实例很少，难点在于如何实现有效抑制硝化菌的活性使得

9、亚硝酸根得到积累的过程；另外，各影响因素的协调运行也有待进一步的应用研究。2.1.4厌氧氨氧化技术厌氧氨氧化技术是指在缺氧或厌氧条件下，微生物以氨氮为电子受体，以亚硝酸盐或硝酸盐为电子供体，将 NH4+、NO3-或 NO2-转化成氮气的过程。陈旭良等采用厌氧氨氧化工艺处理味精废水，总氮容积去除负荷可达567mgL-1d-1，高于传统硝化反硝化工艺。朱杰等采用厌氧氨氧化工艺对高浓度养殖废水经UASB-短程亚硝化工艺处理后的出水进行脱氮处理研究，结果表明: 当进水氨氮负荷处于0.2kg(m3d)左右，水力停留时间为2d，pH值为7.50左右，温度为30 ，不需投加有机碳源，最终氨氮去除率能达到85

10、% 以上，系统运行效果良好，具有重现性。2.2物理化学法物理化学法是利用物理和化学的综合作用使氨氮废水得以净化。主要包括吹脱法、折点氯化法、离子交换法、磷酸铵镁沉淀法等处理技术。2.2.1 吹脱法吹脱法通常用于脱除废水中的溶解性气体和某些挥发性物质。其原理是将载气通入水中，使载气与废水充分接触，导致废水中的溶解性气体和某些挥发性物质向气相转移，从而达到脱除水中污染物的目的。吹脱法处理效果的影响因素主要有：pH值、温度、气液比、气体流速、初始浓度等。目前，吹脱法在高浓度氨氮废水处理中的应用较多。在水温25，气液体积比控制在 3500 左右，渗滤液 pH 值控制在 10.5 左右，对于氨氮浓度高达

11、20004000 mg/L 的垃圾渗滤液，去除率可达到 90%以上。在pH 值为 10.511.0，水浴温度5060，气液体积比为 2800:13200:1 和吹脱时间为 2 h 的试验条件下，钨冶炼萃取余液废水中的氨氮(1026.76mg/L)吹脱效率可达到 98% 以上。将吹脱法运用到焦化废水去除氨氮的预处理上，在中试中实现了氨氮去除率稳定在 68%85%，使出水中的氨氮对后续生物处理基本不构成影响。吹脱法除氨效率稳定，操作简单，容易控制。但易使填料层结垢，影响设备的运行；水温低时，吹脱效率低；吹脱完成后还需回调废水pH 值。另外，吹脱处理后的废水中仍含有少量氨，常常不能达标排放，故吹脱法

12、常常用作高浓度氨氮废水的预处理方法。如何提高吹脱效率，避免二次污染及如何控制生产过程中水垢的生成是氨吹脱法在工业化过程中需要重视的问题。2.2.2折点氯化法折点氯化法是向废水中通入足量氯气或投加次氯酸钠，将氨氮氧化成无害氮气。当氯气通入量达到某一点时，水中游离氯含量最低，氨的浓度降为零。若继续通入氯气，水中的游离氯就会增多。因此，将该点称之为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。黄海明等采用折点氯化法去除稀土冶炼废水中的氨氮，当pH值为7，Cl/NH4为7:1时，反应1015min，废水中NH4-N去除率达 98%。折点氯化法氨氮去除率高，处理效果稳定，不受水温影响，但存在加氯量大，处理费用高，副

13、产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染等缺点。在实际应用过程中，后续还需要消耗大量碱试剂来中和产生的酸，从而增加了出水中总溶解性固体的含量，因此折点氯化法一般适用于给水或饮用水深度脱氮处理，不适合处理大量高浓度氨氮废水。2.2.3 沸石选择性离子交换法离子交换法是利用固相离子交换及功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换反应，以达到离子的置换、分离、去除、浓缩等目的。沸石是一种具有三维空间结构的硅铝酸盐，因有规则的孔道结构和空穴，故具有筛分效应、交换吸附选择性、热稳定性及形稳定性等优良性能。天然沸石的种类很多，用于去除氨氮的主要为斜发沸石，其对某些阳离子的交换选择性次序

14、为：K+，NH4+Na+Ba2+Ca2+Mg2+。利用斜发沸石对NH4+的强选择性，可以采用交换吸附工艺去除水中氨氮。交换吸附饱和的沸石经再生可重复利用。影响斜发沸石处理效果的因素有粒径、接触时间、进水氨氮浓度、pH 值、温度、交换剂的物性等。天然斜发沸石对氨氮的静态饱和吸附量为31mg/g，当氨氮浓度为 35 mg/L 时，动态饱和吸附量为 22 mg/g，如选择质量比为 3:7 的质量浓度为5 g/L 的 NaCl+NaOH 混合液作为斜发沸石的再生剂，则可进行 3 次重复再生使用，有效寿命可达140 h 以上；小粒径沸石的吸附性能优于大粒径沸石。当废水pH7.5，沸石粒径76m，反应时间

15、为 60min时，沸石在水源中氨氮的去除效果最佳。将天然沸石与A/O生化工艺结合，分别对化肥工业和制革工业的废水(氨氮含量 300400mg/L)进行了实验研究，氨氮去除率为 88%92%。通过用98的 0.8mol/L NaCl溶液浸泡天然沸石可对其表面进行改性，增加沸石中的 Na+含量，从而增大沸石对氨氮的吸附交换容量。今后，应把对沸石进行改性处理，提高吸附速率和交换容量，优化沸石对生物脱氮的强化作用作为研究方向。离子交换法具有投资省、工艺简单、占地小、操作较为方便、温度和毒物对脱氮效率影响小的优点。但在处理高浓度氨氮废水时，再生、反洗频繁，还需对原水进行预处理，处理成本高，产生的再生液必

16、须处理，一般是采用吹脱法回收的氨氮用作氮肥，否则会引起二次污染。2.2.4离子交换法离子交换法是利用离子交换剂( 不溶性离子化合物) 内的可交换离子与溶液中的同性阳离子NH4+进行交换反应，把大量的NH4+都吸附到不溶性离子化合物表面，从而实现氨氮的去除。常用的离子交换剂有沸石、膨润土和活性炭等。李海鹏等的研究表明无机酸改性沸石对水中的氨氮的去除率，不仅受到改性剂pH值的影响，而且还受改性所用无机酸种类的影响，并非所有的无机酸对沸石改性都能提高沸石对水中氨氮的吸附性能。佟小薇等的研究表明利用无机盐改性沸石时，NaCl改性沸石对氨氮吸附效果最好，在NaCl浓度为150g/L,改性时间为18h条件

17、下，改性沸石对氨氮吸附量可达887.35mg/kg，为天然沸石的3.84倍。刘通等试验发现，经盐改性的沸石对氨氮有较高的去除率，对于氨氮浓度为4.43mg/L 的水源水，在粒径0.81.7mm、温度 25 的条件下，经15min接触，氨氮浓度可降至第0.3mg/L;，去除率可达93.2%。 2.2.5磷酸铵镁沉淀法磷酸铵镁沉淀法(MAP法) 是通过向废水中投加镁盐和磷酸盐，在碱性条件下生成磷酸铵镁结晶沉淀，从而去除水中的氨氮。将所得的磷酸铵镁固体进行酸溶、热解等处理，可以将MAP转变MgHPO4，制得的MgHPO4可以用来重复吸附氨氮，从而实”吸附解吸再生再吸附的循环过程。施格鲁等研究发现MA

18、P在加热过程中会生成MHP和焦磷酸镁，氨氮的去除能力:MgHPO4Mg3(PO4)2Mg2P2O7，MHP是氨氮去除的关键物质。张树军等用加酸浸渍法，将MAP转变为MHP，实现MAP的重复利用，前五次的氨氮去除率均在98%以上。Yu Rongtai等在MAP热解后增加一个酸解过程，将Mg2P2O7和 Mg3(PO4)2中的镁盐和磷酸盐释放出来，氨氮去除率在80%以上，比直接热解氨氮去除效果好。磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水具有反应迅速、工艺简单、不受温度和水中毒素影响、去除率高的优点，适合高浓度废水的处理。但该方法需要投加大量的磷酸盐和镁盐药剂，还需要添加氢氧化钠来调节pH，成本较高，生成的MAP

19、再生手段较为苛刻，不适合工业应用，因此寻求廉价的沉淀剂、优化再生手段一直都是磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水需要解决的关键问题。3 结束语氨氮废水的处理有多种方法，各有优缺点，一般需要采取多种技术的联合处理，才能达到理想的处理效果。在实际应用中，必须针对不同废水性质上的差异，进行系统的研究，选择和确定处理技术及工艺。生物法出水水质较稳定，运行成本低，便于管理，但运行周期长，脱氮效率低，易受进水水质和环境因素影响，还易造成二次污染，适用于大规模的低氨氮废水处理工程。物化法脱氮速率快，氨氮去除率高，但投资和运行费用较高，一般适用于高浓度氨氮废水的预处理。而且多种脱氮技术联用将是高浓度氨氮废水处理研究的一个发展趋势，多种技术联用需要充分考虑多种技术的衔接，必须对进水水质、各工艺流程处理后的出水水质以及各工艺流程对进水水质要求进行深入的系统分析，以便实现多种技术的衔接，达到理想的氨氮去除效果。参考文献1刘健,