工业废水处理中的氨氮处理技术

摘要工业废水中的氨氮处理是制约行业发展的因素之一，过量氨氮排入水体将导致水体富营养化，经济有效的控制氨氮废水污染也成为当前环保工作者和行业研究的重要课题，目前采用的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择换吸附、空气吹脱及折点氯化等四种。本文对各种氨氮废水处理方法的优缺点进行分析汇总。

关键词氨氮废水 处理 技术

中图分类号：[F287.2] 文献标识码：A 文章编号：

工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。随着工业的迅速发展,废水的种类和数量迅猛增加,对水体的污染也日趋广泛和严重,威胁人类的健康和安全。由此而产生的氨氮废水也成为行业发展制约因素之一；过量氨氮排入水体将导致水体富营养化，降低水体观赏价值，并且被氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐还会影响水生生物甚至人类的健康。因此，废水脱氮处理受到人们的广泛关注。近年来我国海域不断发生赤潮，氨氮是污染的重要原因之一。因此，经济有效的控制氨氮废水污染也成为当前环保工作者研究的重要课题，也是企业迫切需要解决的难题。废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。目前采用的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择换吸附、空气吹脱及折点氯化等四种。本文对各种氨氮废水处理方法的优缺点进行分析汇总。

1生物硝化与反硝化(生物除氮法)

1.1生物硝化

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的过程，称为生物硝化作用。在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g；硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度(以CaCO3计) 7.lg。

影响硝化过程的主要因素有：(1)pH值 当pH值为8.0～8.4时(20℃)，硝化作用速度最快。由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在7.5以上；(2)温度 温度高时，硝化速度快。亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃，在15℃以下其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜；(3)污泥停留时间 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 ＝0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间 必须大于硝化菌的最小世代时间 。在实际运行中，一般应取 ＞2 ,或 ＞2 ；(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上；(5)BOD负荷 硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而佼白养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

1.2生物反硝化

在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。以甲醇作碳源为例，其反应式为：

6NO3-十2CH3OH6NO2-十2CO2十4H2O

Y _ Q b Y4w ~06NO2-十3CH3OH3N2十3CO2十3H2O十60H-

水网博客 g8x I Q,E8^ p由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使NO3--N、NO2--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。

影响反硝化的主要因素：(1)温度 温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。一般以维持20～40℃为宜。若在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；(2)pH值 反硝化过程的pH值控制在7.0～8.0；(3)溶解氧 氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；(4)有机碳源 当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TN＞(3～5)时，可无需外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。外加有机碳多采用甲醇。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般为NO3--N的3倍。此外，还可利用微生物死亡；自溶后释放出来的那部分有机碳，即"内碳源"，但这要求污泥停留时间长或负荷率低，使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期，因此池容相应增大。

生物处理法中，一般采用的A/O法、A2/O法、SBR序批处理法等对脱氮具有一定效果的工艺技术，一般处理的废水氨氮含量不能超过300mg/L，同时，为了实现脱氮的目的，必须补充相应的碳源来配合实现氨氮的脱除，使运行费用有很大的增加，氨氮废水来源多，排放量大，采用经济有效的技术实现处理要求迫在眉睫。

近年来，随着生物工程技术的发展，特别是定向分离和培育的特性微生物工程技术的飞速进步，使传统脱氮理论受到挑战，并在实际氨氮废水的处理项目中被打破。生物脱氮理论上有了很多进展，新的脱氮理论在实践上得到了很好的验证，如： ①亚硝酸硝化/反硝化工艺。该工艺可以节省25％硝化曝气量，节省40％的反硝化碳源，节省50％反硝化反应器容积。 ②同时硝化/反硝化工艺（SND）。好氧环境和缺氧环境同时存在的一个反应器中，由于许多新的氮生物化学菌族被鉴定出来，在菌胶团作用下，硝化/反硝化同时进行，从而实现了低碳源条件下的高效脱氮。 ③好氧反硝化 在好氧条件下，某些好氧反硝化菌能够通过氨氮的生物作用形成氧化氮和氧化亚氮等气态产物。 ④厌氧氨氧化 一些微生物能够以硝酸盐、二氧化碳和氧气为氧化剂将氨氧化为氮气。

2沸石选择换吸附

沸石是一种硅铝酸盐，其化学组成可表示为：

(M2+，2M+)O.Al2O3.mSiO2·nH2O (m＝2～10，n＝0～9)

式中M2+代表Ca2+、Sr2+等二价阳离子，M+代表Na+、K+等一价阳离子，为一种弱酸型阳离子交换剂。在沸石的三维空间结构中，具有规则的孔道结构和空穴，使其具有筛分效应，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。

斜发沸石对某些阳离子的交换选择性次序为：K+，NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。利用斜发沸石对NH4+的强选择性，可采用交换吸附工艺去除水中氨氮。交换吸附饱和的拂石经再生可重复利用。溶液pH值对沸石除氨影响很大。当pH过高，NH4+向NH3转化，交换吸附作用减弱；当pH过低，H+的竞争吸附作用增强，不利于NH4+的去除。通常，进水pH值以6～8为灾。当处理合氨氮10～20mg/L的城市严水时，出水浓度可达lmg/L以下。穿透时通水容积约100～150床容。沸石的工作交换容量约0.4×10-3n-1mol/g左右。吸附铵达到饱和的沸石可用5g/L的石灰乳或饱和石灰水再生。再生液用量约为处理水量的3～5%。研究表明，石灰再生液中加入0.1mol的NaCl，可提高再生效率。针对石灰再生的结垢问题，亦有采用2％的氯化钠溶液作再生液的，此时再生液用量较大。再生时排出的高浓度合氨废液必须进行处理，其处理方法有：(1)空气吹脱 吹脱的NH3或者排空，或者由量H2S04吸收作肥料；(2)蒸气吹脱 冷凝液为1%的氨溶液，可用作肥料；(3)电解氧化(电氯化) 将氨氧化分解为N2。

3空气吹脱 在碱性条件下(pH＞10.5)，废水中的氨氮主要以NH3的形式存在。让废水与空气充分接触，则水中挥发性的NH3将由液相向气相转移，从而脱除水中的氨氮。吹脱塔内装填木质或塑料板条填料，空气流由塔的下部进入，而废水则由塔顶落至塔底集水池。影响氨吹脱效果的主要因素有：(1)pH值 一般将pH值提高至10.8～11.5；(2)温度 水温降低时氨的溶解度增加，吹脱效率降低。例如，20℃时氨去除率为90～95％，而10℃时降至约75%，这为吹脱塔在冬季运行带来困难；(3)水力负荷 水力负荷(m3/m2．h)过大，将破坏高效吹脱所需的水流状态，而形成水幕；水力负荷过小，填料可能没有适当湿润，致使运行不良，形成干塔。一般水力负荷为2.5～5m3/m2．h；(4)气水比 对于一定塔高，增加空气流量，可提高氨去除率；但随着空气流量增加，压降也增加，所以空气流量有一限值。一般，气/水比可取2500～5000(m3/m2)； (5)填料构型与高度 由于反复溅水和形成水滴是氨吹脱的关键，因此填料的形状、尺寸、间距、排列方式够都对吹脱效果有影响。一般，填料间距40～50mm，填料高度为6～7.5m。若增加填料间距，则需更大的填料高度； (6)结垢控制 填料结垢(CaCO3)特降低吹脱塔的处理效率。控制结垢的措施有：用高压水冲洗垢层；在进水中投加阻垢剂：采用不合或少含CO2的空气吹脱(如尾气吸收除氨循环使用)；采用不易结垢的塑料填料代替木材等。空气吹脱法除氨，去除率可达60～95%，流程简单，处理效果稳定，基建费和运行费较低，可处理高浓度合氨废水。但气温低时吹脱效率低，填科结垢往往严重干扰运行，且吹脱出的氨对环境产生二次污染。

4折点氯化

投加过量氯或次氯酸钠(超过"折点")，使废水中氨完全氧化为N2的方法，称为折点氯化法，其反应可表示为：

NH4+十1.5HOCl0.5N2十1.5H2O十2.5H+十1.5Cl-

由反应式可知，到达折点的理论需氯(C12)量为7.6kg/kg(NH3-N)，而实际需氯量在8～10kg/kg(NH3-N)。在pH＝6～7进行反应，则投药量可最小。接触时间一般为0.5～2h。严格控制pH值和投氯量，可减少反应中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯代有机物。折点氯化法对氨氮的去除率达90～100%，处理效果稳定，不受水温影响，基建费用也不高。但其运行费用高；残余氯及氯代有机物须进行后处理。

5 结语

在目前采用的四种脱氮工艺中，物理化学法由于存在运行成本高、对环境造成二次污染等问题，实际应用受到一定限制。而生物脱氮法能较为有效和彻底地除氮，且比较经济，因而得到较多应用。由于工业废水成分复杂，生物毒性大，为了取得很好的处理效果，必须针对不同行业和废水性质对其成分和抑制因素进行分析，进行适当的预处理后选择一种或几种方法联合的方式进行处理，才能达到理想的处理效果。

参考文献

[1] 王晓莲，彭永臻，等. A2/O法污水生物脱氮除磷处理技术与应用[M].北京：科学出版社，2009：67-69.

[2] 许国强,曾光明,殷志伟等. 氨氮废水处理技术现状及发展[J] . 湖北有色金属，2002,18（2）：29-31.

[3]叶婴其等.工业用水处理技术［M］.上海科学普及出版社199597－136.

[4]周彤等.污水的零费用脱氨 结水排水 200026（2）：37-39.

[5]沈耀良等.废水生物处理新技术［M］.北京：中国环境科学出版社1999 196－221.

[6]黄骏等.氨氮废水处理技术研究进展[J] .环境污染治理技术与没备 , 2002 , 3(1):65-68.

[7] 李金页,郑平.鸟粪石沉淀法在废水除磷脱氮中的应用[J].中国沼气,2004,22(1):7~10.

[8] 贾玉鹤,李晶,刘洪波等人.磷酸氨镁沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的实验研究.环境工程报.2007,1(8)74~76.

[9]邹家庆, 工业废水处理技术[M]化学工业出版社2003.8