氨氮是以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在于水中的氮。水中的氨氮來(lái)源有很多，除生活污水和垃圾滲濾液外，還來(lái)源于鋼鐵、煉油、化肥、鞣革、石油化工、玻璃制造、飼料生產(chǎn)等工業(yè)廢水的排放。氨氮是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素，會(huì)引起水體中的藻類(lèi)及微生物大量繁殖，使水體中的溶解氧急劇下降，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)及其他水生生物缺氧死亡，對(duì)水質(zhì)造成嚴(yán)重影響。另外，氨氮在水體中經(jīng)過(guò)硝化作用會(huì)產(chǎn)生亞硝酸鹽和硝酸鹽，長(zhǎng)期飲用這類(lèi)水會(huì)誘發(fā)高鐵血紅蛋白癥；當(dāng)水中的亞硝酸鹽氮含量過(guò)高時(shí)，能夠與蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種強(qiáng)致癌物質(zhì)——亞硝胺，對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。
過(guò)量的氨氮對(duì)廢水的處理及回用造成了嚴(yán)重影響，尋求經(jīng)濟(jì)高效的去除氨氮方法對(duì)人類(lèi)生活及生產(chǎn)具有重大意義。
1 常用氨氮廢水處理方法
1.1 生物法
生物法是利用各種微生物的協(xié)同作用，通過(guò)氨化、硝化、反硝化等一系列反應(yīng)使廢水中的氨氮最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀欧艔亩コ钡姆椒?，主要包括傳統(tǒng)硝化反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厭氧氨氧化等工藝。高濃度的氨氮對(duì)硝化過(guò)程有抑制作用，因此生物法常用來(lái)處理含有機(jī)物較多但氨氮濃度相對(duì)較低的廢水，對(duì)采用生物法處理高濃度廢水的研究較少。
徐磊采用厭氧-缺氧/好氧生物處理工藝（A-A/O工藝）處理含難降解有機(jī)物的氨氮廢水，工程實(shí)踐表明：在UASB中引入?yún)捬躅A(yù)處理可以改變苯環(huán)等有機(jī)物的結(jié)構(gòu)從而促使其降解，該工藝投入使用2 a來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，氨氮去除率可達(dá)97.5%，出水主要污染物指標(biāo)符合《污水 綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，噸水處理成本6.53元。 Zhi Zhang等改變傳統(tǒng)A-A/O工藝的工藝順序處理有機(jī)物含量低的廢水，在有氧階段控制DO為0.5 mg/L，以解決炭源不足的問(wèn)題，處理后出水氨氮質(zhì)量濃度為2 mg/L，氨氮去除率為90%，總氮質(zhì)量濃度為17 mg/L，去除率為54%。李亮等采用好氧池－高效沉淀池組合工藝（PNH工藝）處理氨氮廢水，接種污泥選用MBR膜好氧池活性污泥，在DO>2 mg/L、溫度為（30±1） ℃、pH為7.5～7.6的工藝條件下，系統(tǒng)運(yùn)行3 d后即成功啟動(dòng)短程硝化反應(yīng)，在運(yùn)行過(guò)程中亞硝酸鹽積累率長(zhǎng)期穩(wěn)定在90％以上，最高達(dá)99.9%，當(dāng)進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為4 645 mg/L時(shí)，氨氮負(fù)荷最高為8.9 m3/d，氨氮轉(zhuǎn)化率最高達(dá)97.17％。Hongjun Han等采用三級(jí)曝氣生物系統(tǒng)（BAF）處理低C/N比的城市污水，短程硝化啟動(dòng)后，30 d連續(xù)運(yùn)行結(jié)果穩(wěn)定，出水各項(xiàng)指標(biāo)均符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。H. Yoo等采用同步硝化反硝化的方法處理氨氮廢水，在曝氣時(shí)間為72 min，沉淀時(shí)間為 48 min，排水時(shí)間為24 min的循環(huán)條件下，氨氮去除率超過(guò)90%。
生物法處理氨氮廢水結(jié)果穩(wěn)定、處理費(fèi)用較低、不產(chǎn)生二次污染，但受溫度影響較大，低溫情況下處理效率低，同步硝化反硝化和厭氧氨氧化等工藝對(duì)高濃度氨氮廢水的處理效果較好，但其作用機(jī)理尚不明確，需對(duì)其工藝條件進(jìn)行進(jìn)一步研究。
1.2 吹脫法
吹脫法利用堿性條件下水中氨氮主要以游離氨存在的特性，向水體中通入氣體使氣液之間充分接觸，水中的游離氨穿過(guò)氣液界面向氣相轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除水中氨氮的目的，通入的氣體常用空氣和蒸汽，常見(jiàn)設(shè)備為吹脫塔。
劉華等采用蒸氨/氨吹脫兩級(jí)工藝處理工業(yè)廢水，在pH=11，溫度25 ℃，空氣流速為128 m/min的條件下，吹脫1.5 h后出水水質(zhì)達(dá)到天津市《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12/356—2008）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)氨水進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)了資源回收利用。黃軍等采用吹脫法對(duì)某化工企業(yè)廢水進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為1 200 mg/L，出水氨氮質(zhì)量濃度為60 mg/L，滿足后續(xù)深度處理要求，經(jīng)深度處理出水氨氮質(zhì)量濃度為5 mg/L，總處理成本約11.3 元/m3。
吹脫法主要用于對(duì)高濃度氨氮廢水的預(yù)處理，其脫氮效率較高，但處理過(guò)程中需要通入大量蒸汽，能耗大；釋放出的氨氣會(huì)造成二次污染，需強(qiáng)酸吸收廢氣；設(shè)備易結(jié)垢。為解決這一系列問(wèn)題，在吹脫工藝中引入了超聲波技術(shù)，超聲輻射與水體作用能夠產(chǎn)生空化效應(yīng)，游離氨在這一特殊作用下熱解為氮?dú)夂蜌錃?，空化效?yīng)下水處于超臨界狀態(tài)，使氨氣的傳質(zhì)速度加快，更易從廢水中吹脫去除；吹脫產(chǎn)生的氣泡亦可促進(jìn)空化效應(yīng)。
彭人勇等采用超聲吹脫法對(duì)某印染廠印染廢水進(jìn)行脫氨氮處理，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為280 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在溫度為30 ℃，超聲波功率為 100 W的條件下，反應(yīng)2.5 h后，氨氮的去除率達(dá)到了90.78%，比傳統(tǒng)吹脫工藝提高了30%~40%。王有樂(lè)等采用超聲吹脫工藝處理質(zhì)量濃度為1 400 mg/L左右的高濃度氨氮廢水，氨氮去除率大于90%，此方法對(duì)廢水中的COD也有一定的去除效果，與傳統(tǒng)方法相比去除率提高了21%，吹脫后的氨氣用鹽酸溶液吸收回用。
1.3 化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是20世紀(jì)90年代興起的一種處理氨氮廢水的方法，通過(guò)向水中加入化學(xué)藥劑，使氨氮轉(zhuǎn)化為沉淀物質(zhì)，比較成熟的一種技術(shù)為MAP法，即磷酸銨鎂法，主要用于處理高濃度氨氮廢水，其反應(yīng)原理為：
劉國(guó)躍采用化學(xué)沉淀法處理高濃度氨氮廢水，考察pH和沉淀劑加入量及配比對(duì)氨氮去除效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：pH=9.0，n（NH4+）∶n（Mg2+）∶n（PO43-）=1∶1.3∶1.3時(shí)，氨氮去除率可達(dá)98.48%。王文華等采用MAP法對(duì)低濃度氨氮污海水進(jìn)行處理，該方法利用海水中存在的大量Mg2+，省去一部分沉淀劑投入，節(jié)約了處理成本，在pH為9.5~10.5， n（NH4+）∶n（PO43-）=1∶1.1，氨氮質(zhì)量濃度為12 mg/L的條件下，氨氮去除率為42.80%，該結(jié)果表明沉淀法對(duì)低濃度氨氮廢水也有一定的處理效果，結(jié)合實(shí)際情況選用可降低處理費(fèi)用。
化學(xué)沉淀法操作簡(jiǎn)單易懂，對(duì)氨氮的去除率高，沉淀物不僅是一種農(nóng)業(yè)肥料，還可作為滅火劑進(jìn)行滅火，但沉淀劑在水體中引入的余磷易造成二次污染，化學(xué)沉淀法的主要影響因素為pH，在處理廢水時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，增加了處理成本?；瘜W(xué)沉淀法主要用于處理可生化性差的高濃度氨氮廢水，但近幾年的研究表明，此方法對(duì)低濃度氨氮也有一定去除能力，但受初始氨氮濃度的影響較大。
1.4 折點(diǎn)氯化法
折點(diǎn)氯化法是將氯氣通入氨氮廢水中，利用次氯酸將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀欧牛瑥亩コ钡?。在通氯過(guò)程中，水體中氨氮的濃度隨著氯氣通入量增加而降低，將氨氮濃度降為0的一點(diǎn)稱(chēng)為折點(diǎn)，此時(shí)水體中的游離氯離子的含量也最低。其反應(yīng)方程式：
李嬋君等采用折點(diǎn)氯化法深度處理某冶煉加工廠廢水，考察加氯量和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)脫氮效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在pH為5.5~6.5，Cl2和NH4+質(zhì)量比為8.0∶1~8.2∶1，反應(yīng)時(shí)間30 min的工藝條件下，出水氨氮質(zhì)量濃度小于10 mg/L，符合相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)。
折點(diǎn)氯化法處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，適用于較低濃度氨氮廢水的處理，常作為深度處理方法與其他氨氮廢水處理方法聯(lián)用，但液氯儲(chǔ)存和使用的要求較高，同時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染。
1.5 膜分離法
膜分離法是利用特定膜的透過(guò)性能對(duì)溶液中的某種成分進(jìn)行選擇性分離，可在室溫、無(wú)相變的條件下進(jìn)行，主要包括電滲析、反滲透、超濾及滲析等工藝。
針對(duì)錳礦礦渣廢水中氨氮濃度較高且含有大量重金屬離子的特點(diǎn)，杜祥君采用新型膜工藝對(duì)其進(jìn)行處置，實(shí)驗(yàn)工藝采用“NF+NF+ＲO”組合工藝，中試結(jié)果表明：廢水的初始氨氮質(zhì)量濃度為1 000 mg/L，納濾出水的氨氮去除率為88%，通過(guò)RO膜后，氨氮質(zhì)量濃度降至6 mg/L，氨氮去除率達(dá)到95%，該方法對(duì)重金屬離子也有較好的去除效果，處理后水中錳離子、鎂離子的質(zhì)量濃度均小于1.0 mg/L，去除率分別為97.5%、95.3%，出水各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
膜分離法處理氨氮廢水效率高、耗能少、處理結(jié)果穩(wěn)定，但在處理過(guò)程中膜易被污染，使系統(tǒng)處理壓力過(guò)高，出現(xiàn)滲漏等問(wèn)題，需定期對(duì)膜進(jìn)行反洗，增加了處理成本，針對(duì)這一問(wèn)題，如何開(kāi)發(fā)耐污染性強(qiáng)、產(chǎn)水性能優(yōu)、使用壽命長(zhǎng)的膜材料將是未來(lái)研究的基本方向。
國(guó)內(nèi)外的水處理工作者將生物反應(yīng)器與膜分離技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造了一種新興的污水處理技術(shù)與工藝——膜生物反應(yīng)器（MBR）。李強(qiáng)等采用A/O- MBR工藝處理高氨氮廢水，考察溶解氧對(duì)氨氮脫除效果的影響，在溫度為25~28 ℃，pH 為7.5~8.5，DO為2.5 mg/L的工藝條件下，氨氮的去除率可達(dá)93.2%，控制其他條件不變，將DO降至1.5 mg/L，氨氮的去除率為87.5%。J. H. Shin等采用浸沒(méi)式 MBR處理豬廠廢水，氨氮去除率可達(dá)到99%，該工藝對(duì)總氮也有一定的去除效果，總氮去除率為60%。
MBR的工藝設(shè)備集中，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，可提高硝化反應(yīng)效率，但處理成本較常規(guī)生物處理方法偏高，如何優(yōu)化膜生物反應(yīng)器工藝仍需進(jìn)一步研究。
1.6 離子交換法
離子交換法是利用固相對(duì)水中的氨氮進(jìn)行吸附并釋放出等價(jià)離子的原理進(jìn)行氨氮脫除，常用的固相有沸石、樹(shù)脂、活性炭等。斜發(fā)沸石是一種天然的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，對(duì)氨氮具有很高的吸附性能和離子交換性能，在我國(guó)分布廣、儲(chǔ)量大、成本低廉，常用于處理氨氮廢水。
王文超等研究了斜發(fā)沸石粒徑、反應(yīng)時(shí)間、廢水pH、廢水氨氮濃度、斜發(fā)沸石用量等因素對(duì)氨氮廢水處理效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：斜發(fā)沸石用量為70 g/L，沸石粒徑小于74 μm，廢水氨氮質(zhì)量濃度為200 mg/L，pH=7.0，吸附時(shí)間為3 h時(shí)，廢水中氨氮的去除率可達(dá)到92.71%。趙大傳等使用斜發(fā)沸石對(duì)氨氮廢水進(jìn)行深度處理，沸石粒徑為0.8～ 1 mm，廢水流速為4 m/h時(shí)，沸石吸附效果較好，吸附容量為2.34 mg/g；沸石質(zhì)量為35 g時(shí)，以0.9 mol/L的氯化鈉溶液作為再生液，再生時(shí)間5 h，再生液用量0.7 L，沸石經(jīng)5次再生后仍具有較好的吸附效果。Y. C. Chung等將天然沸石引入傳統(tǒng)O/A生物法中處理化肥企業(yè)和制革企業(yè)廢水，硝化細(xì)菌吸附于沸石表面進(jìn)入好氧反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：初始氨氮質(zhì)量濃度為300~400 mg/L時(shí)，氨氮去除率均可達(dá)到88%~92%。王偉萍等將少量沸石粉末加入到SBR反應(yīng)器中，與活性污泥形成膠狀生物團(tuán)對(duì)廢水進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：SBR-沸石法對(duì)氨氮、COD、總氮的去除率比純SBR法分別提高了6.5%、1%、27.6%，在1 L廢水中加入3 g沸石，SBR系統(tǒng)對(duì)氨氮和總氮的去除作用可持續(xù)1個(gè)月，有效降低了廢水處理成本。
離子交換法工藝簡(jiǎn)單、操作方便、占地面積小，但在處理過(guò)程中，需對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)吸附相進(jìn)行解吸再生，產(chǎn)生的再生液也必須進(jìn)行處理，否則會(huì)造成二次污染。
1.7 氧化法
1.7.1 催化濕式氧化法
催化濕式氧化法（CWAO）是在傳統(tǒng)濕式氧化法中加入適宜的催化劑，使廢水中的氨氮氧化分解為CO2、H2O和N2等無(wú)害物質(zhì)，達(dá)到去除氨氮的目的，常用于對(duì)較高濃度氨氮廢水的處理。
付迎春等自制Ce-Mn-Cu氧化物復(fù)合催化劑用于催化濕式氧化法處理廢水，在溫度255 ℃，壓力4.2 MPa，pH=10.8的條件下，反應(yīng)2.5 h，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為1 023 mg/L，出水氨氮質(zhì)量濃度為20 mg/L，氨氮去除率達(dá)到98%，出水水質(zhì)符合國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
催化濕式氧化技術(shù)的核心是催化劑的選用，多組分復(fù)合催化劑對(duì)氨氮的脫除率高，非貴金屬催化劑在處理過(guò)程中易溶出造成二次污染，貴金屬催化劑沒(méi)有這一問(wèn)題，但價(jià)格高，因此，如何制備高效經(jīng)濟(jì)的催化劑是催化濕式氧化技術(shù)亟需解決的問(wèn)題。
1.7.2 電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化法利用電能使游離氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀欧?，有直接氧化和間接氧化兩種方式，影響電化學(xué)氧化法的因素主要為電流密度和氯離子濃度。
歐陽(yáng)超等選用RuO2-IrO2-TiO2/Ti陽(yáng)極電極處理氨氮廢水，pH為6～10，電流密度為85 mA/cm2，Cl-質(zhì)量濃度為8.0 g/L是最佳的處理?xiàng)l件，在3 h內(nèi)氨氮的去除率可達(dá)98.22%。
電化學(xué)氧化法處理氨氮廢水不產(chǎn)生二次污染、操作簡(jiǎn)單，但在處理過(guò)程中消耗大量電能，處理成本較高。
1.7.3 光催化氧化
光催化氧化利用光敏半導(dǎo)體作為催化劑，光輻射可以激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生電子-空穴，空穴與O2和H2O共同作用產(chǎn)生羥基自由基，對(duì)氨氮進(jìn)行氧化。常用的半導(dǎo)體材料為T(mén)iO2。
喬世俊等采用光催化氧化法處理某化肥廠氨氮廢水，廢水初始氨氮質(zhì)量濃度為238 mg/L，反應(yīng) 8 h后，出水氨氮質(zhì)量濃度降至8 mg/L，氨氮去除率達(dá)到97%。
電催化氧化法反應(yīng)條件溫和、選擇性好、不受氨氮濃度限制，技術(shù)難點(diǎn)在于如何控制氧化生成N2，避免氧化產(chǎn)物NO2-和NO3-的生成，具體的機(jī)理和反應(yīng)影響因素仍在進(jìn)一步研究之中。
2 氨氮廢水處理新工藝
2.1 微波-活性炭法
波-活性炭法是利用微波反應(yīng)器對(duì)加入活性炭的氨氮溶液進(jìn)行加熱，活性炭對(duì)微波有很強(qiáng)的吸收能力，當(dāng)微波輻射到活性炭表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生“熱點(diǎn)”，水中的氨接觸到“熱點(diǎn)”即被高溫脫除。
訾培建等通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了微波-活性炭法對(duì)氨氮的去除效果，在pH=11，微波輻射時(shí)間為4 min，微波作用功率為850 W的條件下，氨氮的去除率為92.47%。
微波-活性炭法目前的研究主要集中于對(duì)模擬水樣的處理，深入研究微波的氧化機(jī)理及微波處理過(guò)程中的影響因素與規(guī)律具有重要意義。
2.2 MVR法
機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)是利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，壓力、溫度升高，熱焓增加，然后送到蒸發(fā)器的加熱室當(dāng)作加熱蒸汽使用，氨與水分子相對(duì)揮發(fā)度不同，通過(guò)蒸汽作用多次汽化和冷凝實(shí)現(xiàn)高純度分離，氨轉(zhuǎn)化為氣態(tài)從水中逸出從而達(dá)到脫氨氮的目的。
張金鴻等采用機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)處理反滲透（RO）濃水，中試結(jié)果表明：出水氨氮質(zhì)量濃度不超過(guò)10 mg/L，COD不超過(guò)50 mg/L，可達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2002）的要求。申濤等將MVR技術(shù)引入汽提脫氨中，分別采用MVR 汽提脫氨法、單塔汽提及雙效汽提處理高濃度氨氮廢水，進(jìn)水質(zhì)量濃度為6 g/L，廢水處理量為40 m3/h，使處理后的廢水均達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用MVR汽提脫氨技術(shù)處理廢水的成本為13.24元/t，是汽提精餾技術(shù)處理成本的33.16%，雙效汽提技術(shù)的57.72%。
VR法適用于含鹽量較高且有機(jī)物難于降解的氨氮廢水，對(duì)TP和TN也有較好的處理效果，MVR濃縮液加工后可作為鹽粗品出售，具有良好的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益，在蒸餾過(guò)程中，需加入氣體收集處理裝置，避免造成二次污染，該方法經(jīng)濟(jì)高效，但目前仍在研究階段，工藝條件還需進(jìn)一步研究。
3 結(jié)論
氨氮廢水的處理方法有很多，分別適用于不同類(lèi)型的氨氮廢水，不同的方法在氨氮廢水的預(yù)處理和深度處理階段聯(lián)合使用，能夠得到較好的脫除效果，在處理氨氮廢水的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體廢水水質(zhì)，選擇合適的處理技術(shù)及組合工藝，以達(dá)到高效經(jīng)濟(jì)去除氨氮的目的。
上一條 ： 氨氮廢水的處理方法
下一條 ： 國(guó)際上的生物脫氮技術(shù)介紹
