近20年來(lái), 對(duì)氨氮污水處理方面開(kāi)展了較多的研究。其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理實(shí)用性較好國(guó)內(nèi)運(yùn)用最多的技術(shù)為：傳統(tǒng)生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜法等。
1、傳統(tǒng)生物脫氮
傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)始于上世紀(jì)30年代，真正應(yīng)用于20世紀(jì)70年代。自Barth三段生物脫氮工藝的開(kāi)創(chuàng)，A/O工藝、序批式工藝等脫氮工藝相繼被提出并應(yīng)用于工程實(shí)際。三段生物脫氮工藝流程如圖所示，該工藝是將有機(jī)物降解、硝化作用以及反硝化作用三個(gè)階段獨(dú)立開(kāi)來(lái)，每一階段后面都有各自獨(dú)立的沉淀池和污泥回流系統(tǒng)。第一段曝氣池的主要作用是代謝分解有機(jī)物，并使有機(jī)氮氨化。第二段硝化池主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，將氨氮氧化，同時(shí)需投加堿度以維持一定的pH值。第三段是反硝化反應(yīng)器，硝態(tài)氮在缺氧條件下被還原為N2，安裝攪拌裝置使污泥混合液呈懸碳源以滿足浮狀態(tài)，并外加反硝化反應(yīng)所需的碳源。A/O 生物脫氮工藝如圖所示，該工藝將缺氧段置于系統(tǒng)前端，其發(fā)生反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度能夠少量補(bǔ)充硝化反應(yīng)之需。另外，缺氧池中反硝化反應(yīng)利用原廢水中的有機(jī)物為碳源可以減少補(bǔ)充碳源的投加甚至不加。通過(guò)內(nèi)循環(huán)將硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)移到缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，硝態(tài)氮中氧作為電子受體，供給反硝化菌的呼吸作用和生命活動(dòng)，并完成脫氮工序。在 A/O 生物脫氮工藝中，硝化液回流比對(duì)系統(tǒng)的脫氮效果影響很大。若回流比控制過(guò)低，則無(wú)法提供充足的硝態(tài)氮進(jìn)行反應(yīng)，使硝化作用不完quan，進(jìn)而影響脫氮效果；若控制過(guò)高，則導(dǎo)致硝化液與反硝化菌接觸時(shí)間減短，從而降低脫氮效率。因此，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中需要控制適當(dāng)?shù)南趸夯亓鞅?，使系統(tǒng)脫氮效果達(dá)到最佳水平。
序批式脫氮工藝與A/O工藝相比，其運(yùn)行方式有所不同，但在脫氮反應(yīng)機(jī)理上基本與A/O生物脫氮工藝一致。序批式工藝為間歇的運(yùn)行方式，采用一個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)池替代了傳統(tǒng)的由多個(gè)具有不同功能的反應(yīng)區(qū)組合而成的A/O生物脫氮反應(yīng)器。序批式脫氮工藝以時(shí)間的交替方式實(shí)現(xiàn)了缺氧/好氧環(huán)境，取代了傳統(tǒng)空間上的缺氧/好氧，因其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和靈活的操作方式而倍受研究者的關(guān)注和研究。
2、氨吹脫
吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論。廢水中的NH3-N通常以銨離子（NH4+）和游離氨(NH3)的狀態(tài)把持平衡而存在的：當(dāng)PH為中性時(shí)，NH3-N主要以銨離子（NH4+）形式存在，當(dāng)PH值為堿性，NH3-N主要以游離氨（NH3）狀態(tài)存在吹脫法是在沸水中加入堿，調(diào)節(jié)PH值至堿性，先將廢水中的NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，然后通入蒸汽或空氣進(jìn)行解吸，將廢水中的NH3轉(zhuǎn)化為氣相，從而將NH3-N從水中去除。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為空氣吹脫，后者稱為蒸汽吹脫。而控制吹脫效率高低的關(guān)鍵因素是溫度、氣液比和pH。在水溫大于25 ℃,氣液比控制在3500左右，滲濾液pH控制在10.5左右，對(duì)于氨氮濃度高達(dá)2000～4000mg/L的垃圾滲濾液，去除率可達(dá)到90%以上。吹脫法在低溫時(shí)氨氮去除效率不高。采用超聲波吹脫技術(shù)對(duì)化肥廠高濃度氨氮廢水(例如882mg/L)進(jìn)行了處理試驗(yàn)。最佳工藝條件為pH=11，超聲吹脫時(shí)間為40min，氣水比為1000：1試驗(yàn)結(jié)果表明，廢水采用超聲波輻射以后，氨氮的吹脫效果明顯增加，與傳統(tǒng)吹脫技術(shù)相比，氨氮的去除率增加了17%～164%，在90%以上，吹脫后氨氮在100mg/L以內(nèi)。為了以較低的代價(jià)將pH調(diào)節(jié)至堿性，需要向廢水中投加一定量的氫氧化鈣，但容易生水垢。同時(shí)，為了防止吹脫出的氨氮造成二次污染，需要在吹脫塔后設(shè)置氨氮吸收裝置。在處理經(jīng)UASB預(yù)處理的垃圾滲濾液(2240mg/L)時(shí)發(fā)現(xiàn)在pH=11.5，反應(yīng)時(shí)間為24h，僅以120r/min的速度梯度進(jìn)行機(jī)械攪拌，氨氮去除率便可達(dá)95%。而在pH=12時(shí)通過(guò)曝氣脫氨氮，在第17小時(shí)pH開(kāi)始下降，氨氮去除率僅為85%。據(jù)此認(rèn)為，吹脫法脫氮的主要機(jī)理應(yīng)該是機(jī)械攪拌而不是空氣擴(kuò)散攪拌。
3、離子交換
離子交換法實(shí)際上是利用不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與溶液中的其它同性離子(NH4+)發(fā)生交換反應(yīng)，從而將廢水中的NH4+牢固地吸附在離子交換劑表面，達(dá)到脫除氨氮的目的。常用的離子交換工藝主要是沸石吸附除氨氮。
利用沸石中的陽(yáng)離子與廢水中的NH4 進(jìn)行交換以達(dá)到脫氮的目的。沸石一般被用于處理低濃度含氨廢水或含微量重金屬的廢水。然而，蔣建國(guó)等探討了沸石吸附法去除垃圾滲濾液中氨氮的效果及可行性。小試研究結(jié)果表明，每克沸石具有吸附15.5mg氨氮的極限潛力，當(dāng)沸石粒徑為30～16目時(shí)，氨氮去除率達(dá)到了78.5%，且在吸附時(shí)間、投加量及沸石粒徑相同的情況下，進(jìn)水氨氮濃度越大，吸附速率越大，沸石作為吸附劑去除滲濾液中的氨氮是可行的。用沸石離子交換法處理經(jīng)厭氧消化過(guò)的豬肥廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)Na-Zeo、Mg-Zeo、Ca-Zeo、k-Zeo中Na-Zeo沸石效果、好，其次是Ca-Zeo。增加離子交換床的高度可以提高氨氮去除率，綜合考慮經(jīng)濟(jì)原因和水力條件，床高18cm(H/D=4)，相對(duì)流量小于7.8BV/h是比較適合的尺寸。離子交換法受懸浮物濃度的影響較大。應(yīng)用沸石脫氨法必須考慮沸石的再生問(wèn)題，通常有再生液法和焚燒法。采用焚燒法時(shí)，產(chǎn)生的氨氣必須進(jìn)行處理。
4、膜過(guò)濾
利用膜的選擇透過(guò)性進(jìn)行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無(wú)二次污染。蔣展鵬等采用電滲析法和聚丙烯(PP)中空纖維膜法處理高濃度氨氮無(wú)機(jī)廢水可取得良好的效果。電滲析法處理氨氮廢水2000～3000mg/L，去除率可在85%以上，同時(shí)可獲得8.9%的濃氨水。此法工藝流程簡(jiǎn)單、不消耗藥劑、運(yùn)行過(guò)程中消耗的電量與廢水中氨氮濃度成正比。PP中空纖維膜法脫氨效率>90%，回收的硫酸銨濃度在25%左右。運(yùn)行中需加堿，加堿量與廢水中氨氮濃度成正比。乳化液膜是種以乳液形式存在的液膜具有選擇透過(guò)性，可用于液-液分離。分離過(guò)程通常是以乳化液膜(例如煤油膜)為分離介質(zhì)，在油膜兩側(cè)通過(guò)NH3的濃度差和擴(kuò)散傳遞為推動(dòng)力，使NH3進(jìn)入膜內(nèi)，從而達(dá)到分離的目的。
5、折點(diǎn)加氯法
折點(diǎn)加氯法是投加過(guò)量的氯或次氯酸鈉，使廢水中的氨氮氧化成氮?dú)獾幕瘜W(xué)脫氮工藝。該方法的處理效率可達(dá)到90% ~100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響。但運(yùn)行費(fèi)用高，副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染。折點(diǎn)氯化法除氨機(jī)理如下：
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl－
NH4++HOCl→NH2Cl+H++H2O
NHCl2+H2O→NOH+2H++2Cl－
NHCl2+NaOH→N2+HOCl+H++Cl－
6、磷酸銨鎂沉淀法（鳥(niǎo)糞石法）
向含氨氮廢水中投加Mg2+和PO43-，三者反應(yīng)生成MgNH4PO4•6H2O(簡(jiǎn)稱MAP)沉淀。此法工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)快，影響因素少，能充分回收氨實(shí)現(xiàn)廢水資源化。該方法的主要局限性在于沉淀藥劑用量較大，從而致使處理成本較高，沉淀產(chǎn)物MAP的用途有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與推廣。
Mg2++ PO43-+ NH4+= MgNH4PO4
Mg2+一般由MgCL2提供, MgCL2分子量為95; PO43-一般由NaH2PO4提供,分子量145,不考慮其他因素,理論上計(jì)算得去除1kg NH4+需要MgCL27.6kg, NaH2PO410.36kg, 按工業(yè)級(jí)MgCL22.5元/kg, 工業(yè)級(jí)NaH2PO43.0元/kg計(jì)算,去除1kg NH4+的藥劑成本為50元.產(chǎn)生磷酸銨鎂沉淀18kg(不考慮結(jié)晶水)
2、常用脫氮工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表
處理方法 | 基本優(yōu)點(diǎn) | 主要缺點(diǎn) | 適用范圍 |
傳統(tǒng)生化法 | 工藝成熟，脫氮效果較好。 | 流程長(zhǎng)，反應(yīng)器大，占地多，常需外加碳源，能耗大，成本高。 | 低濃度氨氮廢水 |
氨吹脫法(汽提法) | 工藝簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定，適用性強(qiáng)，投資較低。 | 能耗大，有二次污染，出水氨氮仍偏高。 | 各種濃度廢水，多用于中、高濃度廢水 |
離子交換法 | 工藝簡(jiǎn)單，操作方便，投資較省。 | 樹(shù)脂用量大、再生難,費(fèi)用高,有二次污染。 | 低濃度氨氮廢水 |
膜過(guò)濾 | 操作方便，氨氮回收率高，無(wú)二次污染 | 投資成本太大，而且對(duì)廢水的水質(zhì)要求太高 | 廢水水質(zhì)較好的氨氮廢水 |
折點(diǎn)氯化法 | 設(shè)備少，投資省，反應(yīng)速度快，能高效脫氮。 | 操作要求高，成本高，會(huì)產(chǎn)生有害氣體。 | 各種濃度廢水，多用于低濃度廢水 |
磷酸銨鎂 沉淀(MAP)法 | 工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)快，影響因素少，節(jié)能高效，能充分回收氨實(shí)現(xiàn)廢水資源化。 | 用藥量大、成本高；MAP用途有待開(kāi)發(fā)，容易引起出水磷超標(biāo)。 | 各種濃度廢水、尤其高濃度氨氮廢水
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