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近20 年来, 对氨氮污水处置方面展开了较多的研讨。其研讨范围触及生物法、物化法的各种处置工艺,目前氨氮处置适用性较好国内运用最多的技术为：生物脱氮法、氨吹脱汽提法、折点氯化法、化学沉淀法、离子交流法、液膜法、土壤灌溉法等。
一、生物法
1.生物法机理——生物硝化和反硝化机理
在污水的生物脱氮处置过程中，首先在好氧条件下,经过好氧硝化菌的作用 ,将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐 ;然后在缺氧条件下,应用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐复原为氮气而从污水中逸出。因此,污水的生物脱氮包括硝化和反硝化两个阶段。生物脱氮工艺流程见图1 。
硝化反响是将氨氮转化为硝酸盐的过程 ,包括两个基础反响步骤 : 由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反响;由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反响。
在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌) 的作用,将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐复原成N2的过程,称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源) 。
生物脱氮法可去除多种含氮化合物,总氮去除率可达70%—95%,二次污染小且较为经济,所以在国内外运用最多。但缺陷是所需空间量大，低温时效率低。
2 传统生物法
目前，国内外对氨氮工业污水处理中应用较成熟的生物处置办法是传统的前置反硝化生物脱氮,如A/O、A2/O工艺等，都能在一定水平上去除污水中的氨氮。传统生物脱氮途径通常包括硝化和反硝化两个阶段，硝化和反硝化反响分别由硝化菌和反硝化菌作用完成，由于对环境条件的需求不，这两个过程不能同时进行,而只能序列式实行，即硝化反响发作在好氧条件下，反硝化反响发作在缺氧或厌氧条件下。由此而开展起来的生物脱氮工艺大多将缺氧区与好氧区别开，构成分级硝化反硝化工艺，以便硝化与反硝化可以独立地实行。1932 年，Wuhrmann应用内源反硝化树立了后置反硝化工艺(post-denitrification)，Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工艺(pre-denitrification) ，1973年Barnard 分离前面两种工艺又提出了A/O工艺,以及后又呈现了各种改良工艺如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工艺等，这些都是典型的传统硝化反硝化工艺。
3. A/O系统
A/O脱氮除磷系统，即缺氧、好氧脱氮除磷系统。它是70年代主要由美国、南非等国开发的具有去除废水中氮污染物的工艺，同时对脱磷亦有一定的效果。其工艺流程是让废水依次经过缺氧、好氧两个阶段，所以被通称为缺氧、好氧脱氮除磷系统，简称A/O系统。A/O系统流程简单、运转管理简便，且很容易应用原厂改建，从而提升了出水水质。近年来已得到了越来越普遍的应用。A/O法工艺如图2所示。
4.缺氧/ 好氧工艺(简称A2/O法)
A2- O 法处置工艺是在好氧条件下，污水中NH3和铵盐在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N，然后在缺氧条件下，经过反硝化反响将NO2-—N和NO3-—N复原成N2，到达脱氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工艺，它是在法A/O法的根底上增加一个厌氧段和一个缺氧段。
5.厌氧—缺氧—好氧工艺(简称A1 - A2/O工艺)
A1—A2/O工艺和A2/O工艺同属于硝化—反硝化为根本流程的生物脱氨工艺，所不同的是A1—A2/O工艺是在A1/O工艺根底上增加了一级预处置段—厌氧段(A1)，目的在于经过水解(酸化) 的预处置，改动废水中难降解物质的分子构造，提升其可生化性，增强脱氮效果。
近几十年来，虽然生物脱氮技术有了很大的开展，但是,硝化和反硝化两个过程依然需求在两个隔离的反响器中实行，或者在时间或空间上形成交替缺氧和好氧环境的同一个反响器中实行。并且传统的生物脱氮工艺,主要有前置反硝化和后置反硝化两种。前置反硝化可以应用废水中某些快速易降解有机物作碳源,尽管可节约反硝化阶段外加碳源的费用,但是,前置反硝化工艺对氮的去除不彻底,废水和污泥循环比也较高,若想取得较高的氮去除率,则必需加大循环比,能耗相应也增加。然后置反硝化则有赖于外加快速易降解有机碳源的投加,同时还会产生大量污泥,并且出水中的COD和低程度的DO也影响出水水质。
传统生物脱氮工艺存在不少问题:(1)工艺流程较长,所需面积大，基建投资高；(2) 由于硝化菌群繁殖速度慢且难以维持较高的生物浓度,特别是在低温冬季,形成系统的HRT 较长,需求较大的曝气池,增加了投资和运转费用;(3) 系统为维持较高的生物浓度及取得良好的脱氮效果,必需同时实行污泥和硝化液回流,增加了动力耗费和运营费用;(4) 系统抗冲击性能较弱,高浓度NH3- N 和NO2-废水会抑止硝化菌生长;(5) 硝化过程中产生的酸度需投加碱中和,不只增加了处置费用,而且还有可能形成二次污染等等。
6.生物脱氮法新工艺
随着生物脱氮技术的深化研讨，其新开展却打破了传统理论的认识。近年来的许多研讨标明:硝化反响不只由自养菌完成,某些异养菌也能够实行硝化作用;反硝化不只在厌氧条件下实行,某些细菌也可在好氧条件下实行反硝化;而且,许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌)，并能把NH4+氧化成NO2-后直接实行反硝化反响。生物脱氮技术在概念和工艺上的新开展主要有:短程(或简捷) 硝化反硝化(shortcut nit reification-denitrification)、同时硝化反硝化( simultaneous nit reification-denitrifi-cation - SND) 和厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation - ANAMMOX)。
7.厌氧氨氧化工艺
厌氧氨氧化(ANA-MMOX) 是以硝酸盐为电子受体或以氨作为直接电子供体,实行硝酸盐复原反响或将亚硝酸氮转化为氮气的反硝化反响。与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比,氨的厌氧氧化具有不少突出的优点。主要表如今: (1)无需外加有机物作电子供体,既可俭省费用,又可避免二次污染; (2)硝化反响每氧化1molNH4+耗氧2mol , 而在厌氧氨氧化反响中, 每氧化1molNH4+只需求0.75mol 氧,耗氧降低62.5 %(不考量细胞合成时) ,所以,可使耗氧能耗大为降; (3)传统的硝化反响氧化1molNH4+可产生2molH+ ,反硝化复原1molNO3-或NO2-将产生1molOH- ,而氨厌氧氧化的生物产酸量大大降低,产碱量降至为零,能够俭省可观的中和试剂。故厌氧氨氧化及其工艺技术很有研讨价值和开发前景。
8.短程硝化反硝化工艺
短程硝化反硝化是将硝化控制在HNO2阶段而终止,随后实行反硝化,其生物脱氮过程如:NH4+——HNO2- ——N2
短程生物脱氮工艺的优点:可俭省氧供给量约25% ,降低了能耗;节约反硝化所需碳源40% ,在C/N 比一定的状况下,提升了TN 去除率;减少污泥生成量可达50 %;减少投碱量,缩短反响时间。但是短程硝化反硝化的缺陷是不可以持久稳定地维持HNO2积聚。目前荷兰Delft技术大学应用该技术开发的SHARON工艺,已在荷兰鹿特丹的Dokhaven污水处置厂建成并投入运转。
9.同时硝化反硝化工艺
所谓同时硝化反硝化工艺就是硝化反响和反硝化反响在同一反响器中,相同操作条件下同时进行的现象。同时硝化反硝化过程由于是在一个反响器中实行,它具有如下优点:脱氮彻底,强化磷的去除;降低曝气量,节约能耗并增加设备处置负荷,减少碱度的能耗;简化系统的设计和操作,同时硝化反硝化工艺的缺点就是影响要素较多,过程难以控制。目前荷兰、丹麦、意大利等国已有污水厂在应用同时硝化反硝化脱氮工艺运转。
综上所述，生物法处置氨氮污水较稳定,但通常需要氨氮浓度在400 mg/L以下,总氮去除率可达70% ～95%。生物脱氮新工艺处置高浓度氨氮污水效率较高,目前实践投入运转的有短程硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺,但它们的工艺条件请求严厉,特别是对溶解氧的请求更为严厉,在实践应用中很难控制;其他新型脱氮技术也只是在实验研讨阶段。关于高浓度含氮污水成分复杂,生物毒性大,为了获得很好的处置效果,必需针对不同行业和污水性质而采取不同的处置方法。目前,焦化、味精、化肥等行业多采取A/O 法,养殖行业通常采取SBR法(序批式生物反响法)。依据国内外研讨成果和理论来看,生物脱氮氨技术将是将来成为高浓度氨氮污水处置方向。
二、物理化学处置法
1.吹脱法及汽提法
吹脱、汽提法主要用于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质。行将气体通入水中，使气水互相充沛接触,使水中溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面，向气相转移，从而到达脱除污染物的目的。常用空气或水蒸气作载气，前者称为吹脱，后者称为汽提。
氨吹脱、汽提是一个传质过程，即在高pH时，使废水与空气亲密接触从而降低废水中氨浓度的过程，推进力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的均衡分压之间的差。
氨吹脱、汽提工艺具有流程简单、处置效果稳定、基建费和运转费较低等优点，但其缺陷是生成水垢，在大范围的氨吹脱、汽提塔中，生成水垢是一个严重的操作问题。假如生成软质水垢，能够装置水的喷淋系统;而假如生成硬质水垢，不管用喷淋或刮刀均不能消弭此问题。
2.折点氯化法
折点氯化法是将氯气通入废水中到达某一点,在该点时水中游离氯含量较低,而氨的浓度降为零。当氯气通入量超越该点时,水中的游离氯就会增加。因而,该点称为折点。该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反响生成无害的氮气,N2 逸入大气,使反响源源不时向右停止。加氯比例:M(Cl2)与M(NH3-N)之比为8 :l - 10 :1 。当氨氮浓度小于20 mg/ L 时,脱氮率大于90 % ,pH 影响较大,pH 高时产生NO3- ,低时产生NCl3 ,将耗费氯,通常控制pH在6-8。
此法用于废水的深度处置,脱氮率高、设备投资少、反响快速彻底,并有消毒作用。但液氯平安运用和储存请求高,对pH请求也很高,产生的水需加碱中和,因而处置本钱高。另外副产物氯胺和氯代有机物会形成二次污染。
3.化学沉淀法
化学沉淀法从20世纪60年代就初始应用于废水处置，随着对化学沉淀法的持续研讨，发现化学沉淀法最好运用H3PO4和MgO。其根本原理是向NH4+废水中投加Mg+和PO43-，使之和NH4+生成难溶复盐MgNH4PO4*6H2O(简称MAP)结晶，再经过重力沉淀使MAP,从废水中分离。这样能够防止往废水中带入其它有害离子，而且MgO还起到了一定水平的中和H+的作用，节约了碱的用量。经化学沉淀后，若NH4+-N和PO43-的残留浓度还较高，则有研讨倡议化学沉淀放在生物处置前，经过生物处置后N和P的含量可进一步降低。产物MAP, 为圆柱形晶体，无吸湿性，在空气中很快枯燥，沉淀过程中很少吸收有毒物质，不吸收重金属和有机物。另外，MAP溶解度随着pH的升高而降低;温度越低，MAP溶解度也越低。
化学沉淀法能够处置各种浓度氨氮废水。其与生物法分离处置高浓度氨氮废水，曝气池不需到达硝化阶段，曝气池体积比硝化-反硝化法能够减小约一倍。NH4+-N在化学沉淀法中被沉淀去除，与硝化-反硝化法相比，能耗大大俭省，反响也不受温度限制，不受有毒物质的干扰，其产物MAP, 还可用作肥料，可在一定水平上降低处置费用。因而，MAP沉淀法是一种技术可行、经济合理的办法，很有开发前景，但要普遍应用于工业废水处置，尚需处理以下两个问题：(1)寻觅价廉高效的沉淀剂;(2)开发MAP作为肥料的价值。
4.离子交换法
沸石是一种对氨离子有很强选择性的硅铝酸盐，通常作为离子交流树脂用于去除氨氮的为斜发沸石，此法具有投资省、工艺简单、操作较为便当的优点，但关于高浓度的氨氮废水，会使树脂再生频繁而导致操作难度大，且再生液仍为高浓度氨氮废水，需再处置。常用的离子交流系统有以下三品种型：
(1)固定床
在此系统中，溶液的去离子过程为二阶段间歇过程。溶液经过阳树脂床时阳离子与氢离子交流生成酸溶液，然后此溶液再经过阴树脂床，以去除阴离子。交换性能将耗尽时，树脂在原位再生，经常采用向下流再生法，此法操作牢靠简便，但其化学效率相对较低，容积较大，考虑到树脂用量大，有时为了顺应连续流的请求，还需求有储藏设备，因此投资费用较高。
(2)混合床
混合床系统用一步法来去除溶液中的离子。溶液流过阳、阴树脂充沛混合的混合床。混合床的再生比两个单生床再生要复杂一些，由于在再生前必需将两种树脂分开。在水力学上可应用两种树脂的比重差用水力反洗使其分层。固然混合床的化学效率较高，但它需求大量的清洗水。这对节约用水不利，另外将交流离子作为回收产品搜集时，回收液稀，其浓缩费用也很高。
(3)移动床
移动床系统经过二阶段过程来去除溶液中的离子。在这两个过程中，固然实践上工作流体处置的水是间歇的，而它的效果却是连续的。首先溶液和阳树脂逆向活动，阳树脂脉动经过容器，新的树脂从一端补充，用过的树脂从另一端排出，在此过程中完成离子交流和树脂再生。然后溶液游向流过一个与上面类似的阴树脂挪动床来实现阴离子的交换。
三、液膜法
自从1986 年黎念之发现乳状液膜以来,液膜法得到了普遍的研讨。许多人以为液膜分离法有可能成为继萃取法之后的第二代分离纯化技术,特别适用于低浓度金属离子提纯及废水处置等过程。乳状液膜法去除氨氮的机理是:氨态氮(NH3-N) 易溶于膜相(油相) ,它从膜相外高浓度的外侧,经过膜相的扩散迁移,抵达膜相内侧与内相界面,与膜内相中的酸发作摆脱反响,生成的NH4+ 不溶于油相而稳定在膜内相中,在膜内外两侧氨浓度差的推进下,氨分子持续经过膜外表吸附,浸透扩散迁移至膜相内侧解吸,从而到达分离去除氨氮的目的。通常采用硫酸为吸收液,选用耐酸性疏水膜,NH3在吸收液-微孔膜界面上为H2SO4吸收,生成不挥发的 (NH4 )2SO4而被回收。人们曾经对膜吸收法中膜的渗漏问题实行了研讨,并发现较高的氨氮和盐量能有效抑止水的浸透蒸馏通量。该法具有投资少、能耗低、高效、运用简便和操作简单等特性,此外膜吸收法还有传质面积大的优点和没有雾沫夹带、液泛、沟流、鼓泡等现象发作。
1.土壤灌溉
土壤灌溉是把低浓度的氨氮废水( < 50mg/ L)作为农作物的肥料来运用,既为污灌区农业提供了稳定的水源,又防止了水体富营养化,提升了水资源应用率。西红柿罐头废水与城市污水混兼并经氧化塘处置至11mg 氨氮/ L 后用于灌溉,氨氮可完整被吸收;马铃薯加工厂废水也用于喷淋灌溉,经测定25mg 氨氮/ L 的排放水中有75 %的氨氮被吸收。日本Aichi大学生物实验室和Aichi-ken农业研讨中心,应用日本西南地域水稻田对氨氮停止吸收。研讨标明,只需占总面积5 %的水稻田就能够吸收该地域一切排污渠中一半的氨氮负荷。但用于土壤灌溉的废水必需经过预处置,去除病菌、重金属、酚类、氰化物、油类等有害物质,避免对地下水、地上水的污染及病菌的传播。
四、讨论
氨氮污水的处置技术都有各自的优点与缺缺点:生物法处置氨氮污水较稳定,但通常需要氨氮浓度在400 mg/L以下,总氮去除率可达70% ～95%，是目前国内外运用最多的一种办法。生物脱氮新工艺处置高浓度氨氮废水效率比拟高, 目前实践投入运转的有短程硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺,但它们的工艺条件请求严厉,特别是对溶解氧的请求更为严厉,在实践应用中很难控制;其他新型脱氮技术也只是在实验研讨阶段。氨吹脱法,工艺成熟,吹脱效率高,运转稳定,但动力耗费大,塔壁易结垢,在温度较低时效率会降低;化学沉淀法工艺简单,效率高,但投加药剂量大,必需找一种高效价廉无污染的药剂或助凝剂;人们曾经对膜吸收法中膜的渗漏问题实行了研讨,并发现较高的氨氮和盐量能有效抑止水的浸透蒸馏通量;关于成分比拟简单的氨氮废水处置,在物理化学法中,吹脱法和膜吸收法是较为经济有效的选择;假如污水成分相对复杂,例如油性污染物含量较高,则需先实行气浮等预处置。关于高浓度氨氮废水,为保证出水达标排放,倡议采用物化法和生物法结合工艺取代单一工艺以彻底去除废水中氨氮。综合以上各种办法：相关于有机物来讲,污水中氨氮的脱除是比拟费事的,生化法较为经济,但对中高浓度的氨氮废水不合适;物化法能够处置高浓度的氨氮废水,但常常是多种办法串联组合,且运转费用昂贵,有些还会产生二次污染。对工业废水来说,由于氨氮浓度高,宜采用将高浓度氨氮废水集中物化处置后再和其他废水混合,然后采用常规生化处置的组合工艺,这样可恰当降低工程投资和建成后的运转费用。总的来说，生产单位应首先对生产工艺实行变革,能不运用含氮原料的尽量不用,如必需运用应尽量减少泡冒滴漏,从上游减少氨氮的排放量;对污水脱氮处置工艺的选择应依据企业的实践状况,综合考量,设计的工艺流程应首先实行小试,待实验证明后再开端设计和施工。
结论：对氨氮污水处处置办法的选择应遵照以下几条：
(1)城市污水、中低氨氮浓度工业废水中氨氮的去除，由于生物法因工艺简单、处置性能强、运转方式灵敏，处置工艺成熟，比拟经济，在其他同等条件下优先选择。
(2)高浓度氨氮工业废水应依据废水的特性选择不同的物化法与生物法结合去除比拟经济有效。
五、瞻望
虽然氨氮去除办法有多种,有时还采取多种技术的结合处置,但还没有一种计划能高效、经济、稳定的处置氨氮污水,有些工艺在氨氮被脱除的同时带来了二次污染。操作简单、处置性能稳定高效、运转费用低廉、能完成氨氮回收应用的处置技术是今后开展的方向。鉴于各种办法存在的问题及其开发前景,今后氨氮污水的研讨应着重思索以下几个方面:
(1)开发低价的沉淀剂,包括磷源、镁源的开发研讨及循环应用。
(2)提升离子交流剂的吸附性能,延长其运用周期和寿命。
(3)生物脱氮氨技术将是将来成为高浓度氨氮污水处置方向。
(4)物理化学法与生物法分离的生物膜法(MBR) 将成为各行业处置高浓度氨氮污水实在可行的新工艺，应更深化地研讨处理膜处置法的浸透和膜污染问题。
(5)生物法与物化法的改良型工艺及结合处置工艺具有更大的开展空间。
(6)进一步扩展实验研讨的工业化应用。（江苏铭盛环境设备工程有限公司）
