氨氮廢水處理方法

主要來源于化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場等，大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體富營養化、造成水體黑臭，加大水處理的難度和成本，甚至對人群及生物產生毒害作用，針對氨氮廢水的處理工藝（2014年前）有生物法、物化法等各種處理工藝。

氨氮廢水介紹 
目前隨著化肥、石油化工等行業的迅速發展壯大，由此而產生的高氨氮廢水也成為行業發展制約因素之一；據報道,2001年我國海域發生赤潮高達77次，氨氮是污染的重要原因之一，特別是高濃度氨氮廢水造成的污染。因此，經濟有效地控制高濃度廢水污染也成為當前環保工作者研究的重要課題。氨氮廢水一般的形成是由于氨水和無機氨共同存在所造成的，一般PH在中性以上的廢水氨氮的主要來源是無機氨和氨水共同的作用，PH在酸性的條件下廢水中的氨氮主要由于無機氨所導致。廢水中氨氮的構成主要有兩種，一種是氨水形成的氨氮，一種是無機氨形成的氨氮，主要是硫酸銨，氯化銨等。 

處理方法 
高氨氮廢水如何處理，我們著重介紹一下其處理方法： 
一、物化法 
1.吹脫法 
在堿性條件下，利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關系進行分離的一種方法，一般認為吹脫與溫度、PH、氣液比有關。 

2.沸石脫氨法 
利用沸石中的陽離子與廢水中的NH4+進行交換以達到脫氮的目的。應用沸石脫氨法必須考慮沸石的再生問題，通常有再生液法和焚燒法。采用焚燒法時，產生的氨氣必須進行處理。 

3.膜分離技術 
利用膜的選擇透過性進行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無二次污染。例如：氣水分離膜脫除氨氮。氨氮在水中存在著離解平衡，隨著PH升高，氨在水中NH3形態比例升高，在一定溫度和壓力下，NH3的氣態和液態兩項達到平衡。根據化學平衡移動的原理即呂．查德里（A.L.LE Chatelier）原理。在自然界中一切平衡都是相對的和暫時的。化學平衡只是在一定條件下才能保持“假若改變平衡系統的條件之一，如濃度、壓力或溫度，平衡就向能減弱這個改變的方向移動。”遵從這一原理進行了如下設計理念在膜的一側是高濃度氨氮廢水，另一側是酸性水溶液或水。當左側溫度T1>20℃,PH1>9,P1>P2保持一定的壓力差，那么廢水中的游離氨NH4+,就變為氨分子NH3,并經原料液側介面擴散至膜表面，在膜表面分壓差的作用下，穿越膜孔，進入吸收液，迅速與酸性溶液中的H+反應生成銨鹽。 

4.MAP沉淀法 
主要是利用以下化學反應：Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4 
理論上講以一定比例向含有高濃度氨氮的廢水中投加磷鹽和鎂鹽，當[Mg2 + ][NH4+][PO43 -]>2.5×10–13時可生成磷酸銨鎂（MAP），除去廢水中的氨氮。 

5.化學氧化法 
利用強氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣進行脫除的一種方法。折點加氯是利用在水中的氨與氯反應生成氨氣脫氨，這種方法還可以起到殺菌作用，但是產生的余氯會對魚類有影響，故必須附設除余氯設施。 

二、生物脫氮法 
傳統和新開發的脫氮工藝有A/O，兩段活性污泥法、強氧化好氧生物處理、短程硝化反硝化、超聲吹脫處理氨氮法方法等。 

1.A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉化成可溶性有機物，當這些經缺氧水解的產物進入好氧池進行好氧處理時，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段異養菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化（有機鏈上的N或氨基酸中的氨基）游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態氮（N2）完成C、N、O在生態中的循環，實現污水無害化處理。其特點是缺氧池在前，污水中的有機碳被反硝化菌所利用，可減輕其后好氧池的有機負荷，反硝化反應產生的堿度可以補償好氧池中進行硝化反應對堿度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化殘留的有機污染物得到進一步去除，提高出水水質。BOD5的去除率較高可達90～95%以上，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率70～80%，除磷只有20～30%。盡管如此，由于A/O工藝比較簡單，也有其突出的特點，目前仍是比較普遍采用的工藝。 

2.兩段活性污泥法能有效的去除有機物和氨氮，其中第二級處于延時曝氣階段，停留時間在36小時左右，污水濃度在2g/l以下，可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費用。 

3.強氧化好氧生物處理其典型代表有粉末活性炭法（PACT工藝） 
粉末活性碳法的主要特點是向曝氣池中投加粉末活性炭（PAC）利用粉末活性炭極為發達的微孔結構和更大的吸附能力，使溶解氧和營養物質在其表面富集，為吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活環境從而提高有機物的降解速率。 

近年來國內外出現了一些全新的脫氮工藝，為高濃度氨氮廢水的脫氮處理提供了新的途徑。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厭氧氨氧化等。 

4.短程硝化反硝化 
生物硝化反硝化是應用最廣泛的脫氮方式，是去除水中氨氮的一種較為經濟的方法，其原理就是模擬自然生態環境中氮的循環，利用硝化菌和反硝化菌的聯合作用，將水中氨氮轉化為氮氣以達到脫氮目的。由于氨氮氧化過程中需要大量的氧氣，曝氣費用成為這種脫氮方式的主要開支。短程硝化反硝化是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然后進行反硝化，省去了傳統生物脫氮中由亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再還原成亞硝酸鹽兩個環節（即將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進行反硝化）。該技術具有很大的優勢：①節省25%氧供應量，降低能耗；②減少40%的碳源，在C/N較低的情況下實現反硝化脫氮；③縮短反應歷程，節省50%的反硝化池容積；④降低污泥產量，硝化過程可少產污泥33%~35%左右，反硝化階段少產污泥55%左右。實現短程硝化反硝化生物脫氮技術的關鍵就是將硝化控制在亞硝酸階段，阻止亞硝酸鹽的進一步氧化。 

5.厭氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自養脫氮(CANON) 
厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽為電子受體直接被氧化成氮氣的過程。 
厭氧氨氧化（Anaerobicammoniaoxidation，簡稱ANAMMOX）是指在厭氧條件下，以Planctomycetalessp為代表的微生物直接以NH4+為電子供體，以NO2-或NO3-為電子受體，將NH4+、NO2-或NO3-轉變成N2的生物氧化過程。該過程利用獨特的生物機體以硝酸鹽作為電子供體把氨氮轉化為N2，最大限度的實現了N的循環厭氧硝化，這種耦合的過程對于從厭氧硝化的廢水中脫氮具有很好的前景，對于高氨氮低COD的污水由于硝酸鹽的部分氧化，大大節省了能源。目前推測厭氧氨氧化有多種途徑。其中一種是羥氨和亞硝酸鹽生成N2O的反應，而N2O可以進一步轉化為氮氣，氨被氧化為羥氨。另一種是氨和羥氨反應生成聯氨，聯氨被轉化成氮氣并生成4個還原性[H]，還原性[H]被傳遞到亞硝酸還原系統形成羥氨。第三種是：一方面亞硝酸被還原為NO，NO被還原為N2O，N2O再被還原成N2；另一方面，NH4+被氧化為NH2OH，NH2OH經N2H4，N2H2被轉化為N2。厭氧氨氧化工藝的優點：可以大幅度地降低硝化反應的充氧能耗；免去反硝化反應的外源電子供體；可節省傳統硝化反硝化反應過程中所需的中和試劑；產生的污泥量極少。厭氧氨氧化的不足之處是：到目前為止，厭氧氨氧化的反應機理、參與菌種和各項操作參數不明確。 

全程自養脫氮的全過程實在一個反應器中完成，其機理尚不清楚。Hippen等人發現在限制溶解氧（DO濃度為0.8·1.0mg/l）和不加有機碳源的情況下，有超過60%的氨氮轉化成N2而得以去除。同時Helmer等通過實驗證明在低DO濃度下，細菌以亞硝酸根離子為電子受體，以銨根離子為電子供體，最終產物為氮氣。有實驗用熒光原位雜交技術監測全程自養脫氮反應器中的微生物，發現在反應器處于穩定階段時即使在限制曝氣的情況下，反應器中任然存在有活性的厭氧氨氧化菌，不存在硝化菌。有85%的氨氮轉化為氮氣。鑒于以上理論，全程自養脫氮可能包括兩步第一是將部分氨氮氧化為煙硝酸鹽，第二是厭氧氨氧化。 

6.好氧反硝化 
傳統脫氮理論認為，反硝化菌為兼性厭氧菌，其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。所以若進行反硝化反應，必須在缺氧環境下。近年來，好氧反硝化現象不斷被發現和報道，逐漸受到人們的關注。一些好氧反硝化菌已經被分離出來，有些可以同時進行好氧反硝化和異養硝化（如Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5）。這樣就可以在同一個反應器中實現真正意義上的同步硝化反硝化，簡化了工藝流程，節省了能量。 

7.超聲吹脫處理氨氮 
超聲吹脫法去除氨氮是一種新型、高效的高濃度氨氮廢水處理技術，它是在傳統的吹脫方法的基礎上，引入超聲波輻射廢水處理技術，將超聲波和吹脫技術聯用而衍生出來的一種處理氨氮的方法。將這兩種方法聯用不僅改進了超聲波處理廢水成本較高的問題，也彌補了傳統吹脫技術去除氨氮不佳的缺陷，超生吹脫法在保證處理氨氮的效果的同時還能對廢水中有機物的降解起到一定的提高作用。技術特點（1）高濃度氨氮廢水采用90年代高新技術——超聲波脫氮技術，其總脫氮效率在70~90%，不需要投加化學藥劑，不需要加溫，處理費用低，處理效果穩定。（2）生化處理采用周期性活性污泥法（CASS）工藝，建設費用低，具有獨特的生物脫氮功能，處理費用低，處理效果穩定，耐負荷沖擊能力強，不產生污泥膨脹現象，脫氮效率大于90%，確保氨氮達標。

高鹽廢水處理方法 
高鹽廢水是指總含鹽質量分數至少1%的廢水.其主要來自化工廠及石油和天然氣的采集加工等.這種廢水含有多種物質(包括鹽、油、有機重金屬或放射性物質)。含鹽廢水的產生途徑廣泛，水量也逐年增加。去除含鹽污水中的有機污染物對環境造成的影響至關重要。采用生物法進行處理，高濃度的鹽類物質對微生物具有抑制作用，采用物化法處理，投資大，運行費用高，且難以達到預期的凈化效果。采用生物法對此類廢水進行處理，仍是目前國內外研究的重點。 

高含鹽量有機廢水的有機物根據生產過程不同，所含有機物的種類及化學性質差異較大，但所含鹽類物質多為Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等鹽類物質。雖然這些離子都是微生物生長所必需的營養元素，在微生物的生長過程中起著促進酶反應，維持膜平衡和調節滲透壓的重要作用。但是若這些離子濃度過高，會對微生物產生抑制和毒害作用，主要表現：鹽濃度高、滲透壓高、微生物細胞脫水引起細胞原生質分離；鹽析作用使脫氫酶活性降低；氯離子高對細菌有毒害作用；鹽濃度高，廢水的密度增加，活性污泥易上浮流失，從而嚴重影響生物處理系統的凈化效果。 

針對高鹽廢水如何處理的問題，我們詳細介紹一種處理方法，即蒸餾脫鹽法： 
蒸餾法是一種最古老、最常用的脫鹽方法。目前工業廢水的蒸餾法脫鹽技術基本上均是從海水脫鹽淡化技術基礎上發展而成。蒸餾法就是把含鹽水加熱使之沸騰蒸發,再把蒸汽冷凝成淡水的過程。蒸餾法是最早采用的淡化法，其優點是結構簡單、操作容易、所得淡水水質好等。蒸餾法有很多種，如多效蒸發、多級閃蒸、壓氣蒸餾、膜蒸餾等。

多效蒸發（MED） 
多效蒸發是讓加熱后的鹽水在多個串聯的蒸發器中蒸發，前一個蒸發器蒸發出來的蒸汽作為下一蒸發器的熱源，并冷凝成為淡水。其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素，近年發展迅速，裝置的規模日益擴大，成本日益降低，主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力，采用廉價材料降低工程造價，提高操作溫度，提高傳熱效率等。 

多級閃蒸（MSF） 
以海水淡化為例，將原料海水加熱到一定溫度后引入閃蒸室，由于該閃蒸室中的壓力控制在低于熱鹽水溫度所對應的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水進入閃蒸室后即成為過熱水而急速地部分氣化，從而使熱鹽水自身的溫度降低，所產生的蒸汽冷凝后即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此原理為基礎，使熱鹽水依次流經若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發降溫，同時鹽水也逐級增濃，直到其溫度接近（但高于）天然海水溫度。

多級閃蒸是海水淡化工業中較成熟的技術之一，是針對多效蒸發結垢較嚴重的缺點而發展起來的。MSF一經問世就得到應用和發展，具有設備簡單可靠、運行安全性高、防垢性能好、操作彈性大以及可利用低位熱能和廢熱等優點，適合于大型和超大型淡化裝置，并主要在海灣國家使用。

蒸汽壓縮冷凝（VC） 
蒸汽壓縮冷凝脫鹽技術是將鹽水預熱后，進入蒸發器并在蒸發器內部分蒸發。所產生的二次蒸汽經壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發器的加熱側。蒸汽冷凝后作為產品水引出，如此實現熱能的循環利用。當其作為循環冷卻水脫鹽回收工藝時，可使冷卻水中的有害成份得到濃縮排放，并使95%以上的排污水以冷凝液的形式得到回收，作為循環水和鍋爐補充水返回系統。這種工藝對設備材質的要求極高，運行中需消耗大量的熱量，存在一次性投入和運行費用極高的缺點，只可能在特別缺水的地區發電廠中采用。