氨氮去除技术分析

 如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——去除氨氮。

含氨氮废水在化工生产中较为常见，氨氮在生化降解中是一个高好氧物质，每降解1g的氨氯，要消耗4.57g的氧。当水中氨氮浓度较高时，水中的溶解氧急剧下降，会影响鱼类的生存，并导致厌氧菌的繁殖，使水体发臭发黑。此外氨氮还会引起水体有营养化，使藻类疯长，而大量藻类的腐烂也会使水体进一步恶化，因此氨氮的去除对保护环境是非常重要的。

氨氮的处理方法很多，如物理法有吸附法、萃取法、吹脱及气提法、化学法有氧化法、沉淀法、离子交换法等、而生化法在去除废水中的氨氮是非常重要的。

一、物理法

1、吸附法

膨润土、天然或合成的沸石、高岭土及活性炭等可以用来吸附废水中的氨氮。其中人工合成的沸石具有最高吸附铵离子的能力。沸石吸附铵离子饱和后，可以用氯化钠或氯化钾溶液再生。再生液中的氨氮可以用次氯酸钠处理使之成为氮气逸去。吸附饱和的沸石也可以在移动床中350～650℃中再生，沸石可以回用。

可用作吸附氨氮的沸石较多，除国产的丝光沸石及斜发沸石外，天然的澳大利亚沸石，如斜发沸石可从废水中去除氨氮。它的离子交换作用对铵而言，比钙、镁及钾等均有优先作用，故可在连续操作形式的吸附装置中处理含氨氮废水。斜发沸石对铵离子有选择性吸附作用。再生可用氯化钠溶液，在高于80℃及pH为8下进行。

废水中NH4+可用3种天然朝鲜的沸石去除。这种沸石含有丝光沸石或斜发沸石。当铵离子浓度为3mmo1/L时，NH4+的吸附交换量为23%～33%，并显示较高的选择性。此外土耳其Bahkesir地区的天然沸石可用来吸附废水中的氨氮。对于7.5及5.0mg/L的NH4+离子初始浓度，其离子交换容量为4.5及1. 7mgNH4+/g。

2、萃取法

含70～100mg/L的氨氮废水可用液膜技术进行处理。液膜由质量分数6%Span-80、11%液态石蜡及煤油组成，内水相由质量分数20%的稀硫酸组成，经处理后废水中的氨氮浓度可以降至1mg/L，CODcr可以降至100mg/L。

用HC-2作为表面活性剂、煤油及强化剂作为膜相，硫酸作为内水相，而乳液与水质量比为1：10，对1000mg/L的氨水，可以8min内去除其中93%的氨。

3、吹脱及气提法

对于含氨浓度较高的废水可以考虑采用蒸馏的方法进行回收、去除率可以达到99%。

吹脱及汽提法可用来预处理高浓度的氨氮废水（特别是氨氮浓度大于5000mg/L的废水）。但该法只能将氨氮降低到200mg/L左右，且处理费用高。每吨废水的蒸汽消耗量为0.125～0.3t。吹脱法因消耗大量的压缩空气而能耗较大，处理费用高。经吹脱处理的氨氮废水仍含大量的氨氮、在低于0℃时，无法使用该方法。从被处理水中析出的碳酸钙沉淀并沉积于吹脱塔的填充物上，这会导致空气循环和雾滴形成量的减少，从而降低了除氮效率。最后完全堵塞吹脱塔。吹脱出的含氨氮的气体也要妥善处理，以防造成二次污染。

制药废水含有氨氮7200～7500mg/L，可在pH为10～13及30～50℃用气提法去除。去除率可达70.3%～99.3%。最佳工作pH为11，温度为40℃，气提时间为2h，可以去除96%的氨氮。处理后的废水可以进一步用生化方法处理。

废水中的氨可以用喷淋塔进行吹脱去除。喷淋塔的单体去除效果要比填料塔低，但用多级喷淋塔，即使在冬天，也可以使废水中的氨氮达到任何所想达到的水平。

对含氨废水进行空气吹脱时，其pH需大于10.5，以保证所有的铵盐转化为氨，在吹脱过程中，pH会自动下降，因此必须人工加以调整。在40℃时，空气与废水的体积比为1500：1，经10 h后，可有99%的氨被吹脱。

二、化学法

1、高温催化分解法

用石墨、炭、二氧化钛及二氧化锆作为载体的铂可以在高温高压下，如150～180℃及1.5MPa下在连续式反应器中将NH3-N氧化去除，其中以石墨作为载体活性较高，因为它有比二氧化钛及二氧化锆具有更好的分散性。当系统中氧化为传质限制条件时，氮及水是其唯一产物，当氧较充足时，还可形成N2O及NO2。也可以用载于二氧化钛的铂、铷、铱或金在高温高压下进行氧化分解。

废水中的氨可以用含氧的气体，在100～370℃，并在压力下用Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Cu、Au、W，它们的氧化物或化合物进行氧化分解。如150mLNH4Cl溶液（2500mg NH3 /L），在300mL的压热釜中，加入载铷的氧化铝，并将pH调整至12，在18kg/c㎡ 通人空气2.650ml，在270℃加热1h，可以使96%的氨分解。

湿式氧化可以处理废水中的氨氮，可用含铈的催化剂，在高的pH时，其处理效果较好，催化剂中以Co/Ce及Mn/Ce为最有效。这种催化剂并显示对过氧化氢有很高的催化分解作用。

对于含氯废水，还可以在作为催化剂的载氧化锰的沸石的存在下加入过氧化氢作用，使氨分解。本法特别适用工业废水的处理。

2、化学氧化法

废水中的氨氮可用次氯酸钠法去除。其法可先将废水的pH调整至8～10.5，然后加入超过化学计算量5%的次氯酸钠溶液，或用氯水或次氯酸钠进行折点氯化法去除，去除率可达86.9%～100%。反应可在5min内完成，且不受温度影响，最佳pH为7～8。其反应方程式如下：

2NH4Cl+3 NaOCl —— N2+3NaCl+3H2O+2HCL

例如：400mL含20g氯化铵的溶液，在40℃用12g氢氧化钠将pH调整至9后，加入296g的漂白液（相当于41.79g次氯酸钠及3g氢氧化钠），此时PH将上升至13.8，并释放出大量气体，pH后期有所回落，10min后将释放出4.75L氮气，pH下降至7.5，废水中尚含有1mg/L的铵离子及0.09g的次氯酸钠，后者可用亚硫酸钠处理，使其转化为氯化钠。在此例中次氯酸钠中氯与废水中的氨氮的质量比为3.6：1。

焦化废水中的氨氮经活性污泥处理后，出水中仍含有100～200mg/L的氨氮，可以进行折点氯化以降低其浓度。氯的投加量应使CL与N摩尔比为6，余氯可用活性炭处理之。

折点加氯法可以处理氨氮浓度很高的废水，也可以处理氨氮浓度很低的废水（小于5mg/L）。它可以将氨氮的浓度降低为零，且不受温度的限制。但当氨氮浓度高时，氯的消耗量很大（1mgNH4-N需6～10g的氯），处理费用很高。另外，氯及氯与水中有机物生成的化合物对人体是有害的。且氯的运输和使用都很不方便。该法常用于含氨氮废水的深度处理。由于不受温度的限制，因此在寒冷地区应用较多。

氨氮还可以被高铁酸盐在pH 7.5～11.0所氧化。如可用高铁酸盐来处理焦化厂的含氨氮废水，含3493.8mg/L的氨氯废水，在71℃投加60.14mg/L的高铁酸盐，可以使然氯的浓度降至1653.9mg/L。所排放的废水中投加13.278mg/L的高铁酸盐，可以使氨氯的浓度从2.706mg/L降至良0.345mg/L。

在溴离子的存在下，臭氧可以氧化氨成为氮气。

废水中氨氮可以很方便地用化学计量的NOx进行处理而得到去除。

3、化学沉淀法

利用氢氧化镁及磷酸或磷酸氢镁可以沉淀废水中的氨氮，前者的效果优于后者，最佳pH9～11，氢氧化镁与氨的摩尔比为4：1，磷酸与氢氧化镁的摩尔比为1.5：1，沉淀是磷酸铵镁。用本法处理，废水中的氨氮可以降至1mg/L。

一般情况下铵离子不与阴离子生成沉淀，但它的某些复盐不溶于水，如MgNH4PO4(MAP)、MnNH4PO4、NiNH4PO4、ZnNH4PO4等。利用这些复盐可以将NH4+离子去除。Mn²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺为重金属，对人及其他生物有毒害作用，故不作为沉淀剂使用。而Mg²⁺离子无毒，因此可以采用向含NH4+ 废水中加人Mg²⁺ 和PO43-生成MAP沉淀的方法将NH4+离子去除。该法的优点是沉淀反应不受温度、水中毒素的限制，且可以处理高浓度的氨氮废水。设计和操作均很简单。如果废水中同时磷酸根的含量很高，还可以起到除磷的作用。因此在氨氮严重污染的今天，该法很有研究价值。目前该法应用的主要局限是生成沉淀所需的药剂费用较高，所得的沉淀物MAP是一种缓释型的肥料，应对其在农业中的应用进行进一步的研究和开发。

为了降低药剂费用，所得的沉淀MAP可以通过碱性热解，除回收氨外，形成的磷酸钠镁可以再次作为沉淀剂，用来去除废水中的氨氮。

4、离子交换法

离子交换法处理的氨氮浓度一般为10～50mg/L，离子交换树脂的用量大。且交换树脂再生出水中含有大量的氨氮，仍需要处理。因此这种方法用得不多。含氨废水可以用含羧酸基团的弱阳离子交换树脂，如Amberlite IRC 50进行处理。交换时树脂是以游离酸形式作用的，再生可用水在90℃进行，出水经蒸馏回收氨，剩余的水回用再用来再生树脂。

含铵盐废水还可以用钠型的Wofatit KS 10进行离子交换处理，并可用4%的氯化钠进行再生。

三、生化法

生化法去除废水中的氨氮，主要是利用生物的硝化和反硝化反应。在一般的生化处理系统中，由于亚硝酸菌的作用，废水中的氨氮可以被生物氧化成亚硝酸，并在硝酸菌的作用下可进一步被氧化成硝酸。形成的硝酸或亚硝酸，在兼氧的条件下，并在有机物的存在下，可以被反硝化菌作用，生成氮气，从而将废水中的氨氮去除。一般经过二级处理后，废水中碳、氮、磷3种元素总的去除比例大致为100：5：1。含氮较高的工业废水和生活污水经处理后，虽然BOD5可去除95%以上，但氮仅能去除一部分，因此排放出的水氨氮的污染还很严重。

为了更好地去除氨氮，可以采用A/O系统。A/O系统是亏氧好氧系统(An一oxic/oxic system)的简称。它是20世纪70年代国外开发的废水处理新工艺。它的主要作用是在原先的好氧处理曝气池的基础上，引进亏氧段或缺氧段，采取内部污泥循环，因此能同时具有脱氮、除磷和去除BOD5的作用。

A/0系统中污水首先进人兼氧池（溶解氧小于0.5mg/L），并在此池中与回流污泥完全混合，在异养型兼性厌氧菌（一种反硝化菌）的作用下，将废水中BOD5作为碳源以NO3-为电子受氢体进入无氧呼吸，NO3- 被还原为氮气，最后被释放到大气中。

有机碳源BOD5 +H2O——N2+OH-+CO2

同时因为缺氧，BOD5的存在激发了聚磷微生物放出贮藏在菌体内的多聚正磷酸盐和能量，因此此阶段有磷回升现象、厌氧池出来的污水进入缺氧池，在这里与从好氧池来的回流混合液混合、在反硝化菌的进一步作用下，将好氧池中带来的NO与剩余BOD5以进一步作用，将BOD5和氮去除掉。经过反硝化的污水流入好氧池、BOD5已去除约50%～60%，此时硝化菌很活跃，它把污水中的NH3-N氧化成NO-N,供亏氧阶段反硝化。反应式如下：

亚硝化单孢菌

NH4+ +1. 5O2 ——NO2+2H++H2O+能量    N²

硝化杆菌

NO²- 十0.5O2 ——NO3-+能量

将上两式相加得

NH4+ +2O2 ——NO³- +2H+ +H2O +能量

在此同时由于以氧化BOD5所提供的能量来吸收磷，这些磷最终在剩余污泥中(含磷时可达9%～10%)被带出，而达到去磷的目的。因此通过A/O系统的内部循环，而使BOD5，氮和磷都得以去除。

A/O系统工艺的特点是该系统能维持较高的MLVSS,净化效率高，对于生活污水在3～5h内，其BOD5 、N、P的去除率可达80%～90%以上的效果。另外由于在处理过程中硝化和反硝化交替运行，抑制了丝状菌的生长，所以不易发生污泥膨胀现象，且污泥絮凝性好，使二次沉降池有良好的泥、水分离效果，提高了出水质量。A/0系统已是当今处理氨氮废水的一种常规方法。

部分硝化的过程在一般常规的硝化及反硝化过程中，氨氮先进行亚硝化成为亚硝酸盐，再进行生物硝化过程转化成硝酸盐，最后再与氨氮在氧及碳源存在下进行反硝化过程，而转化成分子氮而被去除。这个过程最大的缺点是消耗能量较多，造成处理成本的上升。如果将硝化过程控制在亚硝化阶段，再利用形成的亚硝酸盐，与氨反应生成亚硝酸铵，并分解成水和分子氮，则能量可以降低较多，所以这个方法具有相当的优点。

在常规的硝化一反硝化过程中，去除2mol的氨氮需4mol的氧及5mol的CH2O型有机底物，但如氧化至亚硝酸，并借亚硝酸铵的分解去除氨的话，则同样去除2mol的氨，只需1.5mol的氧，并且不需要有碳源存在的情况下即能去除氨。

为了达到这个目的，可以在系统中加入催化剂，使产生的亚硝酸铵催化分解成原子氮，可以作为催化剂的有硅胶、铝矾土、活性炭、碳酸钙、镍离子、铁粉、硫化铁，其中尤以三价铁离子、氢氧化铁胶体、含碘氢氧化铁、丹宁酸铁胶体、氧化铁等的催化作用最强。在这个系统中，由于亚硝酸铵的不断分解，使硝化菌进行生长所需的亚硝酸盐缺少，在运转过程中，硝化菌的数目日益下降，而使亚硝化菌占优势。

在以氧化铁作为催化剂的情况下，当进水的氨氮浓度为196.4mg/L时，出水中的氨氮可以降至5mg/L ，亚硝酸离子及硝酸离子分别为0.2及0.3mg/L，总氯为6.1mg/L，而对照组(不加催化剂)出水中氨氮浓度为17.6mg/L。而亚硝酸及硝酸离子分别为22.3及154.2mg/L，总氮为194.3mg/L。

类似的工艺还有通过控制硝化反应的条件使过程停留在亚硝化阶段。为此必须控制反应温度、溶解氧浓度、pH、氨浓度及污泥泥龄等。生物硝化反应适宜温度为20～30℃，低于15℃时硝化速率降低，温度超过30℃，硝化反应也会受到减慢，导致亚硝酸的积累。所以如果硝化阶段的温度控制在较低或较高的温度，亚硝化反应可以占主要地位；低溶解氧的浓度可以抑制亚硝酸进一步生化氧化成硝酸，所以较低的溶解氧浓度有利于亚硝化过程的进行，如可以控制溶解氧浓度在0.5mg/L；pH方面，亚硝化的最佳值在8左右，而硝化过程在7.0左右，所以增加亚硝化过程，pH以控制在8左右为宜；游离态的氨对硝化菌的影响比亚硝化菌为大，所以当氨浓度较大，而pH又较高时，对亚硝化过程的进行有利，而不利硝化过程的进行；此外泥龄对亚硝化过程也有影响，由于亚硝酸菌的世代周期比硝酸菌短，所以控制适当的泥龄可以使系统中的硝酸菌逐渐被排出系统。

利用上述原理可以更有效更经济地处理含氨氮废水，例如SHARON工艺，即利用在高温下(30～35℃)亚硝酸菌具有比硝酸菌有更高的生长速率，亚硝酸菌的最小停留时间小于硝酸菌等的特点，使系统中的亚硝酸菌浓度逐步增加。使硝化过程控制在亚硝化阶段，并已用在城市污水二级处理中污泥消化上清液和垃圾滤出液等高氨氮废水的处理。

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