低浓度氨氮工业废水处理技术

废水中氨氮的构成主要有两种，一种是氨水形成的氨氮，一种是无机氨形成的氨氮，主要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一， 对这类污水进行回收利用时还会对管道中的金属产生腐蚀作用， 缩短设备和管道的寿命，增加维护成本。目前常用于处理低浓度氨氮工业废水的技术主要有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技术等。

一、吸 附 法

吸附是一种或几种物质（称为吸附物）的浓度在另一种物质（称为吸附剂）表面上自动发生变化的过程， 其实质是物质从液相或气相到固体表面的一种传质现象。

吸附法是处理低浓度氨氮废水较有发展前景的方法之一。吸附法常利用多孔性固体作为吸附剂，根据吸附原理不同可分为物理吸附、化学吸附和交换吸附。

 

处理低浓度氨氮废水较为理想的是离子交换吸附法，它属于交换吸附方法的一种，利用吸附剂上的可交换离子与废水中的NH₄⁺ 发生交换并吸附NH₃ 分子以达到去除水中氨的目的， 这是一个可逆过程， 离子间的浓度差和吸附剂对离子的亲和力为吸附过程提供动力。

具有良好吸附性能且常用的吸附剂有：沸石、活性炭、煤炭、离子交换树脂等，根据其吸附原理的不同，这些吸附材料对不同吸附物的吸附效果不同。

该法一般只适用于低浓度氨氮废水， 而对于高浓度的氨氮废水，使用吸附法会因吸附剂更换频繁而造成操作困难， 因此需要结合其他工艺来协同完成脱氮过程。

对于传统的吸附剂如沸石、交换树脂等， 其对氨氮的处理率较高， 一般能达到90%以上。

二、折点氯化法

折点氯化法是污水处理工程中常用的一种脱氮工艺，其原理是将氯气通入氨氮废水中达到某一临界点，使氨氮氧化为氮气的化学过程，其反应方程式为：NH₄⁺+1.5HOCl→0.5N₂+1.5H₂O+2.5H⁺+1.5Cl^-

 

折点氯化法的优点为：处理效率高且效果稳定，去除率可达100%；该方法不受盐含量干扰，不受水温影响，操作方便；有机物含量越少时氨氮处理效果越好，不产生沉淀；初期投资少，反应迅速完全；能对水体起到杀菌消毒的作用。

但是折点氯化法仅适用于低浓度废水的处理， 因此多用于氨氮废水的深度处理。该方法的缺点是：液氯消耗量大，费用较高，且对液氯的贮存和使用的安全要求较高， 反应副产物氯胺和氯代有机物会对环境造成二次污染。

三、生 物 法

生物法是指废水中的氨氮在各种微生物作用下，通过硝化、反硝化等一系列反应最终生成氮气，从而达到去除的目的。对于可生化性高的废水（BOD/COD＞0.3），氨氮可通过生物法脱除。

生物法具有操作简单、效果稳定、不产生二次污染且经济的优点，其缺点为占地面积大，处理效率易受温度和有毒物质等的影响且对运行管理要求较高。

同时，在工业运用中应考虑某些物质对微生物活动和繁殖的抑制作用。此外，高浓度的氨氮对生物法硝化过程具有抑制作用， 因此当处理氨氮废水的初始质量浓度＜300 mg/L 时，采用生物法效果较好。

1、传统生物硝化反硝化技术

传统生物硝化反硝化脱氮处理过程包括硝化和反硝化两个阶段。硝化过程是指在好氧条件下，在硝酸盐和亚硝酸盐菌的作用下， 氨氮可被氧化成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮；再通过缺氧条件，反硝化菌将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原成氮气， 从而达到脱氮的目的。

传统生物硝化反硝化法中，较成熟的方法有A/O 法、A2/O 法、SBR 序批式处理法、接触氧化法等。

 

 

它们具有效果稳定、操作简单、不产生二次污染、成本较低等优点。但该法也存在一些弊端，如必须补充相应的碳源来配合实现氨氮的脱除， 使运行费用增加；碳氮比较小时，需要进行消化液回流，增加了反应池容积和动力消耗；硝化细菌浓度低，系统投碱量大等。

2、新型生物脱氮技术

（1）短程硝化反硝化技术。短程硝化反硝化是在同一个反应器中，先在有氧的条件下，利用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐，阻止亚硝酸盐进一步氧化，然后直接在缺氧的条件下， 以有机物或外加碳源作为电子供体，将亚硝酸盐进行反硝化生成氮气。

短程硝化反硝化与传统生物脱氮相比具有以下优点：对于活性污泥法，可节省25%的供氧量，降低能耗；节省碳源，一定情况下可提高总氮的去除率；提高了反应速率， 缩短了反应时间， 减少反应器容积。

 

但由于亚硝化细菌和硝化细菌之间关系紧密，每个影响因素的变化都同时影响到两类细菌， 而且各个因素之间也存在着相互影响的关系， 这使得短程硝化反硝化的条件难以控制。

（2）同时硝化反硝化技术。当硝化与反硝化在同一个反应器中同时进行时， 即为同时硝化反硝化（SND）。

废水中溶解氧受扩散速度限制，在微生物絮体或者生物膜的表面，溶解氧浓度较高，利于好氧硝化菌和氨化菌的生长繁殖，越深入絮体或膜内部，溶解氧浓度越低，形成缺氧区，反硝化细菌占优势，从而形成同时硝化反硝化过程。

有实验表明当DO 为1mg/L，C/N=30，pH=7.2 时，COD、NH₄⁺-N、TN 去除率分别为96%、95%、92%， 并发现在一定的范围内，升高或降低反应器内DO 浓度后，TN 去除率都会下降。

同时硝化反硝化法节省反应器， 缩短了反应时间，且能耗低、投资省。

（3）厌氧氨氧化技术。厌氧氨氧化是指在缺氧或厌氧条件下，微生物以NH₄⁺为电子受体，以NO₂^- 或NO₃- 为电子供体进行的将NH₄⁺。

厌氧氨氧化技术可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗，免去反硝化反应的外源电子供体，可节省传统硝化反硝化过程中所需的中和试剂， 产生的污泥量少。

但目前为止，其反应机理、参与菌种和各项操作参数均不明确。

 

 

四、膜 技 术

1、反渗透技术

反渗透技术是在高于溶液渗透压的压力作用下，借助于半透膜对溶质的选择截留作用，将溶质与溶剂分离的技术，具有能耗低、无污染、工艺先进、操作维护简便等优点。

利用反渗透技术处理氨氮废水的过程中， 设备给予足够的压力，水通过选择性膜析出，可用作工业纯水，而膜另一侧氨氮溶液的浓度则相应增高，成为可以被再次处理和利用的浓缩液。

在实际操作中，施加的反渗透压力与溶液的浓度成正比， 随着氨氮浓度的升高，反渗透装置所需的能耗就越高，而效率却是在下降。

 

2、电渗析法

电渗析是在外加直流电场的作用下， 利用离子交换膜的选择透过性， 使离子从电解质溶液中分离出来的过程。电渗析法可高效地分离废水中的氨氮，并且该方法前期投入小，能量和药剂消耗低，操作简单，水的利用率高，无二次污染副产物。

 

采用自制电渗析设备对进水电导率为2920 μS/cm， 氨氮质量浓度为534.59 mg/L 的氨氮废水进行处理，通过实验得到在电渗析电压为55V，进水流量为24 L/h 这一最佳工艺参数条件下，可对实验用水有效脱氮的结论，出水氨氮质量浓度为13 mg/L。