在我國(guó)工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí), 各種污染物的排放量也不斷增加, 對(duì)環(huán)境尤其是水體造成了嚴(yán)重的污染, 水環(huán)境中氨氮的污染因子的濃度值也在上升。本文對(duì)污水中氨氮生物處理的一些技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單地介紹, 其中包括物化法和生物法，并簡(jiǎn)單探討了各種方法的特點(diǎn)。

　　《水利信息化》水利工程師論文發(fā)表期刊，經(jīng)主管單位中華人民共和國(guó)水利部和新聞出版總署的批準(zhǔn)，自2010年4月起《水利水文自動(dòng)化》更名為《水利信息化》，指導(dǎo)單位為水利部信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，主辦單位為水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所。更名后的《水利信息化》雜志以服務(wù)水利行業(yè)信息化建設(shè)為宗旨，緊緊圍繞水利信息化建設(shè)的主要任務(wù)，權(quán)威發(fā)布水利信息化建設(shè)政策、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)介紹水利信息化建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，介紹國(guó)內(nèi)外信息化建設(shè)現(xiàn)狀及信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，敏銳追蹤信息化建設(shè)熱點(diǎn)、難點(diǎn)和焦點(diǎn)，推動(dòng)信息化技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用，促進(jìn)水利現(xiàn)代化水平的快速提升。

　　引言

　　氨氮污水排入水體, 特別是流動(dòng)較緩慢的湖泊、海灣, 容易引起水中藻類及其它微生物大量繁殖, 形成富營(yíng)養(yǎng)化污染, 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水中溶解氧下降, 魚類大量死亡, 甚至?xí)��?dǎo)致湖泊滅亡。污水中氨氮含量高低是污水新鮮程度的指標(biāo)。氨氮還會(huì)使給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過(guò)程中增大用氯量, 使自來(lái)水處理廠運(yùn)行困難, 造成飲用水的異味。因此污水排放前必須脫氮或降低氮的含量。通過(guò)活性污泥法脫氮是一種運(yùn)行穩(wěn)定，費(fèi)用低廉的處理方法。

　　1　氨氮污水的來(lái)源

　　鋼鐵、煉油、化肥、無(wú)機(jī)化工、鐵合金、玻璃制造、肉類加工和飼料生產(chǎn)等工業(yè), 均排放高濃度的氨氮污水. 其中, 某些工業(yè)自身會(huì)產(chǎn)生氨氮污染物, 如鋼鐵工業(yè)及肉類加工業(yè)等. 而另一些工業(yè)將氨用作化學(xué)原料, 如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃. 此外, 皮革、孵化、動(dòng)物排泄物等新鮮污水中氨氮初始含量并不高, 但由于污水中有機(jī)氮的脫氨基反應(yīng), 在污水積存過(guò)程中氨氮濃度會(huì)迅速增加。不同種類的工業(yè)污水中氨氮濃度千變?nèi)f化, 即使同類工業(yè)不同工廠的污水中其濃度也各不相同.以某化工廠香蘭素生產(chǎn)污水為例, 其氨氮濃度高達(dá)6～7×104 mg / L. 為了徹底治理污染, 除對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行必要的改造外, 必須尋找合適的氨氮污水處理技術(shù), 降低污水處理的成本。

　　2 處理方法及研究

　　2.1 物化法

　　2.1.1 吸附法

　　吸附法是利用沸石中的陽(yáng)離子與污水中的NH+4 進(jìn)行交換以達(dá)到脫氮的目的。沸石法一般被用于處理低濃度含氨污水。利用沸石對(duì)氨氮的強(qiáng)選擇性交換, 聯(lián)合生物作用處理污水實(shí)驗(yàn)表明此方法可行。羅鵬安等把此方法應(yīng)用于活性污泥法、SBR 工藝和A—A—O 中, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 此工藝結(jié)合活性污泥法、SBR 工藝和A—A—O, 能使污水氨氮由進(jìn)水平均45 mg/L分別降至9.7 mg/L、14 mg/ L 和

　　13.3 mg/L。但是應(yīng)用沸石脫氨法必須考慮沸石再生問題,通常再生法有液法和焚燒法。采用焚燒法時(shí), 產(chǎn)生的氨氣必須進(jìn)行處理。馮啟明通過(guò)用硫酸改性過(guò)的幾種非金屬礦(坡縷石、斜發(fā)沸石、膨潤(rùn)土) 作吸附劑來(lái)吸附焦化污水中的NH3—N 進(jìn)行了試驗(yàn)研究, 試驗(yàn)結(jié)果表明, NH3—N 去除率達(dá)75%, 具有一定的應(yīng)用價(jià)值。非金屬礦產(chǎn)來(lái)源豐富, 分布范圍廣, 價(jià)格低廉, 用改性非金屬礦作吸附劑吸附處理污水中的NH3—N 后, 可使處理后的污水用于熄焦循環(huán)使用,節(jié)約用水, 減少污水排放量, 降低生產(chǎn)成本; 吸附NH3 N 后生成的粘土- NH3—N 復(fù)合物用作農(nóng)用氮素肥使用, 變廢為寶, 同時(shí)還降低了對(duì)大氣和水的污染, 有較大的實(shí)用價(jià)值。

　　2.1.2 MAP 沉淀法

　　沉淀法的原理是向含有高濃度氨氮的污水中投加磷鹽和鎂鹽, 可生成磷酸銨鎂(MAP) , 來(lái)除去污水中的氨氮。穆

　　大綱等采用此方法處理含氨氮濃度較高的焦化污水, 結(jié)果表明, 在pH 為8. 91 時(shí), Mg2+：NH4+:PO3-4 的摩爾比為1. 25:1:1, 反應(yīng)溫度為25℃, 反應(yīng)時(shí)間為20 min, 沉淀時(shí)間為20 min 的條件下, 氨氨質(zhì)量濃度可由9 500 mg/L 降低到460 mg/L, 去除率達(dá)到95%以上。劉小瀾探討了在pH為8.5—9.5 的條件下, 投加的藥劑Mg2+ NH4+ PO3-4 ( 摩爾比)為1.4:1:0.8 時(shí), 污水中氨氮去除率達(dá)99%以上, 出水氨氮的質(zhì)量濃度由2 000 mg/L 降至15mg/ L。史世莊也對(duì)此法做了研究, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 當(dāng)Mg2+：NH4+：PO3-4 為1：1：1時(shí), 在pH=8—10 的條件下, 無(wú)論是均合池的生化進(jìn)水還是混沉池的生化外排水, 都可以將其氨氮質(zhì)量濃度脫除至10 mg/ L 以下。盡管此法生成的磷酸銨鎂可以作為農(nóng)肥而抵消一部分成本, 但投加鎂鹽的費(fèi)用仍成為限制其推廣的主要因素。

　　2.1.3 離子交換法

　　離子交換法是利用連接在強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂上的磺酸基(—SO3H) 上的H+離子與污水中的NH+4 相互交換,從而去除污水中的氨氮。劉寶敏等人對(duì)此方法作了一些研究,在靜態(tài)條件下, 樹脂對(duì)污水中氨氮的吸附量為133mg/ g , 對(duì)氨氮的最大吸附率為90. 87%。結(jié)果表明具有吸附平衡快, 吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下, 當(dāng)污水流速為0. 139—1.667m L/ s, 氨氮吸附率大于97%時(shí), 樹脂對(duì)氨氮的最大吸附量大于25 mg/g, 失效的樹脂用0.5 mol/ L 稀硫酸再生后, 可連續(xù)使用。在本文條件下, 樹脂連續(xù)再生10次, 性能沒有發(fā)生變化。但是離子交換法樹脂用量較大, 再生頻繁, 污水需預(yù)處理除去懸浮物的缺點(diǎn)在一定程度上限制了此方法的使用。

　　2.1.4 復(fù)合高鐵酸鹽

　　復(fù)合高鐵酸鹽是利用高鐵的氧化作用使污水中部分NH4+氧化成NO3—N 而不生成NO2—N, 因而有利于后續(xù)工藝的處理; 另一部分鹽則被高鐵分解所產(chǎn)生的Fe(OH)3 和Fe3+ 吸附、電中和, 絮凝后以沉淀的形式析出, 從而使水中NH3- N 得以有效地去除。冉春玲等研究了復(fù)合高鐵酸鹽對(duì)低濃度的焦化污水中氨氮的脫除作用, 氨氮脫除率可達(dá)98%以上, 處理后污水氨氮質(zhì)量濃度僅為0. 034 5 mg/ L, 遠(yuǎn)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn), 且無(wú)色、無(wú)味。該方法與投加其他絮凝劑( 如聚鐵、聚鋁加聚丙烯酞胺等) 作三級(jí)處理的方法相比,不僅加入量小, 處理效果更好, 處理成本基本相當(dāng), 且無(wú)二次污染, 在污水的深度處理方面具有重要的應(yīng)用推廣意義。當(dāng)用復(fù)合高鐵酸鹽處理高濃度焦化污水( 氨氮質(zhì)量濃度2 935 mg / L) 時(shí), 氨氮脫除率可達(dá)56%左右。經(jīng)處理后的NH3—N 濃度基本可滿足生化處理對(duì)氨氮的要求, 與傳統(tǒng)的蒸氨工藝相比, 該方法設(shè)備投資少, 工藝簡(jiǎn)單。但由于高鐵的價(jià)格較高, 其經(jīng)濟(jì)性欠佳。如果高鐵的生產(chǎn)成本能進(jìn)一步降低, 也有望取代現(xiàn)有的蒸氨工藝。

　　2.2 生物脫氮技術(shù)

　　微生物去除氨氮過(guò)程需經(jīng)過(guò)硝化和反硝化兩個(gè)階段過(guò)程. 傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為: 硝化過(guò)程為好氧過(guò)程, 在此過(guò)程中, 氨態(tài)氮在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為硝基氮和亞硝基氮; 而反硝化過(guò)程為厭氧過(guò)程, 在此過(guò)程中, 硝基氮和亞硝基氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)? 因此, 一般的生物脫氮過(guò)程為厭氧/ 好氧過(guò)程、或厭氧/ 缺氧/ 好氧過(guò)程, 這種生物脫氮工藝多有文獻(xiàn)報(bào)道, 不再贅述。近年來(lái)的研究表明, 反硝化過(guò)程可以在有氧的條件下進(jìn)行, 即好氧反硝化過(guò)程。它為突破傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)限制, 利用一個(gè)生物反應(yīng)器在一種條件下完成脫氮反應(yīng)提供了依據(jù). SBR 生物脫氮工藝的優(yōu)點(diǎn)在于以時(shí)間序列代替空間序列, 使好氧硝化過(guò)程和反硝化過(guò)程在同一容器中完成. 汪蘋等采用SBR 技術(shù)處理高氨氮污水, 在曝氣段實(shí)現(xiàn)高氨氮污水的好氧硝化/ 反硝化處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究, 她們提出的反應(yīng)序列為: 一段缺氧—好氧曝氣—二段缺氧的SBR 反應(yīng)器, 好氧段反硝化脫氮率要占總脫氮率的70%以上。 研究表明: 好氧反硝化菌為異養(yǎng)菌,脫氮反應(yīng)歷程與缺氧反硝化菌相同, 并且最終產(chǎn)物主要為N2 。

　　目前生物脫氮的濃度一般在400 mg / L 以下,采用生物脫氮技術(shù)處理高濃度氨氮污水就需要進(jìn)行大倍數(shù)稀釋, 這就使得生物處理設(shè)施的體積龐大, 能耗會(huì)相應(yīng)提高. 因此, 在處理高氨氮污水時(shí), 采用生物處理前, 一般要首先進(jìn)行物化處理。

　　2.3 液膜法

　　自從1986 年被發(fā)現(xiàn)以來(lái), 乳狀液膜得到了廣泛的研究, 被認(rèn)為是有可能成為繼萃取法后的第2代分離純化技術(shù), 尤其適用于低濃度金屬離子提純以及污水處理等過(guò)程. 乳狀液膜法去除氨氮的機(jī)理是:氨態(tài)氮( NH3-N) 易溶于膜相( 油相) , 它從膜相外高濃度的一側(cè), 通過(guò)膜相的擴(kuò)散遷移, 到達(dá)膜相內(nèi)側(cè)與內(nèi)相界面. 李可彬等研究了用乳狀液膜法去除污水中的氨氮, 考察了各種因素對(duì)氨氮去除率的影響, 選用的液膜體系可使氨氮含量1×103 mg / L 以上的污水, 一級(jí)去除率達(dá)97%以上.但是液膜技術(shù)處理污水存在著一對(duì)矛盾: 為了使液膜有較大的比表面積, 顆粒越小越容易提高氨氮的去除效率; 同時(shí), 顆粒越小, 越容易發(fā)生乳化, 使得油水分相困難, 從而使得污水的COD 增大. 特別是當(dāng)水中存在親油性有機(jī)物時(shí), 將會(huì)使得液膜有機(jī)相的再生困難. 如何防止乳化及減少對(duì)污水的二次污染是液膜分離技術(shù)需要著力研究的內(nèi)容.

　　2.3.1物反應(yīng)器技術(shù)

　　膜生物反應(yīng)器( MBR) 是一種由膜過(guò)濾取代傳統(tǒng)生化處理技術(shù)中二次沉淀池和沙濾池的水處理技術(shù). MBR 將分離工程中的膜技術(shù)應(yīng)用于污水處理系統(tǒng), 提高了泥水分離效率, 并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌( 特別是優(yōu)勢(shì)菌群)的出現(xiàn), 提高了生化反應(yīng)速率. 同時(shí), 通過(guò)降低F/ M比減少剩余污泥產(chǎn)生量( 甚至為零) , 從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的突出問題.硝化菌為自養(yǎng)菌, 生長(zhǎng)繁殖的世代周期長(zhǎng), 常規(guī)的生物脫氮工藝中, 為保持構(gòu)筑物中有足夠數(shù)量的硝化菌以完成生物硝化作用, 在維持較長(zhǎng)污泥齡的同時(shí)也相應(yīng)增大了構(gòu)筑物的容積. 此外, 絮凝性較差的硝化菌常會(huì)被二沉池的出水帶出, 硝化菌數(shù)量的減少影響硝化作用, 進(jìn)而降低了系統(tǒng)的脫氮效率. 膜生物反應(yīng)器能夠完全截留微生物, 可以有效防止硝化菌的流失, 是一種比較理想的硝化反應(yīng)器。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　目前，氨氮污水處理技術(shù)及研究情況看, 采用物化手段和生物脫氮的聯(lián)合處理技術(shù)處理氨氮污水是可行的。這種聯(lián)合處理技術(shù)可以保證氨氮污水處理的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

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