當下，污水氨氮含量超標問(wèn)題被重視，相關(guān)處理技術(shù)如雨后春筍般紛紛涌現。生物脫氮法、物化除氮法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法等，均各有優(yōu)勢。
隨著(zhù)工農業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急劇增加，已成為環(huán)境的主要污染源，并引起各界的關(guān)注。經(jīng)濟有效地控制氨氮廢水污染已經(jīng)成為當今環(huán)境工作者所面臨的重大課題。
1 氨氮廢水的來(lái)源
含氮物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境的途徑主要包括自然過(guò)程和人類(lèi)活動(dòng)兩個(gè)方面。含氮物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境的自然來(lái)源和過(guò)程主要包括降水降塵、非市區徑流和生物固氮等。人工合成的化學(xué)肥料是水體中氮營(yíng)養元素的主要來(lái)源，大量未被農作物利用的氮化合物絕大部分被農田排水和地表徑流帶入地下水和地表水中。近年來(lái)，隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，越來(lái)越多含氮污染物的任意排放給環(huán)境造成了極大的危害。氮在廢水中以有機態(tài)氮、氨態(tài)氮(NH4+-N)、硝態(tài)氮(NO3--N)以及亞硝態(tài)氮(NO2--N)等多種形式存在，而氨態(tài)氮是主要的存在形式之一。廢水中的氨氮是指以游離氨和離子銨形式存在的氮，主要來(lái)源于生活污水中含氮有機物的分解，焦化、合成氨等工業(yè)廢水，以及農田排水等。氨氮污染源多，排放量大，并且排放的濃度變化大。
2 氨氮廢水的危害
水環(huán)境中存在過(guò)量的氨氮會(huì )造成多方面的有害影響：
(1)由于NH4+-N的氧化，會(huì )造成水體中溶解氧濃度降低，導致水體發(fā)黑發(fā)臭，水質(zhì)下降，對水生動(dòng)植物的生存造成影響。在有利的環(huán)境條件下，廢水中所含的有機氮將會(huì )轉化成NH4+-N，NH4+-N是還原力強的無(wú)機氮形態(tài)，會(huì )進(jìn)一步轉化成NO2--N和NO3--N。根據生化反應計量關(guān)系，1gNH4+-N氧化成NO2--N消耗氧氣3.43 g，氧化成NO3--N耗氧4.57g。
(2)水中氮素含量太多會(huì )導致水體富營(yíng)養化，進(jìn)而造成一系列的嚴重后果。由于氮的存在，致使光合微生物(大多數為藻類(lèi))的數量增加，即水體發(fā)生富營(yíng)養化現象，結果造成：堵塞濾池，造成濾池運轉周期縮短，從而增加了水處理的費用；妨礙水上運動(dòng)；藻類(lèi)代謝的終產(chǎn)物可產(chǎn)生引起有色度和味道的化合物；由于藍-綠藻類(lèi)產(chǎn)生的毒素，家畜損傷，魚(yú)類(lèi)死亡；由于藻類(lèi)的腐爛，使水體中出現氧虧現象。
(3)水中的NO2--N和NO3--N對人和水生生物有較大的危害作用。長(cháng)期飲用NO3--N含量超過(guò)10mg/L的水，會(huì )發(fā)生高鐵血紅蛋白癥，當血液中高鐵血紅蛋白含量達到70mg/L，即發(fā)生窒息。水中的NO2--N和胺作用會(huì )生成亞硝胺，而亞硝胺是“三致”物質(zhì)。NH4+-N和氯反應會(huì )生成氯胺，氯胺的消毒作用比自由氯小，因此當有NH4+-N存在時(shí)，水處理廠(chǎng)將需要更大的加氯量，從而增加處理成本。
3 氨氮廢水處理的主要技術(shù)
目前，國內外氨氮廢水處理有折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法和生物脫氨法等多種方法，這些技術(shù)可分為物理化學(xué)法和生物脫氮技術(shù)兩大類(lèi)。
生物脫氮法
微生物去除氨氮過(guò)程需經(jīng)兩個(gè)階段。階段為硝化過(guò)程，亞硝化菌和硝化菌在有氧條件下將氨態(tài)氮轉化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的過(guò)程。第二階段為反硝化過(guò)程，污水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在無(wú)氧或低氧條件下，被反硝化菌(異養、自養微生物均有發(fā)現且種類(lèi)很多)還原轉化為氮氣。在此過(guò)程中，有機物(甲醇、乙酸、葡萄糖等)作為電子供體被氧化而提供能量。常見(jiàn)的生物脫氮流程可以分為3類(lèi)，分別是多級污泥系統、單級污泥系統和生物膜系統。
多級污泥系統
此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點(diǎn)是流程長(cháng)、構筑物多、基建費用高、需要外加碳源、運行費用高、出水中殘留一定量甲醇等。
單級污泥系統
單級污泥系統的形式包括前置反硝化系統、后置反硝化系統及交替工作系統。前置反硝化的生物脫氮流程，通常稱(chēng)為A/O流程與傳統的生物脫氮工藝流程相比，A/O工藝具有流程簡(jiǎn)單、構筑物少、基建費用低、不需外加碳源、出水水質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。后置式反硝化系統，因為混合液缺乏有機物，一般還需要人工投加碳源，但脫氮的效果可高于前置式，理論上可接近100%的脫氮。交替工作的生物脫氮流程主要由兩個(gè)串聯(lián)池子組成，通過(guò)改換進(jìn)水和出水的方向，兩個(gè)池子交替在缺氧和好氧的條件下運行。該系統本質(zhì)上仍是A/O系統，但其利用交替工作的方式，避免了混合液的回流，因而脫氮效果優(yōu)于一般A/O流程。其缺點(diǎn)是運行管理費用較高，且一般必須配置計算機控制自動(dòng)操作系統。
生物膜系統
將上述A/O系統中的缺氧池和好氧池改為固定生物膜反應器，即形成生物膜脫氮系統。此系統中應有混合液回流，但不需污泥回流，在缺氧的好氧反應器中保存了適應于反硝化和好氧氧化及硝化反應的兩個(gè)污泥系統。
物化除氮
物化除氮常用的物理化學(xué)方法有折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法、液膜法、電滲析法和催化濕式氧化法等。
折點(diǎn)氯化法
不連續點(diǎn)氯化法是氧化法處理氨氮廢水的一種，利用在水中的氨與氯反應生成氮氣而將水中氨去除的化學(xué)處理法。該方法還可以起到殺菌作用，同時(shí)使一部分有機物無(wú)機化，但經(jīng)氯化處理后的出水中留有余氯，還應進(jìn)一步脫氯處理。
在含有氨的水中投加次氯酸HClO，當pH值在中性附近時(shí)，隨次氯酸的投加，逐步進(jìn)行下述主要反應：
NH3 + HClO →NH2Cl + H2O ①
NH2Cl + HClO → NHCl2 + H2O ②
NH2Cl + NHCl2 →N2 + 3H+ + 3Cl- ③
投加氯量和氨氮之比(簡(jiǎn)稱(chēng)Cl/N)在5.07以下時(shí)，首先進(jìn)行①式反應，生成一氯胺(NH2Cl)，水中余氯濃度增大，其后，隨著(zhù)次氯酸投加量的增加，一氯胺按②式進(jìn)行反應，生成二氯胺(NHCl2)，同時(shí)進(jìn)行③式反應，水中的N呈N2被去除。其結果是，水中的余氯濃度隨Cl/N的增大而減小，當Cl/N比值達到某個(gè)數值以上時(shí)，因未反應而殘留的次氯酸(即游離余氯)增多，水中殘留余氯的濃度再次增大，這個(gè)小值的點(diǎn)稱(chēng)為不連續點(diǎn)(習慣稱(chēng)為折點(diǎn))。此時(shí)的Cl/N比按理論計算為7.6；廢水處理中因為氯與廢水中的有機物反應，C1/N比應比理論值7.6高些，通常為10。此外，當pH不在中性范圍時(shí)，酸性條件下多生成三氯胺，在堿性條件下生成硝酸，脫氮效率降低。
在pH值為6——7、每mg氨氮氯投加量為10mg、接觸0.5——2.0h的情況下，氨氮的去除率為90%——100%。因此此法對低濃度氨氮廢水適用。
處理時(shí)所需的實(shí)際氯氣量取決于溫度、pH及氨氮濃度。氧化每mg氨氮有時(shí)需要9——10mg氯氣折點(diǎn)，氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2進(jìn)行反氯化，以除去水中殘余的氯。雖然氯化法反應迅速，所需設備投資少，但液氯的安全使用和貯存要求高，且處理成本也較高。若用次氯酸或二氧化氯發(fā)生裝置代替液氯，會(huì )更安全且運行費用可以降低，目前國內的氯發(fā)生裝置的產(chǎn)氯量太小，且價(jià)格昂貴。因此氯化法一般適用于給水的處理，不太適合處理大水量高濃度的氨氮廢水。
化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是往水中投加某種化學(xué)藥劑，與水中的溶解性物質(zhì)發(fā)生反應，生成難溶于水的鹽類(lèi)，形成沉渣易去除，從而降低水中溶解性物質(zhì)的含量。當在含有NH4+的廢水中加入PO43-和Mg2+離子時(shí)，會(huì )發(fā)生如下反應：
NH4+ + PO43- + Mg2+ → MgNH4PO4↓ ④生成難溶于水的MgNH4PO4沉淀物，從而達到去除水中氨氮的目的。采用的常見(jiàn)沉淀劑是Mg(OH)2和H3PO4，適宜的pH值范圍為9.0——11，投加質(zhì)量比H3PO4/Mg(OH)2為1.5——3.5。廢水中氨氮濃度小于900mg/L時(shí)，去除率在90%以上，沉淀物是一種很好的復合肥料。由于Mg(OH)2和H3PO4的價(jià)格比較貴，成本較高，處理高濃度氨氮廢水可行，但該法向廢水中加入了PO43-，易造成二次污染。
離子交換法
離子交換法的實(shí)質(zhì)是不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與廢水中的其它同性離子的交換反應，是一種特殊的吸附過(guò)程，通常是可逆性化學(xué)吸附。沸石是一種天然離子交換物質(zhì)，其價(jià)格遠低于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，且對NH4+-N具有選擇性的吸附能力，具有較高的陽(yáng)離子交換容量，純絲光沸石和斜發(fā)沸石的陽(yáng)離子交換容量平均為每10 0g相當于213和223mg物質(zhì)的量(m.e)。但實(shí)際天然沸石中含有不純物質(zhì)，所以純度較高的沸石交換容量每10 0g不大于20 0m.e，一般為10 0——150m.e。沸石作為離子交換劑，具有特殊的離子交換特性，對離子的選擇交換順序是：Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅰ)>Ca(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。工程設計應用中，廢水pH值應調整到6——9，重金屬大體上沒(méi)有什么影響；堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響，尤其是Ca對沸石的離子交換能力影響比Na和K更大。沸石吸附飽和后必須進(jìn)行再生，以采用再生液法為主，燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由于廢水中含有Ca2+，致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低，要考慮補充和更新。
吹脫法
吹脫法是將廢水調節至堿性，然后在汽提塔中通入空氣或蒸汽，通過(guò)氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣中。通入蒸汽，可升高廢水溫度，從而提高一定pH值時(shí)被吹脫的氨的比率。用該法處理氨時(shí)，需考慮排放的游離氨總量應符合氨的大氣排放標準，以免造成二次污染。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫，而煉鋼、石油化工、化肥、有機化工有色金屬冶煉等行業(yè)的高濃度廢水則常用蒸汽進(jìn)行吹脫。
液膜法
許多人認為液膜分離法有可能成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術(shù)，尤其適用于低濃度金屬離子提純及廢水處理等過(guò)程。乳狀液膜法去除氨氮的機理是：氨態(tài)氮NH3-N易溶于膜相油相，它從膜相外高濃度的外側，通過(guò)膜相的擴散遷移，到達膜相內側與內相界面，與膜內相中的酸發(fā)生解脫反應，生成的NH4+不溶于油相而穩定在膜內相中，在膜內外兩側氨濃度差的推動(dòng)下，氨分子不斷通過(guò)膜表面吸附、滲透擴散遷移至膜相內側解吸，從而達到分離去除氨氮的目的。
電滲析法
電滲析是一種膜法分離技術(shù)，其利用施加在陰陽(yáng)膜對之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。在電滲析室的陰陽(yáng)滲透膜之間施加直流電壓，當進(jìn)水通過(guò)多對陰陽(yáng)離子滲透膜時(shí)，銨離子及其他離子在施加電壓的影響下，通過(guò)膜而進(jìn)入另一側的濃水中并在濃水中集，因而從進(jìn)水中分離出來(lái)。
催化濕式氧化法
催化濕式氧化法是20世紀80年代國際上發(fā)展起來(lái)的一種治理廢水的新技術(shù)。在一定溫度、壓力和催化劑作用下，經(jīng)空氣氧化，可使污水中的有機物和氨分別氧化分解成CO2、N2和H2O等無(wú)害物質(zhì)，達到凈化的目的。該法具有凈化效率高(廢水經(jīng)凈化后可達到飲用水標準)、流程簡(jiǎn)單、占地面積少等特點(diǎn)。經(jīng)多年應用與實(shí)踐，這一廢水處理方法的建設及運行費用僅為常規方法的60 %左右，因而在技術(shù)上和經(jīng)濟上均具有較強的競爭力。
