氨氮廢水處理技術的現狀與發展
徐國強#，曾光明#，尹智偉！，張劍鋒！
湖南大學環境科學與工程系，湖南有色金屬學院，湖南長沙)系統總結了氨氮廢水處理技術的現狀及其在工業中的應用，並在分析評價的基礎上探討了其發展趨勢。
關鍵詞:氨氮廢水；生物硝化；離子交換；氨汽提；斷點氯化
中間
湖南有色金屬
/#前言
近年來，隨著城市人口的日益膨脹和工農業的不斷發展，水環境汙染事故頻繁發生，對人畜造成嚴重危害。許多湖泊、水庫由於氮、磷的排放而富營養化，嚴重威脅著人類的生產、生活和生態平衡。氨氮是造成水體富營養化的主要因素之壹。為了滿足公眾對環境質量日益提高的要求，國家制定了越來越嚴格的氮排放標準，研究和開發經濟高效的脫氮處理技術成為水汙染控制工程領域的重點和熱點。本文系統闡述了氨氮廢水處理的現狀和發展。
！處理技術現狀
氨氮存在於許多工業廢水中，特別是鋼鐵、化肥、無機化工、鐵合金、玻璃制造、肉類加工和飼料生產中，都有氨氮廢水排放。其濃度取決於原料的性質、工藝流程、用水量和水的回用。對於給定的廢物
水，技術方案的選擇主要取決於:(#)水的性質；(!)治療效果；(，)經濟效益。以及處理後的廢水的最終處置方法。
雖然有很多方法可以有效去除氨，比如反滲透、蒸餾、土壤灌溉等物理方法；化學法包括離子交換、氨汽提、化學沈澱法、拐點氯化法、電滲析法、電化學處理法和催化裂化法；生物法包括硝化作用和藻類培養，但應用於工業廢水處理時，必須具有應用方便、處理性能穩定、對廢水水質的適應性和經濟性等優點。因此，目前氨氮處理實用性較好的技術有:(#)生物脫氮；(!)氨汽提和汽提；(，)拐點氯化；(%)離子交換
法律；# & lt, =。！$ #生物脫氮方法
生物脫氮通常包括生物硝化和生物反硝化。
生物硝化是在好氧條件下，通過亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程。如果反應完全，氨氧化成硝酸鹽分兩個階段完成:首先，氨在亞硝酸鹽細菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽細菌屬於強好氧自養細菌，以氨為唯壹能源。方程式(#)是反應關系。第二階段，亞硝酸鹽在硝化細菌的作用下轉化為硝酸鹽，硝化細菌是壹種以亞硝酸鹽為唯壹能源的特殊自養細菌。方程式(！)是這種反應的關系。整個硝化反應可用通式(，)表示。從這個關系可以看出，要達到完全硝化，# $ &；& gt？& gt？@1/，1 A B 9(以氮計)要求% $ c >；？B 9中的溶解氧
！雖然有些異養生物也能進行硝化作用，但硝化作用中最重要的生物是亞硝酸鹽和硝酸鹽。當E/為+$ '時，硝化作用的最佳E/值為$%
反硝化是指在缺氧條件下，由於反硝化細菌的作用，而
恢復到的過程。該過程中的電子供體是各種碳源。例如，如果甲醇用作碳源，反應式為:
對於硝化反應，溫度對它的影響比其他生物處理工藝更大，壹般溫度應保持在。
生物法處理含氨氮廢水時，有機碳的相對濃度是需要考慮的主要因素，保持最佳的碳氮比也是生物處理成功的關鍵之壹。如果廢水的性質不適合直接進行生物處理，采用物化法或物化-生物組合法更為經濟，可達到排放要求。
生物脫氮可以去除多種含氮化合物，處理效果穩定，無二次汙染，相對經濟，但存在占地面積大、低溫效率低、易受有毒物質影響、運行管理麻煩等缺點。
氨汽提和汽提
汽提和吹脫是用來去除水中的溶解氣體和壹些揮發性物質。即在水中引入氣體，使氣體和水充分接觸，使水中溶解的氣體和揮發性溶質通過氣液界面，轉移到氣相，從而達到去除汙染物的目的。空氣或蒸汽常用作載氣，前者稱為吹脫，後者稱為汽提。氨汽提汽提是壹個傳質過程，即在0*的高溫下使廢水與空氣緊密接觸，從而降低廢水中氨濃度的過程。驅動力來自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度的平衡分壓之差。
吹脫法壹般采用吹脫池(又稱曝氣池)和吹脫塔兩種設備，但吹脫池占地面積大，容易汙染周圍環境，所以采用塔式設備吹脫有毒氣體。汽提在塔設備中進行。
自然吹脫法是依靠水面與空氣的自然接觸來去除溶解氣體，用於溶解氣體極易解吸、水溫高、風速大、有開闊區域且不產生二次汙染的場合。這種水池有蓄水的功能。塔設備中填料汽提塔的主要特點是在塔內安裝壹定高度的填料層，使表面積大的填料塔實現氣水充分接觸，有利於氣水傳質過程。常用的填充物有木網格、紙蜂窩、拉西環、聚丙烯鮑爾環、聚丙烯多面體空心球等。廢水被提升到填料塔的頂部，並分布到填料的整個表面。水通過填料向下流動，與氣流方向相反。廢水出塔前，氨成分被部分汽提，但進水的0*值應保持不變。空氣中氨的分壓隨著除氨程度的增加而增加，隨著氣水比的增加而降低。對於所需的任何除氨程度，入口濃度、0*和塔溫度圖都有壹個最小氣水比。由於氨在吹脫的同時起到冷卻塔的作用，氣水比的增加會同時降低出口冷水的溫度，如果0*低於1"/ 2，則會降低吹脫效果。
氨汽提汽提工藝具有工藝簡單、處理效果穩定、基建費用和運行費用低等優點，但其缺點是形成結垢，這是大型氨汽提汽提塔的嚴重操作問題。如果產生軟垢，可以安裝噴水系統；但如果形成硬垢，無論是噴塗還是刮刀都無法消除這個問題。
(/ !斷點選擇
拐點氯化法是通過加入過量的氯或次氯酸鈉，將廢水中的氨完全氧化成$(的方法。該反應可以表示為
當廢水中通入氯到壹定程度時，水中遊離氯含量最低，氨濃度降至零。當通量超過這個點時，水中的遊離氯會增加。因此，這個點是壹個頂點。處理所需的實際氯氣量取決於溫度和0*值。
和氨氮濃度。拐點氯化法處理的出水壹般需要用活性炭或%脫氯，去除水中的余氯後再排放。脫氯過程中產生的氫離子引起的0*值下降壹般可以忽略不計，因為去除1 45余氯僅消耗(約45
堿(中)6%！米)。活性炭具有去除余氯和其他有機物的優點。
這種方法效果最好，不受水溫影響，操作方便，投資省，但對於高濃度氨氮廢水的處理，運行成本較高。
(/+離子交換法
沸石是壹種對氨離子具有強選擇性的矽鋁酸鹽。壹般用斜發沸石作為離子交換樹脂去除氨氮，其離子選擇順序如下。
該方法投資少，工藝簡單，操作方便。但對於高濃度氨氮廢水，樹脂會頻繁再生，操作難度大，再生液仍為高濃度氨氮廢水，需要再次處理。常用的離子交換系統有三種類型:(1)固定床；
(()混床；(!)搬床a！乙.
(/+/ 1固定床
在該系統中，溶液的去離子過程是兩階段間歇的。
過程。當溶液通過陽離子交換樹脂床時，陽離子與氫離子交換。
形成酸溶液，然後該溶液通過陰離子樹脂床以除去陰離子。
兒子。當交換容量將耗盡時，樹脂將原位再生，這是經常使用的。
降流式再生法，這種方法可靠，操作方便，但其化學效率較差
對於體積小、體積大、樹脂用量大的，有時為了滿足連續流動的要求，需要壹個儲存裝置，這樣就產生了投資成本。
更高。
# $% $ #混床
混床系統使用壹步法從溶液中去除離子。溶解
液體流經混合床，在此陽離子和陰離子樹脂充分混合。混床再生
它比兩個單床再生更復雜，因為在再生之前，必須
分離兩種樹脂。兩種樹脂的比例可用於液壓。
重力差通過水力反沖洗分層。盡管混床的化學效率
很高，但是需要很多洗水。這不利於節約用水，
此外，當交換離子作為回收產物被收集時，回收的液體被稀釋
集中成本也很高。
#$ %$ !移動床
移動床系統通過兩階段過程去除溶液中的離子。
兒子。在這兩個過程中，雖然工質實際上處理的是水。
它是間歇性的，但它的效果是連續的。首先，解決方案和太陽樹
脂肪反向流動，陽離子樹脂脈動通過容器，新鮮樹脂從壹端流出。
補充的，用過的樹脂從另壹端排出，分離在這個過程中完成。
子交換和樹脂再生。然後，溶液遊動並流過與頂部相連的地方
類似陰離子樹脂移動床完成陰離子交換。
# $ & amp化學沈澱法“%(
化學沈澱法自20世紀以來就被應用於廢物處理.
水處理，隨著對化學沈澱法的不斷研究，發現了化學沈澱法。
沈降法最好用+！，-%和。/-.其基本原理是0+%
1
補充。/# 1和-%到廢水中。
！2，因此總和為0+%
1生成不溶性復合物
鹽。/0+%，-%*+#-3是重力結晶。
沈澱使. 4從廢水中分離出來。這樣可以避免把它扔到廢水裏。
帶入其他有害離子。/-也起到了壹定的作用。
中和+1的作用節省了堿的用量。化學沈澱後，如果
0+%
1 60和，-%
！2的殘留濃度還是比較高的，所以有研究有建設
生物處理前化學沈澱、生物處理後化學沈澱、0和0的探討
的含量，可以進壹步降低。產品4是圓柱形晶體，
它沒有吸濕性，在空氣中幹燥很快，在沈澱過程中很少被吸收。
有毒物質，不吸收重金屬和有機物。此外，. 4，溶解
程度隨7+的增加而降低；溫度越低，溶解度也是. 4。
越低。
化學沈澱法可以處理各種濃度的氨氮廢水。它與
生物法結合處理高濃度氨氮廢水不需要在曝氣池中實現。
在硝化階段，曝氣池的容積相對於硝化和反硝化可以減小。
大約兩倍。0+%
1 60用化學沈澱法沈澱除去，與硝酸鹽混合。
與化學6脫氮法相比，大大節約了能耗，反應不受溫度影響。
有限，不受有毒物質幹擾，其產品。4、也可以作為
肥料可以在壹定程度上降低處理成本。所以，. 4，重。
沈降法是壹種技術上可行、經濟上合理的方法，開發前很有前景。
場景，但要廣泛應用於工業廢水處理，需要解決以下兩個問題。
問題:(”)尋找廉價高效的沈澱劑；(#)發展。4,
作為肥料的價值。
！工業應用
氨氮處理技術的選擇與氨氮濃度密切相關。正確
在低濃度氨氮廢水的處理中，空氣吹脫是應用最廣泛的方法。
去除、離子交換、生物硝化和反硝化等。，其中
對於無機氨氮廢水的處理，前兩種方法應用較多。
更多；對於有機氨氮廢水的處理，采用生物硝化法。
脫氮是主要方法。
！$ "低濃度氨氮廢水
！$ "$ "天然沸石離子交換法' &；（
天然沸石是帶離子的骨架鋁矽酸鹽。
交換特征，特別是對於0+%
1具有特殊的選擇性；歸還家具
具有良好的熱穩定性和耐酸性，在高溫或強酸條件下，
晶格可以保持穩定。天然沸石離子交換法處理氨氮
廢水具有工藝簡單、操作方便、投資少的特點，壹般
總的來說，對於氨堿裝置和壹些先進工藝，管理水平比較高。
在高濃度純堿廠，部分高濃度含氨再生液可返回原水中。
生產系統，不僅可以簡化整個汙水處理過程，
而且可以大大降低汙水處理成本。但是對於合成氨和其他物質
氨加工行業在此過程中無法返回高濃度含氨再生液，
必須進行空氣吹掃(在+#8-%吸收和排空後吹掃脫氣)，
經過蒸餾處理後，可以回收利用。吹氣成本低，
但受環境制約，蒸餾法不受環境影響，受成本影響
更高的是，通過用硫酸吸收和吹掃脫氣的氨而獲得的硫酸銨可用作復合物
使用用於肥料生產的原料，並且通過蒸餾回收的氨可以返回到
生產系統。
！$ "$ #生物脫氮方法
！$ "$ # $ "在焦化廢水中的應用
氨氮是焦化廢水中的主要汙染物之壹。
據說生物脫氮的基本工藝是4-4-工藝(焦化廢水)
水中含有高濃度的0+！60和有機物質，其中許多有
強烈的生物毒性，從而抑制硝化和反硝化過程。
使用。所以硝化菌要馴化，逐步適應高濃度。
焦化廢水環境，防止廢水中的有機物和0+!p-硝化細菌
抑制。考慮0+！60和9-:去除，厭氧場所
處理部分通過菌群的厭氧水解和酸化來改變廢水。
提高廢水的可生化性，便於後續工作。
序列的良好操作。壹般來說，亞硝酸鹽細菌比硝酸鹽細菌的環更強。
對環境的適應性和對毒物的耐受性容易積累。
壹般來說，應防止水質的大幅波動和長期影響。由於% &；！
對環境也是有害的，會造成水體營養豐富。
營養，所以處理% &；！
要控制'的排放，妳可以進入。
壹步脫氮處理使% &！
轉換為%”。For (-(-&
工藝的處理效果，回流比，碳氮比，溶解氧，*和溫度。
程度等是主要因素，要根據廢水的水質。
設置。
！++“+”在煉油廢水中的應用
國內部分煉油廠采用隔油池-氣浮池進行汙水處理。
-生物濾塔-活性汙泥池處理，其實這個流程是對的
，& amp-、,%、.& amp-石油、揮發酚和懸浮固體的去除效果
好，但是氨氮降解效果很差，導致% *！/%
達不到國家排放標準。經過初步研究，提出了& amp；0 & amp
和(0 &；生化處理工藝，結果表明這兩種工藝都可以
使處理後的出水% *！/%等控制指標達到國家水平。
排放標準。& amp0 & amp工藝流程為:煉油廠隔油廢水-氣浮。
池-壹個氧池-壹個沈澱池-硝化池-兩個沈澱池-處理過的廢物
水(排放)，其主要生化系統包括壹個氧氣罐和壹個硝化罐。壹個
異養菌是氧池中的優勢菌，通過代謝活動降解有機物。
，而硝化池中的優勢菌種是硝化細菌，主要是% *！/%
轉換為% &；！
。(0 & amp工藝流程如下:煉油分離流出物-氣體。
浮動池-調節池-缺氧池-初沈池-硝化池-二沈池
—處理後的廢水(排放)，其中部分處理後的廢水回流至。
調節池與氣浮水混合。其生化系統主要包括硝化作用。
池和缺氧池，硝化細菌是硝化池中的優勢菌，主要
氨氮轉化為硝態氮；反硝化作用是缺氧池中的優勢菌株。
細菌，使硝化池中的部分回流水和混合水中的硝酸鹽隨空氣飄出水面。
態氮轉化為%”，有機物降解。這兩個過程是相對而言的
運行穩定，抗沖擊能力強。
！+"高濃度氨氮廢水
單壹方法難以處理高濃度氨氮廢水。
符合國家排放標準，適用於高濃度氨氮廢水。
組合處理以滿足排放要求。
！+"+#吹脫法1生物法應用
部分制藥廠由於工藝原因生產的部分高濃度氨
含氮廢水不適合直接生物硝化處理，處理難度大。
符合排放標準，但基於各種方法的比較研究，如果氨
氮氣廢水先吹掉，大大降低% *！/%濃度，其次是其他
廢水混合後進入生化處理系統進壹步處理，然後產生水。
質量會大大提高，但是廢水中的氨氮通常是和氨離子結合在壹起的
遊離氨的形態彼此平衡存在，當*值為中性時，主要是
%*2
1存在，主要在% *堿性的時候！正式存在。排放效率
與)*值和溫度有直接關系，所以要做實驗確定最佳吹風。
擺脫條件，達到最佳效果。
！+“+”剝離法在1倍氯化中的應用
與某材料廠的%*2，3工業廢水相比，
單壹吹脫處理不能滿足排放要求，采用閉路吹脫。
鹽酸溶液的吸收和回收%*2，3結合拐點處的4 $5氯化法
用，不僅可以達到更好的處理效果，而且可以回收液體或固體。
氯化銨返回工藝使用或出口，大大降低了加工成本。
本。拐點處氯化的化學反應式如下:
%*2
1 1 * & amp；、3*%*、3(壹氯胺)1 * " &；1 *1
%*，31 * & amp；,3*%*,3"
(二氯胺)1 * " &；
%*，3 " 1 * & amp；,3*%,3!6三氯胺或三氯化氮)1 * " &；
壹氯胺進壹步氧化成氮氣；
" %* "，3 1 * & amp；，3 * % " 1 * " & amp；1 !*1 1 !,3 '
二氯胺通過以下反應生成硝酸鹽:
%*，3 " 1 * " & amp；* % *(& amp；*)1 *1 1 ",3 '
% *(& amp；*)，3 1 " * & amp；，3 * % & amp！
' 1 !,3 ' 1 2*1
三氯胺在水中穩定。吹入含氮氣體
用鹽酸溶液對坯體進行兩級循環吸收，反應如下:
%*!1 *,3*%*2,3
該方法不僅回收了有價值的物質，而且消除了二次汙染。
該工藝是去除氨氮的理想方法。
綜上所述，氨氮廢水處理技術的主要方法是生法
生物脫氮和汽提及其聯合應用，筆者認為:氨
含氮廢水處理技術的發展重點是改善現有工藝條件，減少
低成本，同時開發新的治理方法。壹些研究指出4 7 5，
考慮到生物脫氮過程中可能的碳源不是
腳和可能的% &在硝化過程中；"
這種積累，如果是人為的。
要指導，讓% *！用% *！% & amp"
“%”的脫氮作用
方式，也就是用% &；"
作為硝化反應的終點，沒有凝結
可以減少能耗，如果需要額外的碳源，也可以減少反硝化作用。
對有機碳源數量的要求。當然，生物脫氮是壹個非常
復雜的生化過程不好控制，很難控制。"
作為硝化
終點脫氮過程需要進壹步研究。此外，在曝氣池中
懸浮填料4 #8 5的使用也是目前的研發方向，但還是比較差。
工業廢水中使用較少，密度接近水，使用時是直的。
連接到曝氣池，曝氣時懸浮在水中，均勻分布在整個池中。
流態化使固、液、氣充分接觸，汙染物迅速減少。
生物膜(0 &；該方法可以提高抗沖擊性，並且僅
二沈池的硝化水需要回流，不需要汙泥回流，耗電。
低，操作管理方便。
2結論
到目前為止，我們還沒有找到處理氨氮廢水的方法
以有效的方式。目前，無論是采用物化法、生物法還是物化T-生物組合法處理廢水，都需要正確選擇其處理工藝。
應綜合考慮以下幾點:
1提供了改進生產工藝和改變生產原料的機會，以減少廢水量和氨氮濃度；
2.結合優化的用水計劃、良好的工廠管理和可能的副產品回收；
3用其他方法代替，包括物理化學方法和生物方法；
4.廢水中的氨氮可以經濟地處理。