高氨氮廢水處理技術探討

李威

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢430015）

1 引言

隨著水質富營養化問題的日益嚴重以及人們對氮危害水環境質量認識的深入，廢水處理中對氮的處理標準也日益嚴格。氮在溶液中以分子態氮、有機態氮、氨態氮、硝態氮、亞硝態氮及硫氰化物和氰化物等多種形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一［1］。國內外氨氮廢水處理方法主要有吹脫法、膜分離法、MAP沉淀法、生物脫氨法等。

2 物化法

2.1 吹脫法

河南某氮肥企業高氨氮廢水采用吹脫＋A／O工藝處理的成功實踐（當進水氨氮濃度在641～868mg／L時，出水始終穩定在1mg／L左右），遠遠優于國家規定的排放標準［2］。周立岱等［3］采用一種新型的空塔吹脫設備代替傳統的填料吹脫塔處理高氨氮模擬廢水。研究結果表明：空塔吹脫在廢水pH值約為12左右，溫度為60℃，鼓風量為150L／min的操作條件下，氨氮吹脫率達63.16%。空塔吹脫具有操作簡單，脫除效率穩定且成本低的優點，適合實際工程中的應用。

2.2 電化學法

針對傳統高氨氮廢水處理工藝存在二次污染、出水氨氮值偏高等問題，魯劍等［1］采用電化學氧化法對高氨氮配水進行了試驗研究，并考察了電流強度、氯離子濃度和面體比對氨氮去除效果的影響，結果表明：在電流強度為9A、投加氯化鈉摩爾比（NH3－N／Cl－）為1：4、極板間距為1cm、面體比為40m2／m3時，電解90min后，氨氮濃度可以從2000mg／L降至247.51mg／L。何緒文等［4］以焦粉為粒子電極，研究三維電極法深度處理高氨氮焦化廢水，取得相應的適宜工作參數。結果表明：焦粉在深度處理焦化廢水中氨氮時起到良好的催化電極作用，在焦粉粒徑為10～20目、極板間距為1cm、面體比為135.2m2／m3、電流密度為4.44mA／cm2、pH為5、通氣量為6L／min、電解時間為30min時，氨氮去除率達到90%，出水氨氮值低于15mg／L，達到鋼鐵工業廢水排放標準（GB1456－1992）的要求。以焦粉為填料的負極性三維電極，一方面提高焦粉的資源利用率，一方面對焦化廢水中的氨氮污染物具有較好的去除效果，對今后以廢制廢，發展循環經濟有較大的發展前景。

2.3 磷酸銨鎂（MAP）沉淀法

磷酸銨鎂（MAP）沉淀法是一種比較新穎有效的處理高氨氮廢水的方法，其操作簡單、反應速度快且沉淀性能好，尤其適于處理高氨氮、低有機物濃度的廢水。時永輝等［5］采用磷酸銨鎂沉淀法處理高氨氮廢水，考察了pH值、反應溫度、反應時間以及鎂鹽和磷鹽沉淀劑與氨氮的配比等因素對去除氨氮的影響。結果表明，在pH 值為10、Mg：N：P（物質的量之比）＝1.1∶1.0∶1.3、溫度為18～30℃的條件下，自動攪拌、反應并沉淀20min，氨氮濃度可由1000mg／L降到76mg／L，去除率高達92.4%，為后續生化處理奠定了基礎。還有其他學者利用MAP沉淀法處理了垃圾滲濾液中的高濃度氨氮［6～9］。

3 生物脫氮法

3.1 膜生物法

膜生物法（Membrane Bio－reactor）是將現代膜分離技術與傳統生物處理技術有機結合起來的一種新型高效污水處理及回用工藝，近年來已逐步應用于城市污水和工業廢水的處理及回用。張西旺和金奇庭［10］在一體式MBR處理高濃度有機廢水研究的基礎上，針對高氨氮城市小區生活污水進行中試研究。研究發現：對于氨氮含量在85～115mg／L的小區生活污水，采用MBR進行處理，出水氨氮含量小于5mg／L，并且出水其它指標完全達到《生活雜用水水質標準》CJ25.1－89中洗車和掃除標準。設置缺氧區和泥水回流裝置可提高MBR對氨氮的去除效果，對于高氨氮生活污水的氨氮去除率可從60%提高到95%以上，出水的氨氮平均濃度從40mg／L降到5mg／L以下。汪傳新等［11］在常規 MBR的基礎上增加水解區及泥水回流裝置，并將其用于處理高氨氮生活污水。結果表明：當原水氨氮濃度為75～115mg／L時，出水氨氮濃度＜5mg／L，出水水質滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB／T18920－2002）的要求；改良MBR可明顯提高對氨氮的去除效果，在進水流量為1411L／d的條件下，對氨氮的去除率可從60%左右提高至95%以上。此外，還有關于利用自制的復合式膜生物反應器（HMBR）［12］、兩級移動床生物膜反應（MBBR）［13］、生物固定化 MBR［14］、以新型聚乙烯塑料為序批式移動床生物膜反應器［15］、新型一體式膜生物反應器［16］處理高氨氮廢水的研究。

3.2 厭氧氨氧化法

厭氧氨氧化（Anaerobic Ammonium Oxidation，ANAMMOX）是指在缺氧條件下，作為電子受體直接被氧化到氮氣的過程。厭氧氨氧化是自養的微生物過程，不需外加碳源以反硝化，且污泥產率低。因此，近年來厭氧氨氧化已成為國內外生物處理研究的熱點問題［17］。朱杰等［18］以典型高濃度養殖廢水經UASB－短程亞硝化工藝處理后的出水為對象，采用厭氧氨氧化工藝進行脫氮處理研究。以反硝化污泥啟動厭氧氨氧化反應器，在此基礎上，通過試驗確定最佳進水氨氮負荷應處于0.2kg／（m3·d）左右，系統的 HRT定為2d；通過對系統運行條件研究發現，最佳運行條件為：pH值為7.50左右，溫度為30℃且系統不需投加有機碳源。在優化條件下，系統最終氨氮去除率能達到85%以上，亞硝態氮去除率達到95%以上，系統運行效果良好，且具有重現性。最后通過動力學理論分析得出氨氮的降解速率為0.0126d－1，亞硝態氮的降解速率為0.0131d－1。趙宗升等［19］發現通過好氧出水回流到厭氧流化床可以實現厭氧氨氧化過程。對于高濃度氨氮滲濾液，ANAMMOX反應可使ANAMMOXA2／O工藝比普通A2／O工藝的TN去除率提高15%～20%，達32%以上；好氧出水NO2－N濃度有較大幅度地降低，改善了出水水質。張文藝等［20］針對常州市某生化制藥公司高濃度氨氮制藥廢水SBR處理工藝，改用前置回流式UBF－BAF組合工藝進行了試驗研究。結果表明：在厭氧生物膜的作用下，前置式UBF反應器內不僅依次發生了有機物分解的水解酸化和產甲烷的碳化反應，而且還同步發生了含氮化合物的反硝化和厭氧氨氧化反應，表現出COD、氨氮、亞硝酸鹽氮和總氮濃度同步降低。BAF承接經UBF厭氧處理后的出水，與SBR相比具有較高的同步脫碳、脫氮性能，其對氨氮和總氮去除率分別高達84.08%和68.15%。從UBF－BAF反應器中分離出了厭氧氨化細菌和好氧反硝化細菌，從微生物角度進一步表明了UBF－BAF組合反應器具有較強的脫氮能力。還有關于在曝氣生物流化池中投加高效菌種［21］、生物接觸氧化工藝［22］處理高氨氮廢水或高氨氮污染河水的報道。

4 結語

目前，關于氨氮廢水的處理方法主要有物化法、生物脫氮法兩大類，常規的物化脫氮技術處理費用較高，使其廣泛應用受到一定限制。而部分亞硝酸型硝化和厭氧氨氧化相結合的新型生物脫氮工藝能夠實現氨氮的最短途徑轉換，但還有許多問題尚待解決［23］。因此，可根據有關污水水質特點，參考國內外研究成果選擇適宜的處理方法，使之達到環境效益與經濟效益最佳狀態。

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