高氨氮廢水處理技術及研究現狀

閆家望

（德州市環境保護監測中心站，山東 德州 253000）

污水中的含氮化合物主要有四種，即有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮，其中氨氮是最主要的存在形式。氨氮在污水中的存在形式有兩種，即游離氨（NH3）與離子狀態的氨鹽（NH4+），高氨氮廢水排入水體，會使水體產生富營養化現象，嚴重威脅水環境的安全。因此，如何經濟、高效地處理高氨氮廢水是保障水環境安全的首要任務。本文從高氨氮廢水的來源、水質特征、危害和處理技術等方面進行探究，以期促進高氨氮廢水處理技術的發展。

1 高氨氮廢水來源及水質特征

高氨氮廢水具有來源廣、水質多變等特點，包括化肥廢水、味精廢水、焦化廢水、垃圾滲濾液、煤氣廢水、養殖廢水等[1]。

氮素是化肥的主要成分，生產化肥的過程中氮元素會大量進入廢水中，以氨氮的形式存在于廢水中，化肥廢水的氨氮濃度為400～700 mg/L、CODCr（化學需氧量）為400～600 mg/L。

味精生產流程一般為：制糖-谷氨酸發酵-中和提取-精制，其中，谷氨酸發酵工藝中會產生大量的高氨氮廢水，氨氮濃度高達5000～6000 mg/L，此外味精廢水也是典型的高濃度有機廢水，廢水中的CODCr為 20000～ 30000 mg/L。

原煤高溫干餾、煤氣凈化等過程會產生大量焦化廢水，焦化廢水的水質成分與生產工藝有關，一般焦化廢水中氨氮的濃度為200～700 mg/L。城市化的快速發展使居民產生的生活垃圾越來越多，垃圾進入填埋場后，垃圾本身的水分進入土壤，會形成一種高濃度難降解的垃圾滲濾液，垃圾滲濾液中氨氮的濃度高達2000 mg/L。煤氣生產過程中產生的煤氣廢水含大量的氨氮以及CODCr，一般煤氣廢水中氨氮的濃度為200～250 mg/L、CODCr為1200～1400 mg/L。

養殖企業動物糞便、尿液的集中排放帶來的環境問題不容忽視，養殖廢水也是高氨氮廢水之一。養殖企業廢水中氨氮的濃度為800～2200 mg/L、CODCr為 3000～12000 mg/L。

常見的六種高氨氮廢水水質指標總結如表1所示，通過比較發現，不同企業產生的廢水中氨氮的含量差別很大，呈現出高氨氮高COD、低氨氮低COD、低氨氮高COD三個特點。因此，高氨氮廢水的差異性也導致高氨氮廢水處理難度的增加。

表1 高氨氮廢水水質特征

2 高氨氮廢水危害

圖1為自然界中氨氮轉化示意圖，由該圖可以看出，氨氮在氮形態轉化過程中起重要作用。有機的降解主要有兩種途徑：一是有機物在氨氧化菌的作用下生成氨氮，在高pH值下氨氮會形成游離氨，合適條件下游離氨會吹脫進入空氣中；二是有機物被轉化成氨氮后，氨氮在亞硝化菌作用下轉化成亞硝酸氮，亞硝酸氮在硝酸菌作用下轉化為硝酸氮，以上過程是氨氮轉化的硝化作用，硝酸氮與亞硝酸氮在反硝化菌的作用下被還原成氮氣。由以上分析可知，在含氮有機物降解的兩種途徑中，氨氮起橋梁作用，一旦氨氮這一核心產物出現問題，整個氨氮循環將受到影響。

圖1 自然界中氨氮的轉化示意圖

高氨氮廢水的排放具有四種危害：一是水體富營養化，高氨氮廢水的排放會破壞水環境系統平衡，導致水體富營養化加重；二是影響水廠運行，高氨氮水源水進入水廠后會影響水廠出水水質，使水廠出水產生異味；三是影響水生生物，水中硝化菌的硝化作用會消耗大量的溶解氧，氨氮需氧量在總需氧量中占比較大，因此會導致水體嚴重缺氧，對魚類、好氧水生物的生長不利；四是危害人類健康，高氨氮廢水在氨氮轉化成氮氣的過程中會產生大量的硝酸鹽和亞硝酸鹽，它們是誘發高鐵血紅蛋白的主要因素。

綜上分析，對高氨氮廢水進行有效的處理是確保水環境安全與居民飲用水安全的一項重要任務。

3 主要處理技術

高氨氮廢水水質變化較大，根據不同的水質產生了不同的處理方法。目前，廣泛應用的方法主要有物化法與生物法，在處理高氨氮廢水的實際工程應用中，兩種方法都取得了較好的經濟效益。

3.1 物化法

3.1.1 吹脫法

吹脫法是一種典型的高氨氮廢水物理處理法，其原理如式（1）所示。向高氨氮廢水中加入堿，升高廢水的pH值，由于OH-濃度增加，電離平衡向右進行產生氨氣，然后再吹脫塔中將氨氣吹脫至空氣中。

周偉博等采用吹脫聯合MAP法處理百草枯高氨氮廢水[2]。小試試驗結果表明，吹脫聯合MAP法能夠使百草枯廢水中氨氮濃度從23066 mg/L降至26.99 mg/L，氨氮的去除效率高達99.9%。當試驗工況為pH=10.5、氣液比為3870、水溫為43～47℃、吹脫時間為6.5 h時，吹脫法對氨氮的去除效率達到99.9%，能夠達到小試試驗的去除效率。MAP法適用于中低濃度高氨氮廢水，處理成本較高，吹脫聯合MAP法能夠解決這一問題，同時還能夠去除COD，去除率可達60%。

3.1.2 電解法

電解法主要利用具有催化活性的電極對水中的氨氮進行氧化，以達到對氨氮去除的目的。魯劍等采用體積為1 L的玻璃燒杯作為反應器，陽極電極采用Ti/RuO2-IrO2、陰極材料為不銹鋼板、電極的面積為50 cm2、電極間距為2 cm，對自行配置的高氨氮廢水進行電解處理[3]。試驗結果表明，當電流強度為9 A、電極間距為1 cm、投加氯化鈉摩爾比（NH3-N/Cl-）為1:4，電解90 min后氨氮濃度可以從2000 mg/L降到247.51 mg/L，氨氮的去除率87.6%。電流強度、氯離子濃度等對氨氮的去除率都有影響，電流強度越大對氨氮的去除率越高；氯離子濃度增加，氨氮的去除率也會增加，但是當氯離子濃度增加到一定值后，氨氮的去除效率基本沒有變化。

3.1.3 化學沉淀法

廢水中高氨氮會抑制微生物的生理作用，因此某些高氨氮廢水不宜采用生物法，所以化學沉淀法得到了廣泛應用。化學沉淀法的基本原理是，向高氨氮廢水中投加磷化物與鎂化物生成磷酸銨鎂沉淀，從而達到去除氨氮的效果。徐志高等以磷化物與鎂化物為沉淀試劑，處理鋯鉿萃取分離所產的高氨氮廢水[4]。試驗結果表明，發生沉淀反應的最佳pH值為9.0～10.5，pH值對氨氮的去除影響很大，當廢水的pH值為9.5、氨氮濃度為3000 mg/L時，在25℃的條件下反應20 min氨氮的去除率高達95%。

3.2 生物法

生物法脫氮技術應用非常廣泛，但是高氨氮廢水中氨氮的濃度會影響微生物活性，需要對原水進行稀釋處理。另外，消化過程需要大量的溶解氧，反硝化過程需要大量的碳源。高氨氮廢水的生物去除工藝常見的有膜生物反應器法與厭氧氨氧化法。

3.2.1 膜生物反應器法

膜生物反應器是水處理膜技術與生物處理技術相結合的一種廢水處理工藝，以膜取代傳統生物處理工藝的二沉池，膜能夠截留活性污泥，生物反應器中能保持高的微生物濃度，大大高了處理負荷。因此，膜生物反應器法是處理高氨氮廢水的一種高效工藝。

駱欣等設計了缺氧-好氧膜生物反應器來處理高氨氮廢水，高氨氮廢水采用模擬廢水，采用甲醇為外加碳源[5]。連續運行結果表明，缺氧-好氧膜生物反應器對廢水的濁度去除效果較好，去除率高達99.8%；工藝運行穩定后對COD的去除率可達95.3%，對氨氮的去除率可達97.2%。該工藝還具有處理負荷高、抗沖擊負荷強的優勢。

3.2.2 厭氧氨氧化法

厭氧氨氧化過程指的是在厭氧條件下微生物直接以NH4+為電子供體，以硝態氮或亞硝態氮為電子受體，將硝態氮或亞硝態氮轉化為氮氣的過程。

王元月等對國內外厭氧氨氧化技術的實際應用情況進行總結，分析了高氨氮廢水來源以及其水質特征，評價了廢水中氨氮、有機物濃度以及有毒物質對厭氧氨氧化工藝的影響，認為總體上厭氧氨氧化工藝處理高氨氮廢水是可行的[6]。

4 結語

高氨氮廢水具有來源廣、水質變化大等特點，其排入水體不僅危害水生生物，也嚴重危害飲用水安全。高氨氮廢水的物化法處理一般運行費用高昂，因此其應用受到了一定限制。生物法雖然具有運行費用低、出水水質高等特點，但是微生物的馴化過程較困難，微生物活性易受水質、水溫、有毒物質等影響。在實際工程中，人們應根據具體的廢水水質特征來選擇合理的工藝，從而達到節能減排的目的。

參考文獻

1 虞發軍.試論氨氮廢水的處理技術及發展[J].工程技術，2017，（1）：173.

2 周偉博，伊學農，施 柳.吹脫聯合MAP法處理高氨氮廢水的研究[J].中國給水排水，2014，（21）：110-113.

3 魯 劍，張 勇，吳盟盟，等.電化學氧化法處理高氨氮廢水的試驗研究[J].安全與環境工程，2010，17（2）：51-53.

4 徐志高，黃 倩，張建東，等.化學沉淀法處理高濃度氨氮廢水的工藝研究[J].工業水處理，2010，30（6）：31-34.

5 駱 欣，楊宗政，顧 平.缺氧-好氧膜生物反應器處理高氨氮廢水的研究[J].華北科技學院學報，2007，4（1）：33-36.

6 王元月，魏源送，張樹軍.厭氧氨氧化技術處理高濃度氨氮工業廢水的可行性分析[J].環境科學學報，2013，33（9）：2359-2368.