高浓度氨氮废水脱氮技术研究进展

第２８卷第１期２００８年１月工业水处理ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＶ０１．２８Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２００８高浓度氨氮废水脱氮技术研究进展何岩，赵由才，周恭明（同济大学污染控制和资源化研究国家重点实验室，上海２０００９２）【摘要】结合高浓度氨氮废水的特点，评述了主要的氨氮处理技术，包括折点氯化法、吹脱法、选择性离子交换法、化学沉淀法及传统生物脱氮技术，同时还评述了硝化反硝化、亚硝酸型硝化反硝化、厌氧氨氧化以及亚硝酸型硝化一厌氧氨氧化等新型生物脱氮技术，介绍了它们的处理原理、研究现状、适宜条件和需要解决的问题。

同时指出了高浓度氨氮废水处理技术今后的发展方向。

【关键词】氨氮废水；脱氮技术；生物脱氮【中豳分类号］Ｘ７０３．１；ＴＱ３１４．２５３【文献标识码］Ａ［文章编号】１００５—８２９Ｘ（２００８）０１—０００１—０３ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｃｅｓｓｏｎｔｈｅｄｅｎｉｔｒＯｇｅｎａｔｉＯｎｏｆｈｉｇｈｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄａｍｍＯｎｉＵｍ－ｎｉｔｒｏｇｅｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒＨｅＹａｈ，ＺｈａｏＹｏｕｃａｉ，ＺｈｏｕＧｏｎｇｍｉｎｇ（ＳｔａｔｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｕｓｅ，ｒｏｎ百ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，航佩砂面２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄａｍｍｏｎｉｕｍ－ｎｉｔｒｏｇｅｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆａｍｍｏｎｉｕｍ－ｎｉｔｒｏｇｅｎａｒｅｍａｉｌｌｌｙｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｂｒｅａｋｐｏｉｎｔｃｈｌｏｒｉｎａｔｉｏｎ，ａｉｒｓｔｒｉｐｐｉｎｇ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅ，ｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｔｒｅａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓ，ｓｕｉｔａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｏｆｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｎｉｔｒｉｔａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎａｅｒｏｂｉｃａｍｍｏｎｉｕｍｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄｎｉｔｒｉｔａｔｉｏｎ／ａｎａｍｍｏｘ，ａｌｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｈｉｇｈｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄａｍｍｏｎｉｕｍ－ｎｉｔｒｏｇｅｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｌｅｉｎｄｉｃａｔｅｄａｓｗｅｌｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａｍｍｏｎｉｕｍ－ｎｉｔｒｏｇｅｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｄｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ高浓度氨氮废水主要来自于石油化工、有色金属化学冶金、化肥、味精、肉类加工和养殖等行业生产排放的废水以及垃圾渗滤液等。

由于这些氨氮废水成分复杂，可生化性较差，使得传统的生物脱氮工艺脱氮效果不佳。

同时，折点氯化法和吹脱法等常规物化脱氮技术处理高氨氮废水在技术经济上仍存在不少问题。

氨氮的去除达标往往成为处理这类废水的瓶颈ｊ而且，随着水质富营养化问题的日益严重以及人们对氮危害水环境质量认识的深入．废水处理中对氮的处理标准也日益严格。

为此。

经济有效地去除废水中的高氨氮成为处理高浓度氨氮废水亟待解决的问题之一。

１氨氮物化处理技术１．１折点氯化法折点氯化法去除氨氮是将氯气（生产上用加氯机将氯气制成氯水）或次氯酸钠投入废水，将废水中的氨氮氧化成氮气的化学脱氮工艺（１】。

中国科学院山西煤化所用含有质量分数约２５％次氯酸钙的漂白粉做脱除剂。

用来处理氨氮吹脱后焦化废水中的氨氮，经浸渍和固液分离，废水可达到国家一级排放标准。

大大降低了运行费用。

但尚未见工业化报道（扪。

宋卫峰等［３］采用折点氯化法处理氨氮吹脱后的含钴废水．其处理效果直接受到前置氨氮吹脱工艺效果的影响。

当废水中７０％的氨氮经吹脱工艺去［基金项目】上海市科委２００５年重大专项《老港填埋场生态修复与土地资源循环利用技术与示范）（０５ＤＺｌ２００３）；瑞典ＳＩＤＡ（瑞典国际发展组织）资助的亚洲区合作项目（０４００２３９００６）　万方数据专论与综述工业水处理２００８—０１，２８（１）除后。

再经折点氯化法处理，出水氨氮质量浓度＜１５ｍｇ／Ｌ。

城市污水试验表明，折点氯化法脱氨可以使出水氨氮质量浓度＜０．１ｍｅ／Ｌ。

但该法用于高氨氮废水处理主要存在以下问题：（１）处理成本高，约１６—２０元／ｍ，。

（２）高浓度氨氮废水成分复杂，往往含有芳香烃系化合物和腐殖质等大分子有机物，采用折点氯化法去除氨氮无疑会大大增加出水对生物致突、致畸的潜在危害性。

因此，折点氯化法只适用于高浓度氨氮废水的深度处理。

１．２吹脱法吹脱法去除氨氮是利用ＮＨ，与ＮＨ．＋间的动态平衡，通过调整ｐＨ，使氨氮主要以游离氨形态存在，然后再进行曝气吹脱。

使游离氨从水中逸出，从而达到去除氨氮的目的。

胡继峰等［·】对吹脱法处理氮肥厂废水进行了研究．发现若使氨氮去除率达到９０％以上，需要调整ｐＨ＞１２，温度＞９０℃，因此只能采用蒸汽或热空气吹脱；而要使废水达标排放。

还需要增加其他后续处理工艺。

卢平等【５］用鼓风曝气法对垃圾渗滤液进行吹脱。

在ｐＨ＝９．５，吹脱时间为１２ｈ时．可使氨氮质量浓度从１４００ｍｇ／Ｌ降至５３０ｍｇ／Ｌ，且随吹脱时间的延长，出水ｐＨ降至８．７，有利于后续生化系统的运行。

孙英杰等［６】进行了吹脱法处理尿素厂高氨氮废水的研究。

发现吹脱法预处理高浓度氨氮废水是可行的。

且氨氮去除率可达７８％。

吹脱法去除氨氮具有除氨氮效果较好、操作简便、易于控制等优点。

是目前常用的物化脱氮技术。

但吹脱法用于处理高氨氮废水存在如下问题：（１）吹脱气体的二次污染；（２）吹脱塔内经常结垢，低温时氨氮去除效率低；（３）对于含有大量弱酸、弱碱盐的高氨氮废水，例如垃圾渗滤液，对ｐＨ的缓冲能力强，当将ｐＨ调至１０左右时，ｐＨ变化缓慢，需要投加大量的碱才能使ｐＨ突变。

因此，吹脱法适合于高浓度氨氮废水的预处理。

开发新型高效吹脱装置．提高吹脱效率，对脱氨尾气进行有效处理，防止吹脱气体的二次污染是今后的发展方向。

１．３选择性离子交换法由于天然沸石（主要是斜发沸石）的价格低于人工合成的离子交换树脂，并且对ＮＨ４＋具有强的选择吸附能力。

因此工程上常用的选择性离子交换法是利用沸石对ＮＨｇ的强选择性。

将ＮＨ４＋截留于沸石表面，从而去除废水中的氨氮。

当沸石交换容量饱和后。

沸石需再生。

该法一般只适用予低浓度氨氮废水，对于高浓度的氨氮废水，会因再生频繁而造一２一成操作困难。

因此，用选择性离子交换法处理高氨氮废水时需要结合其他工艺来协同完成脱氮过程。

当前相关的研究主要集中在沸石对生物脱氮过程的强化方面，利用沸石对ＮＨ４＋的强选择性和微生物对铵沸石的再生作用来实现系统持续稳定的脱氮（似】。

针对高氨氮废水的研究相对较少。

对沸石进行改性处理，提高吸附速率和交换容量。

优化沸石对生物脱氮的强化作用是今后的发展方向。

１．４化学沉淀法化学沉淀法除氨氮是通过在废水中投加镁的化合物和磷酸或磷酸氢盐．生成磷酸铵镁沉淀．从而去除废水中的氨氮。

磷酸铵镁的化学分子式是ＭｇＮＨ。

Ｐ仉·６Ｈ：０，俗称鸟粪石，可用作堆肥、花园土壤的添加剂或建筑结构制品的阻火剂。

赵庆良等（１０】采用磷酸铵镁沉淀法对氨氮质量浓度高达５６１８ｍｇ／Ｌ的老龄填埋渗滤液进行了脱氮研究．实验结果为：当ＭｇＣｌ２·６ＨｚＯ和Ｎａ２ＨＰ０４·１２Ｈ２０以ｎ（Ｍ９２＋）：ｎ（ＮＩ－ｈ＋）：儿（ＰＯ，）＝１．１：１：１投加时，反应１５ｍｉｎ后，填埋渗滤液中的氨氮从５６１８ｍｇ／Ｌ降至１１２ｍｇ／Ｌ（整个过程没有调节ｐＨ）；当再进一步增加Ｍ矿或Ｐ０。

｝的投加量时，由于受磷酸铵镁沉淀溶度积的限制，氨氮浓度不能进一步得到降低。

磷酸铵镁沉淀法可以避免吹脱法造成的吹脱塔结垢、臭味等问题．处理效率不受温度限制。

但此方法用于高氨氮废水处理主要存在以下问题：（１）处理成本高；（２）按理论计算，去除１ｇＮＨｇ—Ｎ可产生８．３５ｇＮａＣｌ，由此带来的高盐度将会影响后续生物处理的微生物活性。

为此。

寻找廉价高效的沉淀剂并开发沉淀物作为肥料的价值是今后的发展方向。

此外．去除氨氮的物化法还有电化学法、催化湿式氧化法、反渗透法等。

这些物化脱氮技术由于处理成本较高．目前仅适合于高氨氮废水处理的深度处理。

因此，完善现有物化脱氮工艺，例如降低电耗、研制廉价高效的催化剂和耐污强的渗透膜等。

是今后开发高效低耗的新型物化脱氮工艺需要重点解决的问题。

２氨氮生物处理技术２．１传统生物脱氮技术传统生物脱氮技术是目前应用最广泛的脱氮方法。

根据传统生物脱氮理论发展起来的生物脱氮工艺通常是将硝化反应和反硝化反应作为两个独立的阶段分别在不同的反应器中或者在时间和空间上造成交替缺氧和好氧环境的同一个反应器中进行。

在　万方数据工业水处理２００８—０１，２８（１）何岩，等：高浓度氨氮废水脱氮技术研究进展工程应用中主要有Ａ／Ｏ工艺、Ａ２０工艺、ＵＣＴ工艺、各种氧化沟以及ＳＢＲ的各种改进型工艺等。

传统生物脱氮工艺用于高氨氮废水处理主要存在的问题为：（１）高氨氮废水的处理需要大大增加供氧量，这将增加处理系统的基建投资和供氧动力费用；对于缓冲能力差的高氨氮废水，还需要补充大量的碱度来维持体系的ｐＨ在反硝化所需的范围内。

（２）一些高氨氮废水中存在大量的游离氨，将对微生物的活性产生抑制作用［１¨，从而影响传统生物脱氮工艺的正常运行。

（３）对于可生化性差的高氨氮废水，需要大量投加外部碳源来满足反硝化要求，导致处理成本偏高。

目前，传统生物脱氮技术用于高氨氮废水处理时。

通常用前置物化脱氮工艺将进水氨氮浓度降低至生物处理适宜范围内。

２．２新型生物脱氮技术近年来．随着人们对生物脱氮过程认识的深入．出现了一些新的生物脱氮理论，例如好氧反硝化、自养反硝化、异养硝化、同时硝化反硝化、短程硝化反硝化以及厌氧氨氧化等。

但是．由于好氧反硝化和自养反硝化引起的脱氮量太少．不足以应用于工程实践．同时异养硝化由于只有当Ｃ／Ｎ＞１０时才会明显，所以工程应用价值也不大［１２，１３）。

因此，目前研究的重点主要是同时硝化反硝化、短程硝化（亚硝酸型硝化）反硝化和厌氧氨氧化。

２．２．１同时硝化反硝化传统生物脱氮观点认为硝化与反硝化反应不能同时发生。