水处理之-物化脱氮技术
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空气吹脱法虽然效率比前者低，但能耗低，设备简 单，操作方便，在出水氨氮总量不高的情况下，采 用空气吹脱比较经济。对于吹脱的氨氮也可以用硫 酸作吸收剂，将生成的硫酸铵制成化肥。邓斌利用 烟道气处理焦化剩余氨水，把生成的硫酸铵以及废 水中的有机物和烟尘一起经收尘器收集后，可用来 制砖或作锅炉燃烧的助燃添加剂。
物化脱氮技术
概述
随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合 物的排放量急剧增加，己成为环境的主要污染源而引起各 界的关注。氨态氮是水相环境中氮的主要形态，是水体富 营养化和环境污染的一种重要污染物质，进入水体可引起 水体缺氧，滋生有害水生物，导致鱼类中毒。
氨氮污染的来源多，且排放量大，除生活污水和动物排泄 物外，大量的工业废水如炼油废水、某些制药废水和食品 工业废水，以及垃圾填埋场渗滤液等，也含有大量的氨氮。 排放高浓度氨氮废水的有钢铁、炼油、化肥、无机化工、 铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业部门，其 他一些工业也排放各种浓度的氨氮废水，不仅不同类的工 业废水中氨氮的浓度千变万化，即使同类工业不同工厂的 废水其浓度也各不相同。
催化湿式氧化
催化湿式氧化法是20世纪80年代国际上发展起来 的一种治理废水的新技术。在一定温度、压力和催 化剂作用下，经空气氧化，可使污水中的有机物和 氨分别氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质， 达到净化的目的。该法具有净化效率高（废水经净 化后可达到饮用水标准）、流程简单、占地面积少 等特点。经多年应用与实践，这一废水处理方法的 建设及运行费用仅为常规方法的 60％左右，因而 在技术上和经济上均具有较强的竞争力。
总结
折点加氯通常用于去除用其它的除氮方法处理后残 留的少量氨氮；很少用于去除相对较高浓度的氨氮 废水。此外，由于这种方法存在氯残留的问题，并 且处理后的水中的氯如果超过规定的限制就需要进 行脱氯处理，所以在实际使用中受到了很大的限制。
其它几种方法在实际使用中还是比较少采用的，例 如絮凝沉淀法需要使用大量的化学药剂，成本比较 昂贵。而液膜及催化湿式氧化属于比较新的技术， 多数还是在研究阶段，在实际处理过程中的使用还 不多，投入工业化生产还存在很多的问题亟待解决。
吹脱塔有两种形式，错流吹脱塔和逆流吹脱塔。在 错流吹脱塔中，空气沿着整个装填的深度方向进入， 然后在填料内流动，而碱性的废水流是向下流动的。 逆流吹脱塔通过在底端的开口吸入气体，而废水是 被泵送至填料塔的顶端。
吹脱法
错流吹脱塔
吹脱法
逆流吹脱塔
吹脱法
蒸汽吹脱法效率较高，氨氮去除率能达到90％以 上，但能耗较大，不仅需要蒸汽锅炉，而且维护工 作量大；在炼钢、化肥、石油化工等行业产生高浓 度氨氮多采用蒸汽吹脱法，并回收利用氨来降低安 装运行成本，经吹脱处理可回收到氨含量达30％ 以上的氨水。
吹脱的效果主要是依赖于空气温度和气水比率。当 空气温度降低时，处理效率也会大大降低。在 20℃（68F），氨的去除效率可以达到90～95％， 当温度为10℃（50F）时，去除效率只能达到75 ％。
折点加氯法
将氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离 氯含量较低而氨的浓度降为零，当氯气通入量超过 该点时，水中的游离氯就会增多。因此，该点称为 折点，该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法 除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气。
折点加氯法
氧化每毫克氨氮需要9－10 mg氯气。折点氯化法 处理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2进行 反氯化，以除去水中残余的氯。虽然氯化法反应迅 速，所需设备投资少，但液氯的安全使用和贮存要 求高，对pH要求也很高，产生的水需加碱中和， 处理成本也较高。若用次氯酸或二氧化氯发生装置 代替使用液氯，安全问题和运行费用可以降低，但 目前国内发生装置产氯量太小，且价格昂贵。因此 氯化法一般用于给水的处理，对于大水量高浓度氨 氮废水不太适合。
会产生高氯残留物，对水 有机体产生毒性；过程 pH值比较敏感；操作成 较高；过多的氯会引TDS； 需要仔细控制，避免三氯 氮气体的形成；需要有技 水平较高的操作者
可以产生可回用的氢氧化铵 产物；
可以满足总氮标准； 产品质量容易控制
有机物能使树脂粘结； 气体阳离子浓度的增加将 降低氨的去除能力；资金 入成本和操作成本较高； 要有技术水平较高的操作者
总结
离子交换过程的广泛应用使其设备得到快速发展， 现在所使用的设备功能几乎是自动的，并且需要相 对少的维修。虽然斜发沸石的总体交换能力要略微 小于合成有机树脂，但是它对铵离子的选择性要明 显优于传统交换树脂。
在各种去除铵的方法如：吹脱、折点加氯、反硝化 和离子交换中，离子交换法是相对比较好的处理方 法，尤其是在可以得到低成本的矿石作为离子交换 树脂时。
液膜是由含有表面活性剂、各种添加剂和碳 氢化合物溶剂组成的与水不相溶的膜，该膜 很薄，有效厚度约 l－10um，液膜颗粒很 小，具有很大的比表面积。溶剂液膜的主体， 表面活性剂通过它所含的亲水基和疏水基的 定向排列，使液膜上料液（即废水）的界面 固定，起到稳定液膜的作用。将污水与膜内 相含有特定试剂的微小液滴的液膜接触，可 以将废水中的污染物富集到液膜的内相中， 从而达到去除废水中污染物的目的。
总结
氨吹脱是一个简单的解吸附过程，用于处理低浓度 含氨废水。对于氨浓度在10～100mg/L的废水， 氨吹脱的处理效果较好。对于较高含氨量的废水 （超过100mg/L），就要使用更加经济的氨去除 技术，例如：蒸汽吹脱或是生物方法。
在实际使用中，吹脱法通常与生物法联合使用。研 究证明高浓度氨氮对生物活性有抑制作用，所以强 化生物预处理过程很重要。现在普遍采用物化－生 化法来处理高浓度氨氮废水，物化过程主要采用氨 吹脱法。
絮凝剂常用FeCl3、Al2（SO4）3和阴阳非离子型 聚合物。此法对氨氮的去除率很高，可达90％以 上，但费用比吹脱法高，产生的污泥对环境造成二 次污染。但当其用于脱氮预处理时，也可采用 PO43－类物质，污泥可作肥料使用，固有很大的 灵活性，但药剂费用比较贵。
膜法
液膜法 电渗析法
液膜法
吹脱法
为了减少能耗，有人提出超声波净化废水。将压缩 空气作为超声波的动力，使水分子承受交替压缩和 扩张，产生空化气泡，从而加强NH3的挥发和传质 效果，使其更容易由液相转为气相的机理，利用超 声波吹脱技术对高浓度氨氮废水进行试验，得出氨 氮去除率比传统吹脱技术增加17％－164％。 COD去除率为24.90％－34.76％，比传统吹脱法 提高21%。超声波吹脱氨氮的最佳工艺条件：PH 为11，时间为40 min，气水比l000：l。
处理时所需的实际氯气量取决于温度、pH及氨氮 浓度。在pH＝6～7进行反应，则投药量可最小。 接触时间一般为0.5～2h。严格控制pH值和投氯 量，可减少反应中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯 代有机物。当氨氮浓度小于20mg/L时，脱氮率大 于90％。PH影响较大，PH高时产生NO3-，低时 产生NCl3将消耗氯，通常控制pH在6－8。
沸石吸附法
溶液pH值对沸石除氨影响很大。通常，进 水pH值以6～8为宜。
吸附氨达到饱和的沸石可用5g/L的石灰乳或 饱和石灰水再生。再生液用量约为处理水量 的3～5%。研究表明，石灰再生液中加入 0.1mol的NaCl，可提高再生效率。
絮凝沉淀法
此法可去除氨氮、重金属及某些大分子有机物，常 与其它处理技术组合，既适用于反渗透、活性炭吸 附等深度处理的预处理，也可用于生化处理的预处 理或深度处理。
总结
但总体来说，由于各种废水水质的差异，没 有一种通用的方法能处理所有的氨氮废水， 还是需要根据不同工业过程废水的性质，选 择和确定处理技术及其工艺。
液膜法
液膜分离机理
电渗析法
电渗析也是膜法分离技术的一种，它利用施 加在阴阳膜对之间的电压去除水溶液中溶解 的固体。在电渗析室的阴阳渗透膜之间施加 直流电压，当进水通过多对阴阳离子渗透膜 时，含氨离子及其他离子在施加电压的影响 下，通过膜而进入另一侧的浓水中并在浓水 中聚集，因而从进水中分离出来。
技术对比分析
过程 空气吹脱 折点加氯
离子交换
优点
缺点
过程可以被控制以达到期望 的去除率；
对有毒物质不敏感； 该过程可以满足总氮标准
吹脱过程对温度比较敏感 需要温度控制，或是改变 作以适应环境温度的变化； 过程中需要经常调节pH值 有结垢现象
所有的氨氮都可以被氧化；
可以用于氨去除的微调处理 ；
占地面积小； 不受有毒物质的影响； 不受温度的影响； 低成本
吹脱法
超声波去除NH3－N工艺流程图 1.压缩机 2.转子流量计 3.气动超声波发生器 4.吹脱塔 5.吸NH3瓶
吹脱法
空气吹脱法除氨，去除率可达60～95%，流程简 单，操作灵活，处理效果稳定，基建费和运行费较 低，可处理高浓度合氨废水。但NH3－N仅从溶解 状态转化为气态，并没有彻底除去。当温度降低时， 脱氮率急剧下降，同时也受吹脱装置大小及长径比 例、气液接触效率的影响。
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液膜法
液膜分离机理有下列4种： 透过特制液膜的选择性渗透； 内相中的化学反应； 膜相萃取； 在膜与边疆相界面的选择性吸附。
乳状液膜法去除氨氮的具体过程是：氨态氮（NH3－N）易溶 于膜相（油相），它从膜相外高浓度的外侧，通过膜相的扩散 迁移，到达膜相内侧与内相界面，与膜内相中的酸发生解脱反 应，生成的NH4＋不溶于油相而稳定在膜内相中，在膜内外两 侧氨浓度差的推动下，氨分子不断通过膜表面吸附，渗透扩散 迁移至膜相内侧解吸，从而达到分离去除氨氮的目的。反应式 如下： NH3 ＋H＋——NH4＋
物化脱氮方法介绍
吹脱法 折点氯化法 离子交换法——沸石吸附 絮凝沉淀法 膜法 催化湿式氧化
吹脱法
吹脱法包括蒸汽吹脱法和空气吹脱法。其机理是高 浓度氨氮在碱性条件转变为游离氨，被空气（蒸汽） 由液相吹到气相而分离的方法。吹脱过程通常在吹 脱塔内进行，吹脱塔内装填木质或塑料板条填料， 空气流由塔的下部进入，而废水则由塔顶落至塔底 集水池。
沸石吸附法
沸石是一种硅铝酸盐，为一种弱酸型阳离子交换剂。 在沸石的三维空间结构中，具有规则的孔道结构和 空穴，使其具有筛分效应，交换吸附选择性、热稳 定性及形稳定性等优良性能。天然沸石的种类很多， 用于去除氨氮的主要为斜发沸石。
斜发沸石对某些阳离子的交换选择性次序为：K+， NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。利用斜 发沸石对NH4+的强选择性，可采用交换吸附工艺 去除水中氨氮。交换吸附饱和的沸石经再生可重复 利用。
物化脱氮技术
概述
随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合 物的排放量急剧增加，己成为环境的主要污染源而引起各 界的关注。氨态氮是水相环境中氮的主要形态，是水体富 营养化和环境污染的一种重要污染物质，进入水体可引起 水体缺氧，滋生有害水生物，导致鱼类中毒。
氨氮污染的来源多，且排放量大，除生活污水和动物排泄 物外，大量的工业废水如炼油废水、某些制药废水和食品 工业废水，以及垃圾填埋场渗滤液等，也含有大量的氨氮。 排放高浓度氨氮废水的有钢铁、炼油、化肥、无机化工、 铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业部门，其 他一些工业也排放各种浓度的氨氮废水，不仅不同类的工 业废水中氨氮的浓度千变万化，即使同类工业不同工厂的 废水其浓度也各不相同。
催化湿式氧化
催化湿式氧化法是20世纪80年代国际上发展起来 的一种治理废水的新技术。在一定温度、压力和催 化剂作用下，经空气氧化，可使污水中的有机物和 氨分别氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质， 达到净化的目的。该法具有净化效率高（废水经净 化后可达到饮用水标准）、流程简单、占地面积少 等特点。经多年应用与实践，这一废水处理方法的 建设及运行费用仅为常规方法的 60％左右，因而 在技术上和经济上均具有较强的竞争力。
总结
折点加氯通常用于去除用其它的除氮方法处理后残 留的少量氨氮；很少用于去除相对较高浓度的氨氮 废水。此外，由于这种方法存在氯残留的问题，并 且处理后的水中的氯如果超过规定的限制就需要进 行脱氯处理，所以在实际使用中受到了很大的限制。
其它几种方法在实际使用中还是比较少采用的，例 如絮凝沉淀法需要使用大量的化学药剂，成本比较 昂贵。而液膜及催化湿式氧化属于比较新的技术， 多数还是在研究阶段，在实际处理过程中的使用还 不多，投入工业化生产还存在很多的问题亟待解决。
吹脱塔有两种形式，错流吹脱塔和逆流吹脱塔。在 错流吹脱塔中，空气沿着整个装填的深度方向进入， 然后在填料内流动，而碱性的废水流是向下流动的。 逆流吹脱塔通过在底端的开口吸入气体，而废水是 被泵送至填料塔的顶端。
吹脱法
错流吹脱塔
吹脱法
逆流吹脱塔
吹脱法
蒸汽吹脱法效率较高，氨氮去除率能达到90％以 上，但能耗较大，不仅需要蒸汽锅炉，而且维护工 作量大；在炼钢、化肥、石油化工等行业产生高浓 度氨氮多采用蒸汽吹脱法，并回收利用氨来降低安 装运行成本，经吹脱处理可回收到氨含量达30％ 以上的氨水。
吹脱的效果主要是依赖于空气温度和气水比率。当 空气温度降低时，处理效率也会大大降低。在 20℃（68F），氨的去除效率可以达到90～95％， 当温度为10℃（50F）时，去除效率只能达到75 ％。
折点加氯法
将氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离 氯含量较低而氨的浓度降为零，当氯气通入量超过 该点时，水中的游离氯就会增多。因此，该点称为 折点，该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法 除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气。
折点加氯法
氧化每毫克氨氮需要9－10 mg氯气。折点氯化法 处理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2进行 反氯化，以除去水中残余的氯。虽然氯化法反应迅 速，所需设备投资少，但液氯的安全使用和贮存要 求高，对pH要求也很高，产生的水需加碱中和， 处理成本也较高。若用次氯酸或二氧化氯发生装置 代替使用液氯，安全问题和运行费用可以降低，但 目前国内发生装置产氯量太小，且价格昂贵。因此 氯化法一般用于给水的处理，对于大水量高浓度氨 氮废水不太适合。
会产生高氯残留物，对水 有机体产生毒性；过程 pH值比较敏感；操作成 较高；过多的氯会引TDS； 需要仔细控制，避免三氯 氮气体的形成；需要有技 水平较高的操作者
可以产生可回用的氢氧化铵 产物；
可以满足总氮标准； 产品质量容易控制
有机物能使树脂粘结； 气体阳离子浓度的增加将 降低氨的去除能力；资金 入成本和操作成本较高； 要有技术水平较高的操作者
总结
离子交换过程的广泛应用使其设备得到快速发展， 现在所使用的设备功能几乎是自动的，并且需要相 对少的维修。虽然斜发沸石的总体交换能力要略微 小于合成有机树脂，但是它对铵离子的选择性要明 显优于传统交换树脂。
在各种去除铵的方法如：吹脱、折点加氯、反硝化 和离子交换中，离子交换法是相对比较好的处理方 法，尤其是在可以得到低成本的矿石作为离子交换 树脂时。
液膜是由含有表面活性剂、各种添加剂和碳 氢化合物溶剂组成的与水不相溶的膜，该膜 很薄，有效厚度约 l－10um，液膜颗粒很 小，具有很大的比表面积。溶剂液膜的主体， 表面活性剂通过它所含的亲水基和疏水基的 定向排列，使液膜上料液（即废水）的界面 固定，起到稳定液膜的作用。将污水与膜内 相含有特定试剂的微小液滴的液膜接触，可 以将废水中的污染物富集到液膜的内相中， 从而达到去除废水中污染物的目的。
总结
氨吹脱是一个简单的解吸附过程，用于处理低浓度 含氨废水。对于氨浓度在10～100mg/L的废水， 氨吹脱的处理效果较好。对于较高含氨量的废水 （超过100mg/L），就要使用更加经济的氨去除 技术，例如：蒸汽吹脱或是生物方法。
在实际使用中，吹脱法通常与生物法联合使用。研 究证明高浓度氨氮对生物活性有抑制作用，所以强 化生物预处理过程很重要。现在普遍采用物化－生 化法来处理高浓度氨氮废水，物化过程主要采用氨 吹脱法。
絮凝剂常用FeCl3、Al2（SO4）3和阴阳非离子型 聚合物。此法对氨氮的去除率很高，可达90％以 上，但费用比吹脱法高，产生的污泥对环境造成二 次污染。但当其用于脱氮预处理时，也可采用 PO43－类物质，污泥可作肥料使用，固有很大的 灵活性，但药剂费用比较贵。
膜法
液膜法 电渗析法
液膜法
吹脱法
为了减少能耗，有人提出超声波净化废水。将压缩 空气作为超声波的动力，使水分子承受交替压缩和 扩张，产生空化气泡，从而加强NH3的挥发和传质 效果，使其更容易由液相转为气相的机理，利用超 声波吹脱技术对高浓度氨氮废水进行试验，得出氨 氮去除率比传统吹脱技术增加17％－164％。 COD去除率为24.90％－34.76％，比传统吹脱法 提高21%。超声波吹脱氨氮的最佳工艺条件：PH 为11，时间为40 min，气水比l000：l。
处理时所需的实际氯气量取决于温度、pH及氨氮 浓度。在pH＝6～7进行反应，则投药量可最小。 接触时间一般为0.5～2h。严格控制pH值和投氯 量，可减少反应中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯 代有机物。当氨氮浓度小于20mg/L时，脱氮率大 于90％。PH影响较大，PH高时产生NO3-，低时 产生NCl3将消耗氯，通常控制pH在6－8。
沸石吸附法
溶液pH值对沸石除氨影响很大。通常，进 水pH值以6～8为宜。
吸附氨达到饱和的沸石可用5g/L的石灰乳或 饱和石灰水再生。再生液用量约为处理水量 的3～5%。研究表明，石灰再生液中加入 0.1mol的NaCl，可提高再生效率。
絮凝沉淀法
此法可去除氨氮、重金属及某些大分子有机物，常 与其它处理技术组合，既适用于反渗透、活性炭吸 附等深度处理的预处理，也可用于生化处理的预处 理或深度处理。
总结
但总体来说，由于各种废水水质的差异，没 有一种通用的方法能处理所有的氨氮废水， 还是需要根据不同工业过程废水的性质，选 择和确定处理技术及其工艺。
液膜法
液膜分离机理
电渗析法
电渗析也是膜法分离技术的一种，它利用施 加在阴阳膜对之间的电压去除水溶液中溶解 的固体。在电渗析室的阴阳渗透膜之间施加 直流电压，当进水通过多对阴阳离子渗透膜 时，含氨离子及其他离子在施加电压的影响 下，通过膜而进入另一侧的浓水中并在浓水 中聚集，因而从进水中分离出来。
技术对比分析
过程 空气吹脱 折点加氯
离子交换
优点
缺点
过程可以被控制以达到期望 的去除率；
对有毒物质不敏感； 该过程可以满足总氮标准
吹脱过程对温度比较敏感 需要温度控制，或是改变 作以适应环境温度的变化； 过程中需要经常调节pH值 有结垢现象
所有的氨氮都可以被氧化；
可以用于氨去除的微调处理 ；
占地面积小； 不受有毒物质的影响； 不受温度的影响； 低成本
吹脱法
超声波去除NH3－N工艺流程图 1.压缩机 2.转子流量计 3.气动超声波发生器 4.吹脱塔 5.吸NH3瓶
吹脱法
空气吹脱法除氨，去除率可达60～95%，流程简 单，操作灵活，处理效果稳定，基建费和运行费较 低，可处理高浓度合氨废水。但NH3－N仅从溶解 状态转化为气态，并没有彻底除去。当温度降低时， 脱氮率急剧下降，同时也受吹脱装置大小及长径比 例、气液接触效率的影响。
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液膜法
液膜分离机理有下列4种： 透过特制液膜的选择性渗透； 内相中的化学反应； 膜相萃取； 在膜与边疆相界面的选择性吸附。
乳状液膜法去除氨氮的具体过程是：氨态氮（NH3－N）易溶 于膜相（油相），它从膜相外高浓度的外侧，通过膜相的扩散 迁移，到达膜相内侧与内相界面，与膜内相中的酸发生解脱反 应，生成的NH4＋不溶于油相而稳定在膜内相中，在膜内外两 侧氨浓度差的推动下，氨分子不断通过膜表面吸附，渗透扩散 迁移至膜相内侧解吸，从而达到分离去除氨氮的目的。反应式 如下： NH3 ＋H＋——NH4＋
物化脱氮方法介绍
吹脱法 折点氯化法 离子交换法——沸石吸附 絮凝沉淀法 膜法 催化湿式氧化
吹脱法
吹脱法包括蒸汽吹脱法和空气吹脱法。其机理是高 浓度氨氮在碱性条件转变为游离氨，被空气（蒸汽） 由液相吹到气相而分离的方法。吹脱过程通常在吹 脱塔内进行，吹脱塔内装填木质或塑料板条填料， 空气流由塔的下部进入，而废水则由塔顶落至塔底 集水池。
沸石吸附法
沸石是一种硅铝酸盐，为一种弱酸型阳离子交换剂。 在沸石的三维空间结构中，具有规则的孔道结构和 空穴，使其具有筛分效应，交换吸附选择性、热稳 定性及形稳定性等优良性能。天然沸石的种类很多， 用于去除氨氮的主要为斜发沸石。
斜发沸石对某些阳离子的交换选择性次序为：K+， NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。利用斜 发沸石对NH4+的强选择性，可采用交换吸附工艺 去除水中氨氮。交换吸附饱和的沸石经再生可重复 利用。