物化法去除氨氮废水方法综述及工程实例

物化法去除氨氮废水方法综述及工程实例

陈建

（上海宝钢工程技术有限公司）

摘要：本文针对实际工程中不适合采用生物脱氮的情况下，介绍了几种常见的去除氨氮的物理化学方法，并列举了国内外的工程实例，对含不同浓度氨氮的工业废水的工艺选择及工程设计有一定的借鉴意义。

关键词：物化法氨氮化学沉淀氨吹脱折点氯化离子交换

1 前言

废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。从工业废水中去除氨氮已有多种方法，如：离子交换法、反渗透、电渗析、氯化法、蒸馏、氨吹脱、焚烧、催化裂解、电化学处理、土壤灌溉、藻类养殖、生物硝化等[1]。对一给定的废水，氨氮处理技术的选择主要取决于水的性质、要求达到的处理效果、经济性、处理后出水的最终处置方法等。根据目前的经验，较适用的去除氨氮的方法有：生物脱氮、化学沉淀法、氨吹脱法、折点氯化法、离子交换法。

虽然生物脱氮是目前较常用的一种方法，但有些场合却不适用。比如间断性的小水量，像电厂检修废水含有较高浓度的氨氮，一年检修一两次，每次水量几百吨，原本没有生物处理系统的水处理工艺此时不可能再加生物处理系统，即使用了生物系统，可能其水量还不够调试用。再如高浓度的氨氮废水，像垃圾渗滤液，过低的C/N比使得系统的脱氮效率不高，高浓度的氨氮对系统的生物活性也有抑制作用[2]。诸如此类情况下物化法就有了得天独厚的优势。本文着重介绍常用的几种物化法去除氨氮的方法。

2方法综述及工程实例

2.1化学沉淀法

化学沉淀法从20世纪60年代就开始用于废水处理，随着对化学沉淀法的不断研究。发现化学沉淀法最好用H3PO4和MgO。通过投加Mg2+和PO43-，使之与废水中的氨氮生成难溶于水的复盐沉淀物MgNH4PO4·6H2O（Magnesium Ammonium Phosphate 简称MAP）再通过重力沉淀使MAP从废水中分离，其反应式为：

Mg2++NH4++HPO42－+6H2O →MgNH4PO4·6H2O ↓+H+

Mg2++NH4++PO43－+6H2O →MgNH4PO4·6H2O ↓

Mg2++NH4++H2PO4－+6H2O →MgNH4PO4·6H2O ↓+2H+

MgNH4PO4·6H2O俗称鸟粪石，溶度积2.5×10-13。在氨沉淀中，理想的投加比例是Mg:P:N=1.3:1:1[3]。该法避免了往废水中带入其他有害离子，而且MgO还起到了一定程度的重荷H+的作用，节约了碱的用量。经过化学沉淀后，若NH4+-N和PO43-的残留浓度还比较高，则有研究建议化学沉淀放在生物处理前，经过生物后N和P的含量可进一步降低。产物MAP为圆柱形晶体，无吸湿性，在空气中很快干燥，沉淀过程中很少吸收有毒物质，不吸收重金属和有机物，另外，MAP溶解度随着pH的升高而降低；温度越低，MAP溶解度也越低。

该法与生物法综合处理高浓度氨氮废水，曝气池体积比硝化-反硝化法可以减小一倍。NH4+-N在化学沉淀法中被沉淀去除，与硝化-反硝化法相比，能耗大大节省，反应也不受温

度限制，不受有毒物质的干扰，其产物MAP不吸附重金属，释放速率慢，故可将其作缓释肥料、堆肥、花园土壤等，且不会对农作物产生危害，可在一定程度上节省土地处理费用。因此MAP沉淀法是一种技术可行，经济合理的方法，很有开发前景。但要广泛用于工业废水处理，尚需解决以下两问题：（1）寻找廉价高效的沉淀剂；（2）开发MAP作为肥料的价值。

化学沉淀法可以处理各种浓度氨氮废水，但用于低浓度氨氮废水时（氨氮浓度小于25mg/L）处理费用较高。湖北宜化集团合成氨废水采用MAP沉淀法处理，所得沉淀物MAP作复混肥使用，可将氨氮浓度从511.6 mg/L降到113.1 mg/L。

2.2空气吹脱和蒸汽汽提法

此法是利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱或用蒸汽汽提，使废水中的氨氮等挥发性物质不断的由液相转移到气相中，从而达到去除氨氮的目的。用空气作载气称为吹脱，用水蒸气作为载气称为汽提。吹脱法一般采用吹脱池（也称曝气池）和吹脱塔两类设备，但吹脱池占地面积大，而且易污染周围环境，所以有毒气体的吹脱都采用塔式设备。汽提则都在塔式设备中进行。

本法是用石灰乳或氢氧化钠提高废水的pH值，废水经氨吹脱塔去除氨氮后，再通入二氧化碳使石灰乳生成碳酸钙沉淀下来，并使水的pH值降低。碳酸钙沉淀物经脱水后回收。加石灰乳可除去废水中的磷。工业上常采用氢氧化钠或含碱废液代替石灰乳来调节废水的pH值。含氨的吹脱空气或汽提气可用稀硫酸液或废酸液洗涤吸收，回收利用。

该法的优点是工艺简单、效率高、一次性投资省。主要问题是：

（1）受温度影响较大，冬季温度较低，吹脱效率不高；

（2）若以石灰调节pH易在吹脱塔内结垢；如果生成软质水垢，可以安装水的喷淋系统；而如果生成硬质水垢，不论用喷淋或刮刀均不能消除该问题。

（3）逸出的氨会引起空气污染，须考虑回收利用。

目前轧钢厂和化肥厂出现了用蒸汽吹脱高浓度氨氮废水。化肥厂采用蒸汽吹脱，吹脱装置中进水浓度100-1800mg/L，出水浓度为5-100mg/L，若控制最佳温度，最佳pH值，出水氨氮可保持在20-30 mg/L的水平。合肥四方化工集团是以生产合成氨、联碱、三氯氰胺为主的综合兴化工企业，其产生的氨氮废水采用两级吹脱，废水pH控制在10.8，温度为40-42℃，气液比G/L为（216-250）：1，去除效率在50%以上。作者用吹脱法去除西安市江村沟城市垃圾卫生填埋场渗滤液中的高浓度氨氮时，在常温下，用氢氧化钠调pH值到10~11之间，气水比在（3000~4000）：1，进水的氨氮浓度为2200mg/L，出水氨氮浓度可降为低于400 mg/L。

2.3 折点氯化法

折点氯化法是将足够量的氯气或次氯酸钠投入到废水中，当投入量达到某一点时，废水中所含的氯含量较低，而氨氮含量趋向于零；当氯气通入量超过此点时，水中的游离氯含量上升，此点称为折点，在此状态下的氯化称为折点氯化，废水中的氨氮常被氧化成氮气而被去除。

此法通常可使出水中的氨氮浓度小于0.1mg/L。

氯气通入水中发生水解反应生成次氯酸和次氯酸盐，其反应为：

Cl2+H2O HOCl + H+ + Cl－

HOCl H+ + OCl－

氯水中HOCl和Ocl－的相对比例和pH值无关，随pH值的增加，OCl－的浓度增加。当pH值=7.5时，其比值约为0.5。