氨氮廢水處理

目前隨著化肥、石油化工等行業的迅速發展壯大，由此而產生的高氨氮廢水也成為行業發展制約因素之一；據報道,2001年我國海域發生赤潮高達77次，氨氮是污染的重要原因之一，特別是高濃度氨氮廢水造成的污染。因此，經濟有效的控制高濃度污染也成為當前環保工作者研究的重要課題，得到了業內人士的高度重視。氨氮廢水的一般的形成是由於氨水和無機氨共同存在所造成的，一般上pH在中性以上的廢水氨氮的主要來源是無機氨和氨水共同的作用，pH在酸性的條件下廢水中的氨氮主要由於無機氨所導致。廢水中氨氮的構成主要有兩種，一種是氨水形成的氨氮，一種是無機氨形成的氨氮，主要是硫酸銨，氯化銨等等。

工業廢水處理設備給水曝氣生物濾池利用大顆粒輕質陶粒濾料在升流條件下對原水中ss截濾率低、過濾水頭損失一般不超過5kPa、沖洗前後的過濾水頭變化小的特點，適當降低對濾料比表面積指標的要求，大幅提高濾速至16～20m/h，氣水比為0～0.5。在大顆粒輕質陶粒濾料表面生物膜的生化與截濾雙重作用下，預處理出水氨氮<0.5mg/L，為微污染源水的處理提供了一種高效、節能、省地的處理工藝。

高氨氮廢水如何處理，我們著重介紹一下其處理方法：

1. 吹脫法

在鹼性條件下，利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關係進行分離的一種方法，一般認為吹脫與溫度、PH、氣液比有關。

2. 沸石脫氨法

利用沸石中的陽離子與廢水中的NH4+進行交換以達到脫氮的目的。應用沸石脫氨法必須考慮沸石的再生問題，通常有再生液法和焚燒法。採用焚燒法時，產生的氨氣必須進行處理，此法適合於低濃度的氨氮廢水處理，氨氮的含量應在10--20mg/L。

3.膜分離技術

利用膜的選擇透過性進行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無二次污染。例如：氣水分離膜脫除氨氮。氨氮在水中存在著離解平衡，隨著PH升高，氨在水中NH3形態比例升高，在一定溫度和壓力下，NH3的氣態和液態兩項達到平衡。根據化學平衡移動的原理即呂．查德里（A.L.LE Chatelier）原理。在自然界中一切平衡都是相對的和暫時的。化學平衡只是在一定條件下才能保持“假若改變平衡系統的條件之一，如濃度、壓力或溫度，平衡就向能減弱這個改變的方向移動。”遵從這一原理進行了如下設計理念在膜的一側是高濃度氨氮廢水，另一側是酸性水溶液或水。當左側溫度T1>20℃,PH1>9,P1>P2保持一定的壓力差，那麼廢水中的離子氨NH4+,就變為遊離氨NH3,並經原料液側介面擴散至膜表面，在膜表面分壓差的作用下，穿越膜孔，進入吸收液，迅速與酸性溶液中的H+反應生成銨鹽。

4.MAP沉澱法

主要是利用以下化學反應：Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4

理論上講以一定比例向含有高濃度氨氮的廢水中投加磷鹽和鎂鹽，當[Mg2 + ][NH4+][PO43 -]>2.5×10–13時可生成磷酸銨鎂（MAP），除去廢水中的氨氮。

5.化學氧化法

利用強氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣進行脫除的一種方法。折點加氯是利用在水中的氨與氯反應生成氨氣脫氨，這種方法還可以起到殺菌作用，但是產生的余氯會對魚類有影響，故必須附設除余氯設施。

傳統和新開發的脫氮工藝有A/O，兩段活性污泥法、強氧化好氧生物處理、短程硝化反硝化、超聲吹脫處理氨氮法方法等。

1.A/O工藝將前段缺氧段和後段好氧段串聯在一起，A段DO不大於0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養菌將污水中的澱粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉化成可溶性有機物，當這些經缺氧水解的產物進入好氧池進行好氧處理時，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段異養菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化（有機鏈上的N或氨基酸中的氨基）遊離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過迴流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態氮（N2）完成C、N、O在生態中的循環，實現污水無害化處理。其特點是缺氧池在前，污水中的有機碳被反硝化菌所利用，可減輕其後好氧池的有機負荷，反硝化反應產生的鹼度可以補償好氧池中進行硝化反應對鹼度的需求。好氧在缺氧池之後，可以使反硝化殘留的有機污染物得到進一步去除，提高出水水質。BOD5的去除率較高可達90～95%以上，但脫氮除磷效果稍差，脫氮效率70～80%，除磷只有20～30%。儘管如此，由於A/O工藝比較簡單，也有其突出的特點，目前仍是比較普遍採用的工藝。

2.兩段活性污泥法能有效的去除有機物和氨氮，其中第二級處於延時曝氣階段，停留時間在36小時左右，污水濃度在2g/l以下，可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費用。

3.強氧化好氧生物處理其典型代表有粉末活性炭法（PACT工藝）

粉末活性碳法的主要特點是向曝氣池中投加粉末活性炭（PAC）利用粉末活性炭極為發達的微孔結構和更大的吸附能力，使溶解氧和營養物質在其表面富集，為吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活環境從而提高有機物的降解速率。

近年來國內外出現了一些全新的脫氮工藝，為高濃度氨氮廢水的脫氮處理提供了新的途徑。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厭氧氨氧化等。

4. 短程硝化反硝化

生物硝化反硝化是應用最廣泛的脫氮方式，是去除水中氨氮的一種較為經濟的方法，其原理就是模擬自然生態環境中氮的循環，利用硝化菌和反硝化菌的聯合作用，將水中氨氮轉化為氮氣以達到脫氮目的。由於氨氮氧化過程中需要大量的氧氣，曝氣費用成為這種脫氮方式的主要開支。短程硝化反硝化是將氨氮氧化控制在亞硝化階段，然後進行反硝化，省去了傳統生物脫氮中由亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，再還原成亞硝酸鹽兩個環節（即將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進行反硝化）。該技術具有很大的優勢：①節省25%氧供應量，降低能耗；②減少40%的碳源，在C/N較低的情況下實現反硝化脫氮；③縮短反應歷程，節省50%的反硝化池容積；④降低污泥產量，硝化過程可少產污泥33%~35%左右，反硝化階段少產污泥55%左右。實現短程硝化反硝化生物脫氮技術的關鍵就是將硝化控制在亞硝酸階段，阻止亞硝酸鹽的進一步氧化。

5. 厭氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自養脫氮(CANON)

厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽為電子受體直接被氧化成氮氣的過程。

厭氧氨氧化（Anaerobicammoniaoxidation，簡稱ANAMMOX）是指在厭氧條件下，以Planctomycetalessp為代表的微生物直接以NH4+為電子供體，以NO2-或NO3-為電子受體，將NH4+、NO2-或NO3-轉變成N2的生物氧化過程。該過程利用獨特的生物機體以硝酸鹽作為電子供體把氨氮轉化為N2，最大限度的實現了N的循環厭氧硝化，這種耦合的過程對於從厭氧硝化的廢水中脫氮具有很好的前景，對於高氨氮低COD的污水由於硝酸鹽的部分氧化，大大節省了能源。目前推測厭氧氨氧化有多種途徑。其中一種是羥氨和亞硝酸鹽生成N2O的反應，而N2O可以進一步轉化為氮氣，氨被氧化為羥氨。另一種是氨和羥氨反應生成聯氨，聯氨被轉化成氮氣並生成4個還原性[H]，還原性[H]被傳遞到亞硝酸還原系統形成羥氨。第三種是：一方面亞硝酸被還原為NO，NO被還原為N2O，N2O再被還原成N2；另一方面，NH4+被氧化為NH2OH，NH2OH經N2H4，N2H2被轉化為N2。厭氧氨氧化工藝的優點：可以大幅度地降低硝化反應的充氧能耗；免去反硝化反應的外源電子供體；可節省傳統硝化反硝化反應過程中所需的中和試劑；產生的污泥量極少。厭氧氨氧化的不足之處是：到目前為止，厭氧氨氧化的反應機理、參與菌種和各項操作參數不明確。

全程自養脫氮的全過程實在一個反應器中完成，其機理尚不清楚。Hippen等人發現在限制溶解氧（DO濃度為0.8·1.0mg/l）和不加有機碳源的情況下，有超過60%的氨氮轉化成N2而得以去除。同時Helmer等通過實驗證明在低DO濃度下，細菌以亞硝酸根離子為電子受體，以銨根離子為電子供體，最終產物為氮氣。有實驗用熒光原位雜交技術監測全程自養脫氮反應器中的微生物，發現在反應器處於穩定階段時即使在限制曝氣的情況下，反應器中仍然存在有活性的厭氧氨氧化菌，不存在硝化菌。有85%的氨氮轉化為氮氣。鑒於以上理論，全程自養脫氮可能包括兩步第一是將部分氨氮氧化為煙硝酸鹽，第二是厭氧氨氧化。

6. 好氧反硝化

傳統脫氮理論認為，反硝化菌為兼性厭氧菌，其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。所以若進行反硝化反應，必須在缺氧環境下。近年來，好氧反硝化現象不斷被發現和報道，逐漸受到人們的關注。一些好氧反硝化菌已經被分離出來，有些可以同時進行好氧反硝化和異養硝化（如Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5）。這樣就可以在同一個反應器中實現真正意義上的同步硝化反硝化，簡化了工藝流程，節省了能量。

7.超聲吹脫處理氨氮

超聲吹脫法去除氨氮是一種新型、高效的高濃度氨氮廢水處理技術，它是在傳統的吹脫方法的基礎上，引入超聲波輻射廢水處理技術，將超聲波和吹脫技術聯用而衍生出來的一種處理氨氮的方法。將這兩種方法聯用不僅改進了超聲波處理廢水成本較高的問題，也彌補了傳統吹脫技術去除氨氮不佳的缺陷，超生吹脫法在保證處理氨氮的效果的同時還能對廢水中有機物的降解起到一定的提高作用。技術特點（1）高濃度氨氮廢水採用90年代高新技術——超聲波脫氮技術，其總脫氮效率在70~90%，不需要投加化學藥劑，不需要加溫，處理費用低，處理效果穩定。（2）生化處理採用周期性活性污泥法（CASS）工藝，建設費用低，具有獨特的生物脫氮功能，處理費用低，處理效果穩定，耐負荷衝擊能力強，不產生污泥膨脹現象，脫氮效率大於90%，確保氨氮達標。

8. Bardenpho工藝

該工藝是在A/O工藝基礎上，增設了一個缺氧段和好氧段，各段反應池均獨立運行，混合液自第一好氧池迴流至第一缺氧池而第二好氧池無混合液迴流（因而須注意，第二缺氧池和第二好氧池並非組成一級A/O工藝）所增設的缺氧段和好氧段起強化脫氨和提高處理出水水質的作用。運行過程中，第一好氧池的內部迴流混合液、原水中的有機基質及迴流污泥進入第一厭氧池，進行反硝化脫氮。由於第一厭氧池進水中含有較多內碳源可利用因而具有較高的反硝化速率，但與其進水中的食料比有關。好氧一池的容積一般可按F./M為0.25考慮；在厭氧二池中，由於好氧二池出水中有機物濃度較低，同時也沒有外加碳源因而反硝化菌主要通過內源呼吸作用，以細胞內碳源進行反硝化，因此反硝化效率較低，並與系統的污泥齡有關。但這種反硝化作用可有效地提高整個處理系統的反硝化程度，從而利於提高脫氮效率。必要時，可將少部分進水引入厭氧二池以適當補充碳源，提高其反硝化速率。該工藝中好氧二池的主要作用是進一步降低廢水中的有機物濃度，同時改善出水的表觀性狀由於增設了厭氧二池和好氧二池強化處理作用，該工藝的脫氮效率可以高達90%~95%(城市污水)。

9. BABE工藝

在通常的廢水生物處理工藝中，其污泥經濃縮的上層液或氧化處理后脫水濾液均需返回至主體工藝進行處理。由於污泥濃縮上層液或脫水濾液中富含氮，因而其向主體工藝的返回將增加主體工藝的處理負荷，從而影響處理出水中氮的指標。BABE在運行過程中將以A/O方式運行的處理工藝主流程中迴流污泥的一部分分流入BABE間歇曝氣池，BABE 所處理的對象為含有高濃度的TN的污泥濃縮上層液或污泥脫水濾液。通過BABE池的間歇曝氣運行，不僅有效地延長了處理工藝的污泥齡，並可對其進液中的氮實現充分的硝化作用，同時由於BABE池的良好消化條件，即較低的有機負荷及良好的溫度控制（一般將溫度控制在30℃），有效地提高了污泥中硝化菌的數量。BABE池經間歇曝氣后富含硝化菌的混合液、內迴流與進水一起進入A/O工藝主流程，可實現充分的反硝化脫氮，強化了系統對氮的去處作用。

物化方法在處理高濃度氨氮廢水時不會因為氨氮濃度過高而受到限制，但是不能將氨氮濃度降到足夠低（如100mg/L以下）。而生物脫氮會因為高濃度遊離氨或者亞硝酸鹽氮而受到抑制。實際應用中採用生化聯合的方法，在生物處理前先對含高濃度氨氮的廢水進行物化處理。例如：生物活性炭流化床，膜-生物反應器技術（MBR）等。本處僅介紹膜-生物反應器技術（MBR）膜-生物反應器（MembraneBio-Reactor,MBR）為膜分離技術與生物處理技術有機結合之新型態廢水處理系統。是一種由膜分離單元與生物處理單元相結台的新型水處理技術，以膜組件取代二沉池在生物反應器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設施佔地，並通過保持低污泥負荷減少污泥量。主要利用沉浸於好氧生物池內之膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子固體物。因此系統內活性污泥（MLSS）濃度可提升至10,000mg/L，污泥齡(SRT)可延長30天以上，於如此高濃度系統可降低生物反應池體積，而難降解的物質在處理池中亦可不斷反應而降解。故在膜製造技術不斷提升支援下，MBR處理技術將更加成熟並吸引著全世界環境保護工業的目光。

常見的高濃度氨氮廢水處理的弱點：

1. 無論是“蒸氨（汽提）或吹脫+A/O或吹脫+化學沉澱”，都離不開高投資、高運行成本的預處理工藝。“蒸氨”一次性投資太大，“吹脫”動力消耗太大。

2. 續接A/O法時不僅投資高，而且佔地面積大，對預處理出水的要求苛刻（如NH3-N必須小於300mg/l，汽提或吹脫法對超過5000mg/l以上的高濃度氨氮廢水根本達不到這個要求，於是只能用成倍的清水稀釋）。

3. 續接化學沉澱法雖然投資和佔地面積都比A/O法小，但它藥劑的消耗量太大，N：P：Mg之比都在1：1.1-1.2，處理藥劑成本太高，而且出水也不可能達到國家一級或二級排放標準。