水中氨氮的去除方法

1、水中氨氮的去除方法綜述專業(yè)方向：環(huán)境工程設(shè)計(jì)者：何旭指導(dǎo)教師：周蕾黃志平中國(guó)人民 解放軍防化指揮工程學(xué)院2009年3月22日防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文摘要水中存在的氨氮能夠產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化等危害。水中氨氮的去除非常 必要。氨氮去除方法有多種，物理化學(xué)法有折點(diǎn)氯化法、空氣吹脫法、化學(xué)沉 淀法、液膜法、電滲析除氨氮法、催化濕式氧化法、土壤灌溉法、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)脫氨法;生物脫氮法可去除多種含氮化合物，總氮去除率可達(dá)70 %-95 %，主要有傳統(tǒng)硝化反硝化、短程硝化反硝化、同時(shí)硝化反硝化、厭 氧氨氧化。有時(shí)要采取多種技術(shù)的聯(lián)合處理，才能取長(zhǎng)補(bǔ)短達(dá)到較好的處理效果。關(guān)鍵詞：氨氮廢水處理脫氮Abstra

2、ct : Existence of ammonia in water can generate eutrophication and other hazards. Ammonia in the water removal is necessary.There are many kinds of N H3 - N wastewater treatment techniques. Physical -chemical treatment techniques mainly include : break - point chlorination process , air stripping pr

3、ocess , chemical precipitation process , ion exchange process , liquid membrane process , electro dialysis process , catalytic - wet oxidation process , land irrigation process ,cool recycle water system removing ammonia process , etc. . Biological techniques can remove many kinds of nitrogen contai

4、ningcompounds , total nitrogen clearance is 70 % 95 % ,mainly includingtraditional , short - distance , SND and ANAMMOX technique. Sometimes in order to overcome one technique ' s weakness by acquiring other ' s strong p and get good effect , several techniques should be joined together.Key

5、words : Ammonia - Nitrogen ; wastewater ; treatment； nitrogen removal-1 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文水中氨氮的去除方法綜述引言氮在廢水中以分子態(tài)氮、有機(jī)態(tài)氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、業(yè)硝態(tài)氮以及 硫割化物和割化物等多種形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一。氨氮存在于許多工業(yè)廢水中，氨氮排入水體，特別是流動(dòng)較緩慢的湖泊、 海灣,容易引起水中藻類及其他微生物大量繁殖，形成富營(yíng)養(yǎng)化污染，除了會(huì)使 自來(lái)水處理廠運(yùn)行困難，造成飲用水的異味外，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水中溶解氧下降，魚 類大量死亡，甚至?xí)?dǎo)致湖泊的十涸滅亡1。2007年太湖爆發(fā)的藍(lán)藻污

6、染就是典型的氨氮污染事件。2007年5月16日，梅梁湖水質(zhì)變黑；22日，小灣里水廠停止供水；25日，貢湖水廠水質(zhì) 尚滿足供水要求；28日，貢湖水廠水源地水質(zhì)嚴(yán)重惡化，水源惡臭，水質(zhì)發(fā) 黑，溶解氧下降到0毫克每升，氨氮指標(biāo)上升到5毫克每升，居民自來(lái)水臭 味嚴(yán)重。氨氮還使給水消蠹和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過(guò)程增大了用氯量；對(duì)某些金 屆，特別是對(duì)銅具有腐蝕性；當(dāng)污水回用時(shí)，再生水中氨氮可以促進(jìn)輸水管道 和用水設(shè)備中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設(shè)備，并影響換熱效 率2。-4 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文為滿足公眾不斷提高的環(huán)境質(zhì)量要求，國(guó)家對(duì)氨氮制訂了越來(lái)越嚴(yán)格的 排放標(biāo)準(zhǔn)，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效

7、的除氮處理技術(shù)已成為水污染控制工程領(lǐng)域研 究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)3。一、水的氨氮污染情況和特點(diǎn)（一）水的氨氮污染情況隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的進(jìn)程，對(duì)水的需求量在不斷地增大，隨之而來(lái)的是廢水的排放量也日益增多，水體中的氨氮污染已引起國(guó)內(nèi)外社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年全國(guó)廢水的排放總量為460.0億噸，其中 工業(yè)廢水排放量為212. 4億噸，氨氮的排放量為40.4萬(wàn)噸；城鎮(zhèn)生活廢水的 排放量為247. 6億噸，氨氮的排放量為89. 3萬(wàn)噸。氨氮的大量排放，不僅 造成了水環(huán)境的污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化及水體發(fā)生赤潮等現(xiàn)象，而且在工業(yè)廢 水處理和回用工程中造成用水設(shè)備中微生物的繁殖而形成生物垢，堵塞管

8、道和用水設(shè)備，影響熱交換。1995年，德國(guó)要求85%污水處理廠的外排廢水 達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1999年，在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上還要求污水廠出水每2h取樣的混合水樣至少有80%滿足無(wú)機(jī)氮 5mg/L。我國(guó)在1988年實(shí)施的地面水 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-88中規(guī)定硝酸鹽、業(yè)硝酸鹽、非離子氨和凱氏氮的標(biāo) 準(zhǔn)。時(shí)隔11年，在 GHZB1-1999增加了氨氮的排放標(biāo)準(zhǔn)，在 GB3838-2002 標(biāo)準(zhǔn)中增加了總氮控制。各地的環(huán)保部門要求相關(guān)行業(yè)必須馬上建設(shè)脫氮設(shè)-5 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文施，否則關(guān)閉工廠或增加排污費(fèi)的征收。 由此可知氨氮處理的重要性。目前, 國(guó)內(nèi)外有很多處理氨氮廢水的方法，為了避免

9、重復(fù)建設(shè)和使用不成熟的技 術(shù)，分析當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。(二)水的氨氮污染特點(diǎn)水中的氮主要以氨氮、硝酸鹽氮、業(yè)硝酸鹽氮和有機(jī)氮幾種形式存在 在特定條件下，如氧化和微生物活動(dòng)，有機(jī)氮可能轉(zhuǎn)化為氨氮。好氧情況下, 氨氮乂可被硝化細(xì)菌氧化成業(yè)硝酸鹽氮和硝酸鹽氮表1: 90年代我國(guó)七大水系污染狀況統(tǒng)計(jì)年份項(xiàng)目長(zhǎng)江黃河珠江淮河松花江遼河海河1992比例(%)I、n ： 58；m : 22; IV、V : 20I、n ： 24；m: 6；iv、V : 70I、n :47; m : 6;IV、V :47i、n：13；m: 20； iv、V : 67m: 26；IV、V :74m: 14 ； iv

10、、V : 86I、H : 16;m: 10； iv、V : 74主要污染有機(jī)物、酚、氨氮有機(jī)物、酚、氨氮Hg、氨氮有機(jī)物、酚、氨氮Hg、氨氮、酚有機(jī)物、酚、氨氮、Hg、Cu有機(jī)物、氨氮1993比例(%)I、n ： 37； m: 31； iv、V : 32I、n : 13； m: 18； iv、V : 69I、n :29； m：40; IV、V : 31I > n ：18.3； m:15.7; IV、V : 66m: 38；IV、V :62m: 13 ； iv、V : 87m: 50； iv、V : 50主要污染CODMn、酚、氨氮、Cu、AsCODMn、 酚、BOD、 氨氮Cu、AsCO

11、DMn、酚、氨氮Hg、氨氮、酚CODMn、Hg、氨氮、酚、CuCODMn、酚、氨氮1994比例(%)i、 n : 42；m : 29; IV、V : 29I 、 n : 7； m: 27; IV、V : 66i、n :39m : 43;IV、V :18I、n：16；m: 40； iv、V : 44I、n : 6； m ： 23；W、V: 71I 、 H : 32;m: 24; IV、V : 44主要污染CODMn、酚、氨氮、Cu、AsCODMn、 酚、BOD、 氨氮氨氮、As、CODMn氨氮、CODMnCODMn、氨氮、酚、 CNCODMn、酚、氨氮、BOD1995比例(%)i、 n : 45

12、；m: 31； iv、V : 24i 、 n : 5； m: 35; IV、V : 60i、n :31； m：47; IV、V : 22I、n：27；m : 22; IV、V : 51I、n : 4； m ： 29；IV> V : 67I、n : 42;m: 17； iv、V : 41主要污染CODMn、酚、氨氮CODMn、 酚、BOD、 氨氮氨氮、CODMnCODMn、氨氮CODMn、氨氮、酚CODMn、酚、氨氮、BOD1996比例(%)I、H :38.8; m:33.7; IV、V : 27.5I、H :8.2； m:26.4; IV、V : 65.4i、n :49.5; m :31

13、.2; IV、V : 19.3I、H :17.6； m:31.2; IV、V : 51.2i、n24.3; IV:2.9； m:、V : 72.8I、H :39.7; m : 19.2;W、V: 41.1主要污染CODMn、酚、氨氮、CuCODMn、 酚、BOD、 氨氮氨氮、As、CODMnCODMn、氨氮CODMn、酚、氨氮、HgCODMn、酚、 氨氮、Cu、HgCODMn、酚、氨氮、BOD1997比例(%)I、n > m ：67.7; IV、V : 32.3IV: 66.7I、H、m : 62.5;IV: 29.2;V : 8.3干流以m、IV為主IV: 70.6V以下：50V以下：

14、50主要污染CODMn、 酚、BODCODMn、 酚、BOD、 氨氮氨氮、Hg、CODMnCODMn、氨氮CODMn、 酚、BODCOD Mn、酚、氨氮、BODCODMn、BOD、氨氮1998比例(%)I : 4; H : 67; m : 4; IV: 11; V : 4n : 24；m：5; IV: 47;V以下：24I : 29;n : 36;m: 7； iv:22; V : 2;V以下：4n : 11； m： 17; W:18; V : 6; V 以下：48I : 5; H :19；m:4； IV: 10;V : 9; V以下：53I : 4.5； n :2.3; m : 4.5;IV

15、: 22.7;V : 4.5; V以下：61.4m: 4; W : 67;V : 21; V 以下：8主要污染CODMn、SS、氨氮SS、酚氨氮、石油、SSCODMn、BODCODMn、氨氮、石油、酚COD Mn、酚、氨氮酚、石油注I、h、m、iv、v分別表示按照我國(guó)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)劃分的I、h、m、iv和v類水體。水中氨氮濃度并非固定不變，而是可在多種氮的存在形式問(wèn)互相轉(zhuǎn)化。我國(guó)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明中指出了水中三氮(氨氮、業(yè)硝酸氮和硝酸氮）出現(xiàn)的水質(zhì)意義，見表2。由表2可知，根據(jù)原水中三氮出現(xiàn)情況的不同，水質(zhì)呈現(xiàn)不同的污染特征。但只要水中有氨氮出現(xiàn)，則表示水體受到新的污染，水體自凈尚未

16、完成。自來(lái)水廠面對(duì)這樣的原水，為了保證飲用水安全，應(yīng)該采取相應(yīng)的水處理措施4表2:二種含氮化合物在原水中出現(xiàn)的意義NH4+ -NNO2 -NNO 3- -N意義+-水新近被污染+-新近被污染，分解正在進(jìn)行+水以前被污染，已開始分解并仍有新污染-+水中污染物已分解，趨向自凈+-+舊污染分解已完成，現(xiàn)乂有新污染-+-污染已分解，但未完全自凈或硝酸鹽還原為業(yè)硝酸鹽*-+水中污染物都已分解并達(dá)到了凈化-清潔水注“+表小在水中出現(xiàn)；-”表小在水中不出現(xiàn)。、水中氨氮去除方法的機(jī)理和工藝目前，水中氨氮的處理方法很多，其主要可分為兩大類：物理化學(xué)法和生 物脫氮法。物理化學(xué)法有折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、吸附法、離

17、子交換法、 吹脫法和氣提法、液膜法、電滲析法、催化濕式氧化法等。生物法主要是利 用微生物通過(guò)氨化、硝化、反硝化等一系列反應(yīng)使廢水中的氨氮最終轉(zhuǎn)化成 無(wú)害的氮?dú)馀欧?。（一）物理化學(xué)法1. 折點(diǎn)氯化法折點(diǎn)氯化法是將氯氣通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn) ，在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量 較低,而氨的濃度降為零。當(dāng)氯氣通入量超過(guò)該點(diǎn)時(shí)，水中的游離氯就會(huì)增多。 因此，該點(diǎn)稱為折點(diǎn)。該狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化。折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理 為氯氣與氨反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)猓浞磻?yīng)方程式為：5Cl2 + H2OHOCI + H + + ClNH4+ + HOCNH2CI （一氯胺）+ H2O + H+NH2CI + HOCI NHCI2

18、（二氯胺）+ H2ONHCI2 + HOCI NCI3 （三氯胺）+ H2ONH4+ + 3HOCI-N2 f + 5H+ + 3CI + 3H2ON2逸入大氣,使反應(yīng)源源不斷向右進(jìn)行。加氯比例:叫n】與之比為8 :I - 10 :1。當(dāng)氨氮濃度小丁 20 mg/ L時(shí)，脫氮率大丁 90 % ,pH影響較大,pH 高時(shí)產(chǎn)生NO3-,低時(shí)產(chǎn)生NCI3，將消耗氯，通?？刂苝 H在6-8 6。此法用丁廢水的深度處理，脫氮率高、設(shè)備投資少、反應(yīng)迅速完全，并有 消蠹作用。但液氯安全使用和貯存要求高，對(duì)p H要求也很高，產(chǎn)生的水需加 堿中和，因此處理成本高。另外副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染7。2.

19、化學(xué)沉淀（MAP）法-9 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文在一定的pH條件下，水中的Mg2+、HPO43-和NH4+可以生成磷酸鉉鎂 沉淀8,而使鉉離子從水中分離出來(lái)。影響沉淀效果的因素有沉淀劑種類及配比、pH值、廢水中的初始氨的濃度、十?dāng)_組分等。有研究表明沉淀法去除廢水中氨氮的 pH值為10.0，物質(zhì)的量之比Mg : N= 1.2、P: N = 1. 02時(shí)沉淀效果最好，氨氮去除率達(dá)到90 % 9。趙慶良等10研究表明,MgCl2 - 6H2O和Na2HPO4 - 12H2O組合沉淀劑 優(yōu)于MgO和H3PO4組合，垃圾滲濾液中的氨氮質(zhì)量濃度可由 5618 mg/ L降 低到 65 mg/ L。

20、李芙蓉等11采用氧化鎂和磷酸作為沉淀劑去除煤氣洗滌循環(huán)水中高濃 度的氨氮，效果良好。李才輝等12對(duì)MAP法處理氨氮廢水的工藝進(jìn)行優(yōu)化，研究表明氨氮的 去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，隨著Mg : N比值的增加而增加。劉小瀾13探討了不同操作條件對(duì)氨氮去除率的影響，在pH值為8.5-9. 5 的條件下，投加的藥劑Mg2+: NH4+ : PO43-(摩爾比)為1.4： 1 ： 0. 8時(shí)，廢水 氨氮的去除率達(dá)99 %以上，出水氨氮的質(zhì)量濃度由2 g/ L降至15 mg/ L。國(guó)外對(duì)用化學(xué)沉淀法去除廢水中的氨氮也有較多研究。Stratful等14詳細(xì)研究了影響磷酸鉉鎂沉淀及晶體生長(zhǎng)的因素，得出4點(diǎn)

21、 結(jié)論：(1) 過(guò)量的鉉離子對(duì)形成磷酸鉉鎂沉淀有利；-10 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文(2) 鎂離子可能是形成磷酸鉉鎂沉淀的限制因素；(3) 如果要想從廢水中回收磷酸鉉鎂，需要得到比較大的晶體顆粒，則至 少需要3h的結(jié)晶時(shí)間；(4) 沉淀的pH值應(yīng)大于8. 5。Battistoni等15進(jìn)行了用化學(xué)沉淀法從廢水厭氧消化后的上活液中同 時(shí)回收氮和磷的研究。廢水厭氧消化過(guò)程中，有機(jī)物中的氮和磷被微生物分解 為無(wú)機(jī)的磷酸鹽和氨氮，添加MgO可以生成磷酸鉉鎂沉淀可回收磷和氮。Lind等16則進(jìn)行了用磷酸鉉鎂沉淀法從人的尿液中回收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的 研究，可以回收65. 0 % -80. 0 %的氮。化學(xué)沉

22、淀法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以回收廢水中的氨，所生成的沉淀可以作為復(fù)合肥而利用。存在的主要問(wèn)題是沉淀劑的用量較大，需要對(duì)廢水的pH進(jìn)行 調(diào)整,另外有時(shí)生成的沉淀顆粒細(xì)小或是絮狀體，工業(yè)中固液分離有一定困難。(二)生物脫氮法1.傳統(tǒng)硝化反硝化傳統(tǒng)硝化反硝化工藝脫氮處理過(guò)程包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的基礎(chǔ)上，硝化階段是將污水中的氨氮氧化為業(yè)硝酸鹽氮或 硝酸鹽氮的過(guò)程；反硝化階段是將硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽或業(yè)硝酸鹽還原 成氮?dú)獾倪^(guò)程。只有當(dāng)廢水中的氮以業(yè)硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的形態(tài)存在時(shí) ，-11 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文僅需反硝化一個(gè)階段。盡管傳統(tǒng)硝化反硝化工藝脫氮在廢水脫氮方面起到了

23、一定的作用，但仍存在以下問(wèn)題：(1) 硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高生物濃度，特別是在低溫冬 季。因此造成系統(tǒng)總水力停留時(shí)間(HRT)長(zhǎng)，有機(jī)負(fù)荷較低，增加了基 建投資和運(yùn)行費(fèi)用；(2) 硝化過(guò)程是在有氧條件下完成的，需要大量的能耗；(3) 反硝化過(guò)程需要一定的有機(jī)物，廢水中的COD經(jīng)過(guò)曝氣有一大 部分被去除，因此反硝化時(shí)往往要另外加入碳源(例如甲醇);(4) 系統(tǒng)為維持較高生物濃度及獲得良好的脫氮效果，必須同時(shí)進(jìn)行 污泥回流和硝化液回流，增加了動(dòng)力消耗及運(yùn)行費(fèi)用；(5) 抗沖擊能力弱，高濃度氨氮和業(yè)硝酸鹽進(jìn)水會(huì)抑制硝化菌的生長(zhǎng)；(6) 為中和硝化過(guò)程產(chǎn)生的酸度，需要加堿中和，增加了處理費(fèi)用

24、。由于傳統(tǒng)硝化反硝化具有一些弊端，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者研究的熱點(diǎn)集中在 如何改進(jìn)傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝。近年來(lái)研究成果主要有短程硝化反硝化、 厭氧氨氧化、同時(shí)硝化反硝化、反硝化除磷等。2. 短程硝化反硝化短程硝化反硝化乂稱業(yè)硝化反硝化，把硝化反應(yīng)過(guò)程控制在氨氧化產(chǎn)生NO2-的階段，阻止NO2-進(jìn)一步氧化，直接以NO2-作為菌體呼吸鏈氫受體進(jìn)行-12 -防化指揮工程學(xué)院本科畢業(yè)論文反硝化。此過(guò)程減少了業(yè)硝酸鹽氧化成硝酸鹽，然后硝酸鹽再還原成業(yè)硝酸鹽 兩個(gè)反應(yīng)的發(fā)生，降低了需氧量、反硝化過(guò)程中有機(jī)碳的投入量 ，降低了能耗 和運(yùn)行費(fèi)用。短程硝化反硝化與傳統(tǒng)的生物脫氮相比具有以下優(yōu)點(diǎn) ：(1) 于活性污泥法，

25、可以節(jié)省25 %的供養(yǎng)量，降低能耗；(2) 節(jié)省反硝化所需碳源40%，在C/ N 一定的情況下可提高總氮的去除率；(3) 減少污泥量可達(dá)50 %;(4) 減少堿耗；(5) 提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，減少反應(yīng)器容積。實(shí)現(xiàn)短程硝化與反硝化的關(guān)鍵是抑制硝化菌的活性而使NO2 -得到累積。影響硝化菌活性及NO2-累積的因素有自由氨、pH、DO、溫度等。三、未來(lái)展望氨氮是廢水治理的重要研究對(duì)象之一，人們對(duì)此正在不斷嘗試物理、化 學(xué)、生物等多種工藝技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。鑒于各種方法存在的問(wèn)題及其開發(fā)前 景，今后氨氮廢水的研究應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面：(1) 廉價(jià)沉淀劑的開發(fā)，包括磷源、鎂源的開發(fā)研究及循環(huán)利用。

26、(2) 優(yōu)化吸附劑的性能，延長(zhǎng)其使用周期及壽命。(3) 深入研究微生物法去除氨氮，馴化高效功能菌種。(4) 復(fù)合工藝取代單一工藝徹底去除廢水中氨氮。(5) 擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究的工業(yè)化應(yīng)用。結(jié)束語(yǔ)氨氮去除方法有多種，不同方法有各自的優(yōu)勢(shì)與不足之處，有時(shí)需要 采取多種技術(shù)的聯(lián)合處理，才能取長(zhǎng)補(bǔ)短達(dá)到較好的處理效果。而且由于不同 廢水性質(zhì)上的差異，我們必須針對(duì)不同工業(yè)廢水的性質(zhì)，以及它所含的成分進(jìn) 行深入系統(tǒng)的研究，選擇和確定處理技術(shù)及其工藝。與此同時(shí)，我們還要盡可 能的選擇高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的方法處理氨氮廢水，避免二次污染。-16 -參考文獻(xiàn):1 錢易等.環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展M.北京:高等教育出版社,2000 ,50 - 512 周彤等.污水的零費(fèi)用脫氨J .給水排水,2000 ,26(2) :37 - 393 許國(guó)強(qiáng)，曾光明，殷志偉等.氨氮廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展J .湖北有色金屆,2002 ,18 (2) :29 - 314 葉輝，許建華.飲用水中的氨氮問(wèn)