水中氨氮的去除方法綜述

1、2005屆本科畢業(yè)論文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：周蕾黃志平黑/防化指揮工程學(xué)院2009年3月22日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Abstract:Existenceof

2、ammoniainwatercangenerateeutrophicationandotherhazards.Ammoniainthewaterremovalisnecessary.TherearemanykindsofNH3-Nwastewatertreatmenttechniques.Physical-chemicaltreatmenttechniquesmainlyinclude:break-pointchlorinationprocess,airstrippingprocess,chemicalprecipitationprocess,ionexchangeprocess,liquid

3、membraneprocess,electrodialysisprocess,catalytic-wetoxidationprocess,landirrigationprocess,coolrecyclewatersystemremovingammoniaprocess,etc.Biologicaltechniquescanremovemanykindsofnitrogencontainingcompounds,totalnitrogenclearanceis70%95%,mainlyincludingtraditional,short-distance,SNDandANAMMOXtechni

4、que.Sometimesinordertoovercomeonetechnique'sweaknessbyacquiringother'sstrongpandgetgoodeffect,severaltechniquesshouldbejoinedtogether.Keywords:Ammonia-Nitrogen;wastewater;treatment；nitrogenremoval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、亞硝態(tài)氮以及硫鼠化物和氟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

5、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(yú)類大量死亡，甚至?xí)?dǎo)致湖泊的干涸滅亡1。2007年太湖爆發(fā)的藍(lán)藻污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。氨氮還使給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過(guò)程增大了用氯量；對(duì)某些金屬，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

6、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。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(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的除氮處理技術(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

7、.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05mg/L0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、亞硝酸鹽、非離子氨和凱氏氮的標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)隔11年，在GHZB1-1999增力口了氨氮的排放標(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

8、設(shè)-5-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、亞硝酸鹽氮和有機(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,氨氮又可被硝化細(xì)菌氧化成亞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、口：58;m:22;IV、V:20I、口：24;W:6;IV、V:70I、口：47;W:6;IV、V:47I、口：13;m:2

9、0；iv、V:67W:26;IV、V:74W:14;IV、V:86I、口：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、口：37;W:31;IV、V:32I、口：13;m：18；iv、V:69I、口：29；m：40;IV、V:31I、口：18.3;W:15.7;IV、V:66W:38;IV、V:62m：13；iv、V:87W:50;IV、V:50主要污染CODMn、酚、氨氮、Cu、AsCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、Cu、AsCODMn、酚、氨氮Hg、氨氮、酚CODM

10、n、Hg、氨氮、酚、CuCODMn、酚、氨氮1994比例(%)I、口：42;m:29;IV、V:29I、口：7;W:27;IV、V:66i、n：39HI:43;IV、V:18I、口：16;m:40；iv、V:44I、口：6;m:23;IV、V:71I、口：32;W: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、口：45;W:31;IV、V:24I、口：5;W:35;IV、V:60i、n：31;W:47;IV、V:22I、口：27;m:22;I

11、V、V:51I、口：4;m:29;IV、V:67I、口：42;W: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、口：38.8;W:33.7;IV、V:27.5I、口：8.2;W:26.4;IV、V:65.4i、n：49.5;m:31.2;IV、V:19.3I、口：17.6；m：31.2;IV、V:51.2i、n24.3;IV:2.9;W:、V:72.8I、口：39.7;m:19.2;IV、V:41.1主要污染CODMn、酚、氨氮、CuCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮

12、、As、CODMnCODMn、氨氮CODMn、酚、氨氮、HgCODMn、酚、氨氮、Cu、HgCODMn、酚、氨氮、BOD1997比例（%）I、口、W:67.7;IV、V:32.3IV:66.7I、口、m:62.5;IV :29.2;V :8.3干流以W、IV為主IV:70.6V以下：50V以下：50主要污染CODMn、酚、BODCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、Hg、CODMnCODMn、氨氮CODMn、酚、BODCODMn、酚、氨氮、BODCODMn、BOD、氨氮1998比例（%）I:4;口：67;W:4;IV:11;V:4口：24;W:5;IV:47;V以下：24I:29;n:36;m：7

13、；iv：22;V:2;V以下：4口：11;W:17;IV:18;V:6;V以下：48I:5;口：19;W:4;IV:10;V:9;V以下：53I:4.5;口：2.3;m:4.5;IV: 22.7;V: 4.5;V以下：61.4W:4;IV: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CODMn、酚、氨氮酚、石油注I、口、W、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、口、W、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間互相轉(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、亞硝

14、酸氮和硝酸氮）出現(xiàn)的水質(zhì)意義，見(jiàn)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2:三種含氮化合物在原水中出現(xiàn)的意義|NH4+-NNO2-NNO3-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(kāi)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)又有新污染-+-污染已分解，但未完全自凈或硝酸鹽還原為亞硝酸鹽-+水中污染物都已分解并達(dá)到了凈化-清潔水注“+袈示在水中出現(xiàn)；產(chǎn)表示在水中不出現(xiàn)。、

15、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)?，其反?yīng)方程式為：5CI2+H2OH

16、OCl+H+ClNH4+HOCLNH2CI（一氯胺）+H2O+H+NH2CI+HOCI-NHCI2（二氯胺）+H2ONHCI2+HOCI-NCI3（三氯胺）+H2ONH4+3HOCLN2T+5H+3Cl+3H2ON2逸入大氣，使反應(yīng)源源不斷向右進(jìn)行。加氯比例:叫的與113Tl之比為8:l-10:1。當(dāng)氨氮濃度小于20mg/L時(shí)，脫氮率大于90%,pH影響較大,pH高時(shí)產(chǎn)生NO3-,低時(shí)產(chǎn)生NCl3，將消耗氯，通?？刂苝H在6-86。此法用于廢水的深度處理，脫氮率高、設(shè)備投資少、反應(yīng)迅速完全，并有消毒作用。但液氯安全使用和貯存要求高，對(duì)pH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)

17、物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染口。2 .化學(xué)沉淀（MAP）法在一定的pH條件下，水中的Mg2+、HPO43-和NH4+可以生成磷酸錢鎂沉淀8,而使錢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、干擾組分等。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Na2HPO412H2O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5618mg/L降低;至U65mg/Lo李芙蓉等11采用氧化鎂和磷酸作為沉淀劑

18、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2g/L降至15mg/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)研究了影響磷酸錢鎂沉淀及晶體生長(zhǎng)的因素，得出4點(diǎn)結(jié)論：(1)過(guò)量的錢離子對(duì)形成磷酸錢鎂沉淀有利；(2)鎂離子可能是形成磷酸錢

19、鎂沉淀的限制因素；(3)如果要想從廢水中回收磷酸錢鎂，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清液中同時(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可以生成磷酸錢鎂沉淀可回收磷和氮。Lind等16則進(jìn)行了用磷酸錢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

20、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亞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)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^(guò)程。只有當(dāng)廢水中的氮以亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的形態(tài)存在時(shí)，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)

21、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，高濃度氨氮和亞硝酸鹽進(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。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又稱

22、亞硝化反硝化，把硝化反應(yīng)過(guò)程控制在氨氧化產(chǎn)生NO2-的階段，阻止NO2一進(jìn)一步氧化，直接以NO2彳乍為菌體呼吸鏈氫受體進(jìn)行反硝化。此過(guò)程減少了亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，然后硝酸鹽再還原成亞硝酸鹽兩個(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，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NO2一得到累

23、積。影響硝化菌活性及NO2一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(kāi)發(fā)應(yīng)用。鑒于各種方法存在的問(wèn)題及其開(kāi)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(kāi)發(fā)，包括磷源、鎂源的開(kāi)發(fā)研究及循環(huán)利用。(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。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.湖北有色金屬,2002,18(2):29-314葉輝，許建華.飲用水中的氨氮問(wèn)題J.