什么是氨氮？如何去除

什么是氨氮？如何去除？水體中的氮元素由于是造成富營養(yǎng)化的元兇，往往是水污染控制行業(yè)的科研和工程技術(shù)的關(guān)注重點(diǎn)，其重要性甚至不亞于有機(jī)污染物。一、什么是氨氮？氨氮是指游離氨（或稱非離子氨，NH3）或離子氨（NH4+）形態(tài)存在的氨。pH較高，游離氨的比例較高；反之，銨鹽的比例高。氨氮是水體中的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害。氨氮對水生物起危害作用的主要是游離氨，其毒性比銨鹽大幾十倍，并隨堿性的增強(qiáng)而增大。氨氮毒性與池水的pH值及水溫有密切關(guān)系，一般情況，pH值及水溫愈高，毒性愈強(qiáng)。常用來測定氨的兩個(gè)近似靈敏度的比色方法是經(jīng)典的納氏試劑法和苯酚-次氯酸鹽法；滴定法和電極法也常用來測定氨；當(dāng)氨氮含量高時(shí)，也可采用蒸餾-滴定法。（國標(biāo)有納氏試劑法、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴定法）二、物化脫氮工藝1、化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法又稱為MAP沉淀法，是通過向含有氨氮的廢水中投加鎂化物和磷酸或磷酸氫鹽，使廢水中的NH4﹢與Mg2﹢、PO43﹣在水溶液中反應(yīng)生成磷酸銨鎂沉淀，分子式為MgNH4P04.6H20，從而達(dá)到去除氨氮的目的。磷酸銨鎂俗稱鳥糞石，可用作堆肥、土壤的添加劑或建筑結(jié)構(gòu)制品的阻火劑。反應(yīng)方程式如下:Mg2﹢+NH4﹢+PO43﹣=MgNH4P04影響化學(xué)沉淀法處理效果的因素主要有pH值、溫度、氨氮濃度以及摩爾比(n(Mg2﹢):n(NH4﹢):n(P043-))等。以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑對氨氮廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明當(dāng)pH值為10，鎂、氮、磷的摩爾比為1.2:1:1.2時(shí)，處理效果較好。以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑進(jìn)行研究，結(jié)果表明當(dāng)pH值為9.5，鎂、氮、磷的摩爾比為1.2:1:1時(shí)，處理效果較好。對新出現(xiàn)的高濃度氨氮有機(jī)廢水一生物質(zhì)煤氣廢水進(jìn)行研究，結(jié)果表明，MgC12+Na3PO4.12H20明顯優(yōu)于其他沉淀劑組合。當(dāng)pH值為10.0，溫度為30℃，n(Mg2﹢):n(NH4+):n(P043-)=1:1:1時(shí)攪拌30min廢水中氨氮質(zhì)量濃度從處理前的222mg/L降到17mg/L，去除率為92.3%。將化學(xué)沉淀法和液膜法相結(jié)合用于高濃度工業(yè)氨氮廢水的處理。在對沉淀法工藝進(jìn)行優(yōu)化的條件下，使氨氮去除率達(dá)到98.1%，然后聯(lián)用液膜法進(jìn)一步處理使其氨氮濃度降低到0.005g/L，達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。對化學(xué)沉淀法進(jìn)行改進(jìn)研究，考察Mg2﹢以外的二價(jià)金屬離子(Ni2﹢，Mn2﹢，Zn2﹢，Cu2﹢，F(xiàn)e2﹢)在磷酸根作用下對氨氮的去除效果。對硫酸銨廢水體系提出了CaSO4沉淀—MAP沉淀新工藝。結(jié)果表明，可以實(shí)現(xiàn)以石灰取代傳統(tǒng)的NaOH調(diào)節(jié)劑?；瘜W(xué)沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)氨氮廢水濃度較高時(shí)，應(yīng)用其它方法受到限制，如生物法、折點(diǎn)氯化法、膜分離法、離子交換法等，此時(shí)可先采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行預(yù)處理；化學(xué)沉淀法去除效率較好，且不受溫度限制，操作簡單；形成含磷酸銨鎂的沉淀污泥可用作復(fù)合肥料，實(shí)現(xiàn)廢物利用，從而抵消一部分成本；如能與一些產(chǎn)生磷酸鹽廢水的工業(yè)企業(yè)以及產(chǎn)生鹽鹵的企業(yè)聯(lián)合，可節(jié)約藥劑費(fèi)用，利于大規(guī)模應(yīng)用。化學(xué)沉淀法的缺點(diǎn)是由于受磷酸銨鎂溶度積的限制，廢水中的氨氮達(dá)到一定濃度后，再投人藥劑量，則去除效果不明顯，且使投入成本大大增加，因此化學(xué)沉淀法需與其它適合深度處理的方法配合使用；藥劑使用量大，產(chǎn)生的污泥較多，處理成本偏高；投加藥劑時(shí)引人的氯離子和余磷易造成二次污染。2、吹脫法吹脫法去除氨氮是通過調(diào)整pH值至堿性，使廢水中的氨離子向氨轉(zhuǎn)化，使其主要以游離氨形態(tài)存在，再通過載氣將游離氨從廢水中帶出，從而達(dá)到去除氨氮的目的。影響吹脫效率的因素主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流速、初始濃度等。目前，吹脫法在高濃度氨氮廢水處理中的應(yīng)用較多。對吹脫法去除垃圾滲濾液中的氨氮進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)控制吹脫效率高低的關(guān)鍵因素是溫度、氣液比和pH值。在水溫大于2590，氣液比在3500左右，pH=10.5左右，對于氨氮濃度高達(dá)2000-4000mg/L的垃圾滲濾液，去除率可達(dá)到90%以上。對含(NH4)2S0的高濃度氨氮廢水進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)pH=11.5，吹脫溫度為80cC，吹脫時(shí)間為120min，廢水中氨氮脫除率可達(dá)99.2%。采用逆流吹脫塔對高濃度氨氮廢水進(jìn)行吹脫，結(jié)果表明，吹脫效率隨pH值升高而增大；氣液比越大，氨吹脫傳質(zhì)推動力越大，吹脫效率也隨之增大。吹脫法去除氨氮效果較好，操作簡便，易于控制。對于吹脫的氨氮可以用硫酸做吸收劑，生成的硫酸錢制成化肥使用。吹脫法是目前常用的物化脫氮技術(shù)。但吹脫法存在一些缺點(diǎn)，如吹脫塔內(nèi)經(jīng)常結(jié)垢，低溫時(shí)氨氮去除效率低，吹脫的氣體形成二次污染等。吹脫法一般與其它氨氮廢水處理方法聯(lián)合運(yùn)用，用吹脫法對高濃度氨氮廢水預(yù)處理。3、折點(diǎn)氯化法折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理為氯氣與氨反應(yīng)生成無害的氮?dú)?，N2逸人大氣，使反應(yīng)源不斷向右進(jìn)行。其反應(yīng)式為：NH4﹢+1.5HOCl→0.5N2+1.5H20+2.5H﹢+1.5Cl﹣當(dāng)將氯氣通人廢水中達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)，水中游離氯含量較低，而氨的濃度降為零；氯氣通人量超過該點(diǎn)時(shí)，水中游離氯的量就會增加，因此，稱該點(diǎn)為折點(diǎn)，該狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化。采用折點(diǎn)氯化法處理氨氮吹脫后的含鉆廢水，其處理效果直接受到前置氨氮吹脫工藝效果的影響。當(dāng)廢水中70%的氨氮經(jīng)吹脫工藝去除后，再經(jīng)折點(diǎn)氯化法處理，出水氨氮質(zhì)量濃度＜15mg/L。張勝利等以質(zhì)量濃度為100mg/L的氨氮模擬廢水為研究對象，研究結(jié)果表明，影響次氯酸鈉氧化脫除氨氮的主次因素順序?yàn)槁扰c氨氮的量比、反應(yīng)時(shí)間、pH值。折點(diǎn)氯化法脫氮效率高，去除率可達(dá)到100%，使廢水中氨的濃度降低為零；效果穩(wěn)定，不受溫度影響；投資設(shè)備少，反應(yīng)迅速完全；對水體起到殺菌消毒的作用。折點(diǎn)氯化法的適用范圍為氨氮廢水濃度＜40mg/L，因此折點(diǎn)氯化法多用于氨氮廢水的深度處理。折點(diǎn)氯化法液氯安全使用和貯存要求高，處理成本高，另外副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會造成二次污染。4、催化氧化法催化氧化法是通過催化劑作用，在一定溫度、壓力下，經(jīng)空氣氧化，可使污水中的有機(jī)物和氨分別氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質(zhì)，達(dá)到凈化的目的。影響催化氧化法處理效果的因素有催化劑特性、溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH值、氨氮濃度、壓力、攪拌強(qiáng)度等。研究臭氧氧化氨氮的降解過程，結(jié)果表明，當(dāng)pH值增大時(shí)，產(chǎn)生一種氧化能力很強(qiáng)的HO˙自由基，氧化速率顯著加快。研究表明臭氧能將氨氮氧化成亞硝酸鹽，并能將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，水體中的氨氮濃度隨著時(shí)間的增加而降低，氨氮的去除率約為82%。以CuO-Mn02-Ce02為復(fù)合催化劑處理氨氮廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新制備的復(fù)合催化劑氧化活性顯著提高，適宜的工藝條件為255℃,4.2MPa和pH=10.8。處理初始濃度為1023mg/L的氨氮廢水，在150min內(nèi)氨氮去除率可達(dá)到98%，達(dá)到國家二級((50mg/L)排放標(biāo)準(zhǔn)。通過研究硫酸錢溶液中的氨氮降解率對沸石負(fù)載型TiO2光催化劑的催化性能進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，Ti02/沸石光催化劑最佳投放量為1.5g/L，在紫外光照射下反應(yīng)4h.對廢水的氨氮去除率可達(dá)98.92%。研究了高鐵與納米二氧化欽在紫外光下聯(lián)用對難降解有機(jī)物苯酚和氨氮的去除效果。結(jié)果表明，對濃度為50mg/L的氨氮溶液，當(dāng)pH=9.0時(shí)，實(shí)施納米二氧化欽與高鐵聯(lián)用，氨氮的去除率為97.5%，比單獨(dú)用高鐵或單獨(dú)用納米二氧化欽分別提高了7.8%和22.5%。催化氧化法具有凈化效率高、流程簡單、占底面積少等有點(diǎn)，多用于處理高濃度氨氮廢水。應(yīng)用難點(diǎn)在于如何防止催化劑流失以及對設(shè)備的腐蝕防護(hù)。5、電化學(xué)氧化法電化學(xué)氧化法是指利用具有催化活性的電極氧化去除水中污染物的方法。影響因素有電流密度、進(jìn)水流量、出水放置時(shí)間和點(diǎn)解時(shí)間等。研究含氨氮廢水在循環(huán)流動式電解槽中的電化學(xué)氧化，其中陽極為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網(wǎng)狀電極，陰極為網(wǎng)狀鈦電極。結(jié)果表明，在氯離子濃度為400mg/L，初始氨氮濃度為40mg/L，進(jìn)水流量為600mL/min，電流密度為20mA/cm2，電解時(shí)間為90min時(shí)，氨氮去除率為99.37%。表明電解氧化含氨氮廢水具有較好的應(yīng)用前景。三、生化脫氮工藝1、全程硝化反硝化全程硝化反硝化是目前應(yīng)用最廣時(shí)間最久的一種生物法，是在各種微生物作用下，經(jīng)過硝化、反硝化等一系列反應(yīng)將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而達(dá)到廢水治理的目的。全程硝化反硝化法去除氨氮需要經(jīng)過兩個(gè)階段：硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)由好氧自養(yǎng)型微生物完成，在有氧狀態(tài)下，利用無機(jī)氮為氮源將NH4+化成NO2-，然后再氧化成NO3-的過程。硝化過程可以分成兩個(gè)階段。第一階段是由亞硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（NO3-）。反硝化反應(yīng)：反硝化反應(yīng)是在缺氧狀態(tài)下，反硝化菌將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮（N2）的過程。反硝化菌為異養(yǎng)型微生物，多屬于兼性細(xì)菌，在缺氧狀態(tài)時(shí)，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機(jī)物（污水中的BOD成分）作為電子供體，提供能量并被氧化穩(wěn)定。全程硝化反硝化工程應(yīng)用中主要有AO、A2O、氧化溝等，是生物脫氮工業(yè)中應(yīng)用較為成熟的方法。全程硝化反硝化法具有效果穩(wěn)定、操作簡單、不產(chǎn)生二次污染、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。該法也存在一些弊端，如當(dāng)廢水中C/N比值較低時(shí)必須補(bǔ)充碳源，對溫度要求相對嚴(yán)格，低溫時(shí)效率低，占地面積大，需氧量大，有些有害物質(zhì)如重金屬離子等對微生物有壓制作用，需在進(jìn)行生物法之前去除，此外，廢水中，氨氮濃度過高對硝化過程也產(chǎn)生抑制作用，所以在處理高濃度氨氮廢水前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，使氨氮廢水濃度小于500mg/L。傳統(tǒng)生物法適用于處理含有有機(jī)物的低濃度氨氮廢水，如生活污水、化工廢水等。2、同步硝化反硝化(SND)當(dāng)硝化與反硝化在同一個(gè)反應(yīng)器中同事進(jìn)行時(shí)，稱為同時(shí)消化反硝化(SND)。廢水中的溶解氧受擴(kuò)散速度限制在微生物絮體或者生物膜上的微環(huán)境區(qū)域產(chǎn)生溶解氧梯度，使微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧梯度，利于好氧硝化菌和氨化菌的生長繁殖，越深入絮體或膜內(nèi)部，溶解氧濃度越低，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢，從而形成同時(shí)消化反硝化過程。影響同時(shí)消化反硝化的因素有PH值、溫度、堿度、有機(jī)碳源、溶解氧及污泥齡等。Carrousel氧化溝中有同時(shí)硝化/反硝化現(xiàn)象存在，在Carrousel氧化溝曝氣葉輪之間的溶解氧濃度是逐漸降低的，且Carrousel氧化溝下層溶解氧低于上層。在溝道的各部分硝態(tài)氮的形成和消耗速度幾乎相等，溝道中氨氮始終保持很低的濃度，這就表明硝化及反硝化反應(yīng)在Carrousel氧化溝中同時(shí)發(fā)生。研究生活污水的處理，認(rèn)為CODCr越高，反硝化越完全，TN去除效果越好。溶解氧對同時(shí)硝化反硝化的影響較大，溶解氧控制在0.5~2mg/L時(shí)，總氮去除效果好。同時(shí)硝化反硝化法節(jié)省反應(yīng)器，縮短反應(yīng)時(shí)間，能耗低，投資省，易保持pH值穩(wěn)定。3、短程消化反硝化短程硝化反硝化是在同一個(gè)反應(yīng)器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽，然后在缺氧的條件下，以有機(jī)物或外加碳源作電子供體，將亞硝酸鹽直接進(jìn)行反硝化生成氮?dú)?。短程硝化反硝化的影響因素有溫度、游離氨、pH值、溶解氧等。溫度對不含海水的城市生活污水和含30%海水的城市生活污水短程硝化的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：對于不含海水的城市生活污水，提高溫度有利于實(shí)現(xiàn)短程硝化，生活污水中海水比例為30%時(shí)中溫條件下可以較好地實(shí)現(xiàn)短程硝化。Delft工業(yè)大學(xué)開發(fā)了SHARON工藝，利用高溫(大約30-4090)有利于亞硝酸菌增殖的特點(diǎn)，使硝酸菌失去競爭，同時(shí)通過控制污泥齡淘汰硝酸菌，使硝化反應(yīng)處于亞硝化階段。根據(jù)亞硝酸菌與硝酸菌對氧親和力的不同，Gent微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出OLAND工藝，通過控制溶解氧淘汰硝酸菌，來實(shí)現(xiàn)亞硝酸氮的積累。采用短程硝化反硝化處理焦化廢水的中試結(jié)果表明，進(jìn)水COD,氨氮,TN和酚的濃度分別為1201.6,510.4,540.1和110.4mg/L時(shí)，出水COD,氨氮,TN和酚的平均濃度分別為197.1,14.2,181.5和0.4mg/L，相應(yīng)的去除率分別為83.6%,97.2%、66.4%和99.6%。短程硝化反硝化過程不經(jīng)歷硝酸鹽階段，節(jié)約生物脫氮所需碳源。對于低C/N比的氨氮廢水具有一定的優(yōu)勢。短程硝化反硝化具有污泥量少，反應(yīng)時(shí)間短，節(jié)約反應(yīng)器體積等優(yōu)點(diǎn)。但短程硝化反硝化要求穩(wěn)定、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑制硝化菌的活性成為關(guān)鍵。4、厭氧氨氧化厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮為電子受體，利用自養(yǎng)菌將氨氮直接氧化為氮?dú)獾倪^程。研究溫度和PH值對厭氧氨氧化生物活性的影響，結(jié)果表明，該微生物的最佳反應(yīng)溫度為30℃,pH值為7.8。研究厭氧氨氧化反應(yīng)器處理高鹽度、高濃度含氮廢水的可行性。結(jié)果表明，高鹽度顯著抑制厭氧氨氧化活性，這種抑制具有可逆性。在30g.L-1(以NaC1計(jì))鹽度條件下，未馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對照(無鹽水質(zhì)條件)低67.5%；馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對照低45.1%。由高鹽度環(huán)境轉(zhuǎn)移到低鹽度環(huán)境〔無鹽水)時(shí)，馴化污泥的厭氧氨氧化活性可提高43.1%。但反應(yīng)器長期運(yùn)行于高鹽度條件下，容易出現(xiàn)功能衰退。與傳統(tǒng)生物法相比，厭氧氨氧化無需外加碳源，需氧量低，無需試劑進(jìn)行中和，污泥產(chǎn)量少，是較經(jīng)濟(jì)的生物脫氮技術(shù)。厭氧氨氧化的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，所需反應(yīng)器容積較大，且碳源對厭氧氨氧化不利，對于解決可生化性差的氨氮廢水具有現(xiàn)實(shí)意義。四、分離吸附脫氮工藝1、膜分離法膜分離法是利用膜的選擇透過性對液體中的成分進(jìn)行選擇性分離，從而達(dá)到氨氮脫除的目的。包括反滲透、納濾、脫氨膜及電滲析等。影響膜分離法的因素有膜特性、壓力或電壓、pH值、溫度以及氨氮濃度等。根據(jù)稀土冶煉廠排放氨氮廢水的水質(zhì)情況，采用NH4C1和NaCI模擬廢水進(jìn)行了反滲透對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同條件下反滲透對NaCI有較高去除率，而NH4Cl有較高的產(chǎn)水速率。氨氮廢水經(jīng)反滲透處理后NH4C1去除率為77.3%，可作為氨氮廢水的預(yù)處理。反滲透技術(shù)可以節(jié)約能源，熱穩(wěn)定性較好，但耐氯性、抗污染性差。采用生化一納濾膜分離工藝處理垃圾滲瀝液，使85%~90%的透過液達(dá)標(biāo)排放，僅0%~15%的濃縮污液和泥漿返回垃圾池。Ozturki等人對土耳其Odayeri垃圾滲濾液經(jīng)納濾膜處理，氨氮去除率約為72%。納濾膜要求的壓力比反滲透膜低，操作方便。脫氨膜系統(tǒng)一般用于高氨氮廢水處理中，氨氮在水中存在以下平衡：NH4-+OH-=NH3+H2O運(yùn)行中，含氨氮廢水流動在膜組件的殼程，酸吸收液流動在膜組件的管程。廢水中PH提高或者溫度上升時(shí)，上述平衡將會向右移動，銨根離子NH4-變成游離的氣態(tài)NH3。這時(shí)氣態(tài)NH3可以透過中空纖維表面的微孔從殼程中的廢水相進(jìn)入管程的酸吸收液相，被酸液吸收立刻又變成離子態(tài)的NH4-。保持廢水的PH在10以上，并且溫度在35℃以上（50℃以下），這樣廢水相中的NH4就會源源不斷地變成NH3向吸收液相遷移。從而廢水側(cè)的氨氮濃度不斷下降；而酸吸收液相由于只有酸和NH4-，所以形成的是非常純凈的銨鹽，并且在不斷地循環(huán)后達(dá)到一定的濃度，可以被回收利用。而該技術(shù)的使用一方面可以大大的提升廢水中氨氮的去除率，另一方面可以降低廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)營總成本。2、電滲析法電滲析法是利用施加在陰陽膜對之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。氨氮廢水中的氨離子及其它離子在電壓的作用下，通過膜在含氨的濃水中富集，從而達(dá)到去除的目的。采用電滲析法處理高濃度氨氮無機(jī)廢水取得較好效果。對濃度為2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在85%以上，同時(shí)可獲得8.9%的濃氨水。電滲析法運(yùn)行過程中消耗的電量與廢水中氨氮的量成正比。電滲析法處理廢水不受pH值、溫度、壓力限制，操作簡便。膜分離法的優(yōu)點(diǎn)是氨氮回收率高，操作簡便，處理效果穩(wěn)定，無二次污染等。但在處理高濃度氨氮廢水時(shí)，除了脫氨膜外其他的的膜易結(jié)垢堵塞，再生、反洗