高浓度氨氮废水的处理与研究文献综述

文 献 综 述

随着我国经济的高速发展，各种污染物的排放量急剧增加，对环境尤其是水体造成了严重污染。水资源的短缺已成为制约我国可持续发展的重要因素。根据环境监测总站报道，我国城市地表水的主要污染物为氨氮、酚等。

氨氮废水的超标排放是水体富营养化的主要原因。另外，氨氮还会增大给水消毒和工业循环水杀菌处理的用氯量，对于某些金属，特别是对铜具有腐蚀性。当污水回用时，再生水中氨氮可以促进输水管和用水设备中的微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响热交换率^[1]。

氨氮废水已引起环保领域和全球范围的重视。近一、二十年来，国内外在氨氮废水处理方面展开了较多的研究，研究的范围几乎涉及物理，化学，生物法的各种工艺。新的技术不断出现，在氨氮废水处理的工业应用方面展露出诱人的前景。

1. 氨氮废水的来源

氨是废水中主要污染物之一，氮的存在形态主要有：游离氨（NH₃）、铵离子（NH₄ ）、NO₂^-、NO₃^-、有机氮，在石化废水中NH₄ -N是常见的污染物。水中的氨氮使水体富营养化，从而滋生细菌及藻类，对鱼类有毒害作用，对人类健康有危害作用^[2]。

无论是在日常生活还是在工业生产过程都存在大量的氨氮废水。目前国内外对废水排放或回用氮指标的控制越来越重视，尤其是欧洲废水N、P指标要求比较严格。传统的老三套式（隔油、浮选、曝气）废水处理方法根被满足不了要求，许多国家都对污水脱氮技术进行开发研究以提高脱氮效率^[3]。

氨氮废水的来源主要有以下几个途径：

1. 生活污水中产生氨氮废水

水中氨氮的来源主要为生活污水中如洗涤废水、含废弃食物产生的垃圾渗滤液及人体排泄物等含氮有机物受微生物作用的分解产物。

2. 工业生产产生氨氮废水

氮的工业污染来源于肥料生产、硝酸、炼焦、消化纤维、人造丝、合成橡胶、碳化钙、燃料、清漆、烧碱、电镀及石油加工过程中^[4]。

3. 农田排水产生氨氮废水

农业生产大量使用的化肥，因利用效率不高而造成水土流失，加上动物的排泄和垃圾的渗滤液氨氮的排放等随地表径流进入地面。

2. 氨氮废水处理技术

目前氨氮废水处理技术分为两类：一类是物化处理技术，包括吹脱、沉淀、膜吸收、湿式氧化等，其中吹脱和膜吸收技术都需要氨氮尽可能以氨分子形式存在，另一类技术生物脱氮技术。

2. 1 吹脱法^{[5- 7]}

在碱性条件下，利用氨氮的气相浓度之间的平衡进行分离的一种方法。一般认为吹脱效率与温度、PH、气液比有关。此种方法的优点：工艺简单，效果稳定，适应性强，投资较低。缺点：能耗大，有二次污染，出水的氨氮浓度仍高。

2. 2 沸石脱氨法^[8]

利用沸石中的阳离子与废水中NH4 进行交换以达到脱氮的目的。沸石一般被用于处理低浓度含氨废水或含微量重金属的废水。优点：工艺简单，操作方便，投资较省。缺点：费用高，再生难，有二次污染。

2. 3 化学沉淀法^{[9 10]}

主要利用以下的化学反应：mg² NH₄ PO₄^3-=MgNH₄PO₄理论上讲以一定的比例向含有高浓度氨氮的废水中投加磷盐和镁盐，当[mg² ] [NH₄ ] [PO₄^3-]2.510^-13时可生成磷酸铵镁(MAP)，除去水中的氨氮。最大的特点就是能连续操作。

2. 4 生物脱氮技术^{[11 12]}

物化在处理高浓度氨氮废水时不会因为氨氮浓度过高而受到限制，但是不能将氨氮的浓度降到最低。而生物脱氮会因为高浓度游离氨或者亚硝酸盐氮而受到抑制。实际采用生化联合的方法。在生物处理前先对含高浓度氨氮的废水进行物化处理。优点：工艺成熟，处理的效果好。缺点：流程长，反应器大，占地多，常需外加碳源，能耗大，成本高。

3. 高浓度氨氮废水处理的研究进展

近年来国内外出现了一些全新的脱氮工艺，为高浓度氨氮废水的脱氮处理提供了新的途径。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化。

3.1 短程硝化反硝化^{[13 14]}

生物硝化反硝化是应用最广泛的脱氮方式。由于氨氮氧化过程中需要大量的氧气，曝气费用成为这种脱氮方式的主要开支。短程硝化反硝化（将氨氮氧化至亚硝酸盐氮即进行反硝化），不仅可以节省氨氧化需氧量而且可以节省反硝化所需炭源。

3.2 厌氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自养脱氮(CANON)^[15]

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐为电子受体直接被氧化成氮气的过程。ANAMMOX的生化反应式为：

NH₄ NO₂^－→N₂↑ 2H₂O

ANAMMOX菌是专性厌氧自养菌，因而非常适合处理含NO₂^－、低C/N的氨氮废水。与传统工艺相比，基于厌氧氨氧化的脱氮方式工艺流程简单，不需要外加有机炭源，防止二次污染，又很好的应用前景。厌氧氨氧化的应用主要有两种：CANON工艺和与中温亚硝化（SHARON）结合，构成SHARON-ANAMMOX联合工艺。

CANON工艺是在限氧的条件下，利用完全自养性微生物将氨氮和亚硝酸盐同时去除的一种方法，从反应形式上看，它是SHARON和ANAMMOX工艺的结合，在同一个反应器中进行。

3.3 好氧反硝化^[16-19]

传统脱氮理论认为，反硝化菌为兼性厌氧菌，其呼吸链在有氧条件下以氧气为终末电子受体在缺氧条件下以硝酸根为终末电子受体。所以若进行反硝化反应，必须在缺氧环境下。近年来，好氧反硝化现象不断被发现和报道，逐渐受到人们的关注。一些好氧反硝化菌已经被分离出来，有些可以同时进行好氧反硝化和异养硝化（如Robertson等分离、筛选出的Tpantotropha.LMD82.5）。这样就可以在同一个反应器中实现真正意义上的同步硝化反硝化，简化了工艺流程，节省了能量。

4. 小结

1）氨氮废水的处理技术都有各自的优势与不足，由于不同废水性质上的差异，还没有一种通用的方法能处理所有氨氮废水。

2）从目前的氨氮废水处理及研究情况看，采用物化手段和生物脱氮的联合处理技术处理高浓度氨氮废水是可行的，这种联合处理技术可以保证氨氮废水处理的有效性和经济性。

3）随着研究的不断深入，如果能够较好地解决膜污染问题，膜技术与生物处理技术的结合有可能成为高浓度废水的有效治理技术。

参考文献

[1]周彤，污水的零费用脱氨[J]. 给水排水，2000,26（2）：37-40.

[2]张庆冬，赵东风，赵朝成．吸附法脱氮现状及常用吸附剂介绍[J]．新疆环境保护，2002，24 (2)：43～46．

[3]刘国文．有色金属冶炼氨氮废水处理方法研究[J]．湖南有色金属，2004．20(3)：37～40．

[4]郑晓红．氨氮的测定方法．上海市环境监测中心[Z]．200030：62～64．

[5]王文斌，董 有，刘士庭.吹脱法去除垃圾渗滤液中的氨氮研究[D].环境污染治理技术与设备，2004，5（6）：51

[6]王有乐，翟 钧，谢 刚.超声波吹脱技术处理高浓度氨氮废水试验研究[D].环境污染治理技术与设备，2004，2（2）：59

[7]孙锦宜.含氮废水处理技术与应用[J].北京：化学工业出版社，2003

[8]蒋建国，陈嫣，邓舟等.沸石吸附法去除垃圾渗滤液中氨氮的研究[D].给水排水，2003，129（13）：6

[9]穆大刚，孟范平，赵 莹，等.化学沉淀法净化高浓度氨氮废水初步研究[J].青岛大学学报(工程技术版)，2004，19（2）：1

[10]Kumashiro K，Ishiwatari H，NawamuraY.A pilot plant study on using seawater as a magnesium source for struviteprecipitation. Paper presented at Second International Conference on theRecovery of Phosphorus from Sewage and Animal Wastes[J]，Noordwijkerhout，The Netherlands，2001

[11]卢平，曾丽璇，张秋云等高浓度氨氮垃圾渗滤液处理方法研究[J].中国给水排水，2003，19（5）：44

[12]李红岩，高盂春，杨敏等组合式膜生物反应器处理高浓度氨氮废水[M].环境科学，2002，23（5）：62

[13]刘俊新，王秀蘅.高浓度氨氮废水亚硝酸型与硝酸型脱氮的比较研究[J].工业用水与废水，2002，33（3）：1～4 6

[14]刘超翔，胡洪营，彭党聪，等.短程硝化反硝化工艺处理焦化高氨废水[J].中国给水排水，2003，19（8）：11

[15]孟了，陈永，陈石.CANON工艺处理垃圾渗滤液的高浓度氨氮[J].给水排水，2004，30（8）：24

[16]Robertson L.A,Van N E,Torremans R A,et al Simultancous nitrification and denitrification in aerobic chemostat cultures of Thiosphaera pantotropha[J].Appl Environ Microbial,1998,54(11):2812-2818

[17]Meiberg J B,Bruimenberg P M,Harder W.Effect of dissolved oxygen tension on the metabolism of methylated amines in Hyphomicrobium X in the absence and presence of nitrite:aerobic denitrification[J].J Gen Microbial,1980,120:453-463

[18]贾剑晖.氨氮废水处理过程中的好氧反硝化研究[M].南平师专学报，2004，（2）：10～20

[19]赵宗升，李炳伟，刘鸿亮.高氨氮渗滤液处理的好氧