目前，水中氨氮的處理方法很多,其主要可分為兩大類(lèi):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)馀欧拧?br />
(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(chēng)為折點(diǎn)。該狀態(tài)下的氯化稱(chēng)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)?其反應(yīng)方程式為: [ ]
Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl –
NH4+ + HOCl NH2Cl (一氯胺) + H2O + H+
NH2Cl + HOCl NHCl2 (二氯胺) + H2O
NHCl2 + HOCl NCl3 (三氯胺) + H2O
NH4+ + 3HOCl N2↑+ 5H+ + 3Cl + 3H2O
N2逸入大氣,使反應(yīng)源源不斷向右進(jìn)行。加氯比例: 與 之比為8 :l - 10 :1 。當(dāng)氨氮濃度小于20 mg/ 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6-8 。
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)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 。
在一定的pH條件下,水中的Mg2+ 、HPO43- 和NH4+可以生成磷酸銨鎂沉淀,而使銨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(lèi)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 %。
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。
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。
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。
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。
影響磷酸銨鎂沉淀及晶體生長(zhǎng)的因素,得出4點(diǎn)結(jié)論:
（1）過(guò)量的銨離子對(duì)形成磷酸銨鎂沉淀有利;
（2）鎂離子可能是形成磷酸銨鎂沉淀的限制因素;
（3）如果要想從廢水中回收磷酸銨鎂,需要得到比較大的晶體顆粒,則至少需要3 h 的結(jié)晶時(shí)間;
（4）沉淀的pH 值應(yīng)大于8. 5。
Battistoni 等進(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 可以生成磷酸銨鎂沉淀可回收磷和氮。
Lind 等則進(jìn)行了用磷酸銨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)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(chēng)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-進(jìn)一步氧化, 直接以NO2-作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-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。
