工业废水中氨氮处理方法比较分析（上）

近年来，我国社会经济高速发展，对矿产资源尤其是稀土资源产生了巨大需求。然而，稀土冶炼过程中会产生大量高氨氮废水。我国已将氨氮纳入了“十二五”环境污染物约束性控制指标，对冶炼行业废水排放制定了更为严格的标准，规定从2012年开始，铅锌行业废水氨氮直接排放标准需控制在8mg/L以下。在此背景下，如何选用经济的方法对其进行处理，已成为水污染控制工程技术研究方向。

目前，工业氨氮废水处理的方法主要有物理化学方法和生物方法，其中，常用的吹脱法、吸附法、膜技术、化学沉淀法、化学氧化法属于物理化学方法。生物方法可分为传统硝化反硝化法和新型的短程硝化反硝化法、同时硝化反硝化法、厌氧氨氧化法等。

但是由于水质指标的不同和工艺条件的限制，针对不同类别的废水，采用的处理技术有很大差异，如在高浓度氨氮废水处理过程中常采用吹脱-生物法、吹脱-折点氯化法、化学沉淀-生物法等;而在低浓度氨氮废水处理中考虑到成本和效益问题常采用吸附法、生物法等。将对含氨氮废水不同处理技术及其效果等进行分析和总结，为其工业化处理过程中在选择工艺方法和设计参数时提供参考。

一、高浓度氨氮废水处理技术

高浓度氨氮废水是指氨氮质量浓度大于500mg/L的废水。伴随石油、化工、冶金、食品和制药等工业的发展，以及人民生活水平的不断提高，工业废水和城市生活污水中氨氮的含量急剧上升，呈现氨氮污染源多、排放量大，并且排放的浓度加大的特点。目前针对高氨氮废水的处理技术主要使用吹脱法、化学沉淀法等。

1、吹脱法

将空气通入废水中，使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相，使废水得到处理的过程称为吹脱。

吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。将氨氮废水pH调节至碱性，此时，铵离子转化为氨分子，再向水中通入气体，使其与液体充分接触，废水中溶解的气体和挥发性氨分子穿过气液界面，转至气相，从而达到去除氨氮的目的。常用空气或水蒸气作载气，前者称为空气吹脱，后者称为蒸汽吹脱。

蒸汽吹脱法效率较高，氨氮去除率能达到百分之九十以上，但能耗较大，一般应用在炼钢、化肥、石油化工等行业，其优点是可回收利用氨，经过吹脱处理后可回收到氨质量分数达百分之三十以上的氨水。空气吹脱法的效率虽比蒸汽法的低，但能耗低、设备简单、操作方便。在氨氮总量不高的情况下，采用空气吹脱法比较经济，同时可用硫酸作吸收剂吸收吹脱出的氨氮，生成的硫酸铵可制成化肥。但是在大规模的氨吹脱-汽提塔生产过程中，产生水垢是较棘手的问题。通过安装喷淋水系统可有效解决软质水垢问题，可是对于硬质水垢，喷淋装置也无法消除。此外，低温时氨氮去除率低，吹脱的气体形成二次污染。因此，吹脱法一般与其他氨氮废水处理方法联合运用，用吹脱法对高浓度氨氮废水进行预处理。

许多学者对吹脱法用于不同的氨氮废水处理进行了实验研究，分别得到吹脱工艺条件。

通过对比分析可以得出：

（1）吹脱法普遍适宜的pH在11附近；

（2）考虑经济因素，温度在30~40℃附近较为可行，且处理率高；

（3）吹脱时间为3h左右；

（4）气液比在5000∶1左右效果较好，且吹脱温度越高，气液比越小；

（5）吹脱后废水的浓度可降低到中低浓度；

（6）脱氮率基本保持百分之九十以上。尽管吹脱法可以将大部分氨氮脱除，但处理后的废水中氨氮仍然高达100mg/L以上，无法直接排放，还需要后续深度处理。

2、化学沉淀法（磷酸铵镁沉淀法）

化学沉淀法的原理，是向氨氮污水中投加含Mg2+和PO43-的药剂，使污水中的氨氮和磷以鸟粪石（磷酸铵镁）的形式沉淀出来，同时回收污水中的氮和磷。

化学沉淀法的优点主要表现在：工艺设计操作相对简单；反应稳定，受外界环境影响小，抗冲击能力强；脱氮率高，生成的磷酸铵镁可作为无机复合肥使用，因此解决了氮的回收和二次污染的问题，具有良好的经济和环境效益。

磷酸铵镁沉淀法适用于处理氨氮浓度较高的工业废水，总结了一些使用化学沉淀法处理氨氮废水的案例。

磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水的适宜条件是：pH约为9.0，n（P）∶n（N）∶n（Mg）在1∶1∶1.2左右，磷酸铵镁沉淀法的脱氮率能维持在较高水平，普遍能够达到百分之九十以上。

二、低浓度氨氮工业废水处理技术

由于技术和处理成本方面的原因，我国许多企业在排放污水时仅对COD进行深度处理，而往往忽略了对低浓度氨氮的处理。废水中氨氮的构成主要有两种，一种是氨水形成的氨氮，一种是无机氨形成的氨氮，主要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一，对这类污水进行回收利用时还会对管道中的金属产生腐蚀作用，缩短设备和管道的寿命，增加维护成本。目前工业上常用于处理低浓度氨氮的技术主要有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技术等。

1、吸附法

吸附是一种或几种物质（称为吸附物）的浓度在另一种物质（称为吸附剂）表面上自动发生变化的过程，其实质是物质从液相或气相到固体表面的一种传质现象。

吸附法是处理低浓度氨氮废水较有发展前景的方法之一。吸附法常利用多孔性固体作为吸附剂，根据吸附原理不同可分为物理吸附、化学吸附和交换吸附。处理低浓度氨氮废水较为理想的是离子交换吸附法，它属于交换吸附方法的一种，利用吸附剂上的可交换离子与废水中的NH4+发生交换并吸附NH3分子以达到去除水中氨的目的，这是一个可逆过程，离子间的浓度差和吸附剂对离子的亲和力为吸附过程提供动力。

具有良好吸附性能且常用的吸附剂有：沸石、活性炭、煤炭、离子交换树脂等，根据其吸附原理的不同，这些吸附材料对不同吸附物的吸附效果不同。

该法一般只适用于低浓度氨氮废水，而对于高浓度的氨氮废水，使用吸附法会因吸附剂更换频繁而造成操作困难，因此需要结合其他工艺来协同完成脱氮过程。

供吸附法使用的吸附剂很多，但不同吸附剂对废水中氨氮的吸附量却有很大不同，表3对比了部分吸附剂的吸附效果。

由表3可以看出，对于传统的吸附剂如沸石、交换树脂等，其对氨氮的处理率较高，一般能达到百分之九十以上。

2、折点氯化法

折点氯化法是污水处理工程中常用的一种脱氮工艺，其原理是将通入氨氮废水中达到某一临界点，使氨氮氧化为氮气的化学过程，其反应方程式为：

NH4++1.5HOCl→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-

折点氯化法的优点为：处理效率高且效果稳定，去除率高;该方法不受盐含量干扰，不受水温影响，操作方便;有机物含量越少时氨氮处理效果越好，不产生沉淀;初期投资少，反应迅速完全;能对水体起到杀菌消毒的作用。但是折点氯化法仅适用于低浓度废水的处理，因此多用于氨氮废水的深度处理。该方法的缺点是：消耗量大，费用较高，且贮存和使用的要求较高，反应副产物氯胺和氯代有机物会对环境造成二次污染。宋卫锋等针对含钴废水氨氮高、含盐量高、难以生化处理等特征，采用折点氯化法进行了实验室研究和工程实践。原水水质采用的是西北某镍钴生产基地某车间生产的废水，当废水中七成的氨氮经吹脱工艺去除后，再经折点氯化法处理，出水氨氮质量浓度<15mg。

黄海明等在采用折点氯化法去除NH4+-N的研究过程中，采用模拟废水和实际废水相结合的实验方式进行研究，结果表明针对不同初始浓度的废水，当pH=7，Cl-与NH4+质量浓度比为7∶1，反应时间为10~15min左右时，NH4+-N去除率高。