工业废水中的氨氮处理

车永强，李 梅，赵国辉，刘少祯，魏 磊，孙 晓，高英武

(1.洛阳黎明大成氟化工有限公司，河南 洛阳 471012；2.昊华气体有限公司，河南 洛阳 471012)

近年来大自然中水体水华灾害频繁发生，主要由于工业废水和生活污水中氮、磷等营养盐类以及有机化合物的含量大大增加，使得水华类的浮游生物大量增殖。水华和赤潮灾害已经严重制约沿海和水域周围地区的经济发展，因此为了减小对水体的污染，必须降低工业废水中氨氮的含量。

目前处理废水中氨氮含量的方法主要有吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、折点氯化法、生物硝化反硝化法、电渗析法、电化学氧化法等。文章对这几种方法在工程上的应用范围和优缺点进行了综述。

1 吹脱法

吹脱法分为蒸汽吹脱和空气吹脱，是国内处理氨氮废水应用最多的方法。该方法是通过调节废水的pH值以改变废水中的铵根离子的反应平衡，使得铵根离子转化成氨气逸出。

影响废水中氨氮吹脱效率的因素主要有废水温度、pH值、气体流速、吹脱时间等[1]。曹国平等[2]提出的吹脱法处理氨氮含量为2500～3000 mg/L的废水处理最优条件为pH值为11，废水温度45℃，吹脱时间为3 h，气水比为2880 m3/m3，废水中氨氮去除率可以达到99.31%以上。刘文龙等[3]采用吹脱法对氨氮含量为4300 mg/L的废水进行脱氮处理，试验结果表明，当pH=11.5，温度为80℃，吹脱处理120 min的氨氮去除率达99.2%，处理后氨氮含量低于60 mg/L。

彭人勇等[4]对氨氮废水采用超声吹脱技术进行深度处理，结果表明,在不调节废水pH值，温度为30℃，超声波功率为100 W，反应时间为150 min的情况下，废水中氨氮的脱除效率达90.78%，比传统吹脱技术提高效率30%～40%。王有乐等[5]对比了传统吹脱技术与超声波吹脱技术处理高浓度氨氮水的效率，结果发现去除率增加了16.4%～17%，说明超声波技术可以提高吹脱法处理氨氮废水的效率。蒸汽吹脱效果相对于空气吹脱效果好，而且可以有效减少设备的结垢现象，但是运行成本相对于空气吹脱法高，应谨慎选择。

使用吹脱法处理氨氮废水操作简单、容易控制，但谢凤岩[6]指出空气吹脱法在实际使用中气温对吹脱效果影响较大，北方地区冬季热损失大，如果工厂没有废热利用，运行成本会提高很多。吹脱塔在使用过程中容易结垢，运行中需要定期检查和维护。

使用吹脱法处理后的氨气还可以通过吸收制成氨水再利用，可以抵消一部分成本。但是处理后废水的氨氮含量在100 mg/L左右，需要与其他方法配合使用才能有效地去除废水中的氨氮，使之达到废水中氨氮含量要求。

2 化学沉淀法

化学沉淀法是向氨氮废水中加入镁盐和磷酸氢盐，与废水中的铵根离子反应生成磷酸铵镁沉淀，俗称鸟粪石，该方法也简称MAP沉淀法。反应生成的磷酸铵镁沉淀可作为土壤的添加剂和建筑材料上的阻火剂，也可加工成医用药剂。因此，磷酸铵镁具有一定的经济价值。影响磷酸铵镁沉淀效果的主要因素有废水初始氨浓度、反应时间、pH值、沉淀剂类型及配比等。

在其他方法受限的情况下，可以采用化学沉淀法预处理，该方法操作简单，不受温度限制。处理后得到的鸟粪石具有一定的经济价值。但是化学沉淀法药剂使用量大，产生污泥较多。投入的药剂又容易造成二次污染。适宜配套有磷酸盐或者镁盐副产物的工厂应用，可以降低成本[7-9]。

3 折点氯化法

在氨氮废水中通入Cl2或者NaClO，废水中的铵根离子被氧化生成氮气，当废水中铵根离子含量最低，游离氯离子生成时，这时就达到了折点，游离氯离子在废水含量中也最低，这种去除废水中氨氮的方法就称为折点氯化法。折点氯化去除废水中氨氮是由于氯气与氨发生化学反应，生成氮气和水。此法主要影响因素为温度、pH值、接触时间以及氨氮与氯的量。反应方程式如下。

NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O

2NH2Cl+HClO→N2↑+3H++3Cl-+H2O

李婵君等[10]采用折点加氯法处理某含有低浓度氨氮的工业冶炼废水，试验结果表明,当pH=5.5～6.5，氯气与铵根离子的物质的量之比为8.0:1或者8.2:1时，反应时间30 min，废水中氨氮的浓度降至10 mg/L以下，达到国家要求的氨氮废水排放标准。黄海明等[11]使用折点氯化法处理有机物少、盐含量高、氨氮含量100～200 mg/L的工业废水时，试验结果表明，在pH=7，Cl：NH4=8：1，反应时间为10～15 min时，废液中氨氮的脱除率达到98%。

折点氯化法常用于有机物少、含盐量高，不能使用生物法处理的氨氮浓度在50 mg/L左右的工业废水，或是对氨氮浓度较高的废水进行深度处理。与别的方法相比较，折点加氯法具有反应速度快，去除氨氮效率高，不受水温影响等特点。但由于折点氯化法操作需要精确控制，会产生副产物氯胺、氯代有机物等，造成水体的二次污染，需要在排放前对水体中的氯吸收处理。同时又因为酸的产生，又会增加废水中总溶解性固体的含量。

4 生物硝化反硝化法(A/O法)

生物硝化反硝化法是通过厌氧细菌(A表示)和好氧细菌(O表示)发生硝化和反硝化反应，将废水中的氨氮转化为氮气，从而达到处理的效果。硝化过程是在有氧条件下，硝化菌把氨转化成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。反硝化过程是在低氧或无氧条件下，反硝化菌把废水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化成氮气的过程。

硝化过程的反应式为：

反硝化过程的反应式为：

生物硝化反硝化法(A/O法)具有去除氨氮效果稳定，不产生二次污染的特点。生物法运行中受到温度、碳氮比、pH值的影响[12]。刘柒变[13]指出该方法在去除氨氮的同时也可以使废水中COD和BOD得到降解。处理过程中碳氮比和pH值对脱氮的效率和操作成本至关重要，需要控制碳氮比>2.86，硝化pH值为8～9，反硝化pH值为7.5～8.5，有利于提高A/O法的效率。但是生物法存在碳氮比低时需要补加碳源、低温时效率低、占地面积大等缺点。此外，高低浓度氨氮对硝化过程有抑制，优选处理300 mg/L以下的氨氮废水[14]。

5 离子交换法

离子交换法是利用对氨氮吸附性好的一些材料对废水中氨氮、COD进行选择性吸附，然后再通过氨氮的置换、脱附达到去除氨氮的目的。离子交换法一般使用活性炭、沸石、树脂等作为吸附材料。沸石具有规则的孔道结构及空穴，因而具有很好的热稳定性、筛分效应及交换吸附选择性，并且价格低廉。沸石种类良多，离子交换法中通常使用斜发沸石作为吸附材料。

离子交换法的优点有操作简单，温度、抗干扰性好等优势，并且沸石可以再次回收利用，但是只能用来处理低浓度氨氮废水[15-16]。在处理高浓度氨氮废水的过程中，沸石需要频繁地再生、反洗。

6 结 语

以上几种氨氮处理方法各有优缺点，每个工厂中的工业废水成分不一，单一方法已经不能满足废水中氨氮的有效去除，需要结合工厂的工艺特点和废水中氨氮、COD等含量制定出符合工厂运行的高效、低耗、绿色的处理方法。