水中的各種氮主要以有機氮和無機氮的形式存在。其中，有機氮主要包括蛋白質、多肽、氨基酸和尿素。無機氮一般指氨氮、亞硝酸鹽氮(NO2)和硝酸鹽氮(NO3)。氨氮，即氨態(tài)氮，一般指水中以游離氨(NH3)和銨離子(NH+4)形式存在的氮。氨氮廢水的來源很多，如生活污水、農業(yè)灌溉廢水、食品加工廢水、化肥、冶金生產廢水、煉油廠和制藥廠廢水等。

隨著我國經濟的快速發(fā)展，產生了大量高濃度氨氮廢水。氨氮廢水的排放導致水中氨氮富集，水體富營養(yǎng)化和惡化，對水環(huán)境危害極大，不僅嚴重影響人們的正常生活，而且危害人們的身體健康和社會影響。因此，國家在氨氮廢水的排放要求上也制定了越來越嚴格的規(guī)定和排放標準。目前，除合成氨、肉類加工、鋼鐵等12個行業(yè)執(zhí)行相應的國家行業(yè)標準(通常一級標準為25mg/L)外，其他行業(yè)均須符合國家標準GB 8978-1996 & # 171；污水綜合排放標準& # 187；。該標準規(guī)定1998年以后新建機組氨氮的最高允許排放濃度為15毫克/升

氨氮廢水的處理方法和工藝很多，包括物理化學法和生物法。物理化學法包括吹脫法、離子交換法、斷點氯化法、化學沉淀法、膜分離法、高級氧化法、電解法、土壤灌溉法等。生物法包括硝化反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、A/O、A2/O、SBR、氧化溝等。

1.物化方法

1.1吹掃方法

廢水中氨氮多以銨離子(NH+4)和游離氨(NH3)的形式存在，二者處于平衡狀態(tài)，平衡關系為NH3+H2O→NH+4+OH-。這種平衡受pH值的影響。當廢水pH值升高時，OH-離子增多，平衡反應向左移動，有利于NH+4生成游離NH3，從而增加游離氨的比例，使游離氨容易從水中逸出。當廢水的pH值上升到11左右時，廢水中幾乎所有的氨氮都以NH3的形式存在。加上曝氣吹除的物理效應，NH3可以容易地從水中逸出并轉移到大氣中。另外，反應是放熱的，溫度升高，反應方程式向左移動，也有利于NH3從水中逸出。根據這一原理，可以采用空氣吹脫法去除廢水中的氨氮，一般分為空氣吹脫法、蒸汽吹脫法(吹脫法)和超重力吹脫法。

空氣吹掃方法

吹脫法去除氨氮的原理是:在堿性條件下，通過外力向需要脫氨的廢水中鼓入空氣，同時鼓入的空氣與廢水充分接觸，溶解在廢水中的游離氨會通過廢水界面轉移到外界空氣中，從而達到去除氨氮的目的。

目前，空氣吹脫法被廣泛應用于高濃度氨氮廢水的處理，吹脫率高，處理成本相對較低。但隨著氨氮濃度的降低，尤其是當氨氮質量濃度小于1g/L時，溶出率明顯下降。氣液比、pH值、氣體流量、溫度、初始濃度等。是影響剝離法處理效果的主要因素。

現有的吹除裝置主要包括吹除池和吹除塔。由于前者效率低，易受外界環(huán)境影響，常采用吹脫塔裝置。通常采用逆流操作，在塔內安裝一定高度的填料，增加氣液傳質面積，從而有利于廢水中氨的解吸。常用的填料有Rasi環(huán)、聚丙烯球環(huán)、聚丙烯多面空心球等。

吹脫法的優(yōu)點是:氨氮去除率穩(wěn)定、工藝操作簡單、氨氮容積負荷大等。缺點:吹脫過程中填料層容易結垢，使廢水流動不暢，從而影響設備的正常運行；同時，吹脫過程需要調節(jié)廢水的pH值，并加入大量的堿，增加了廢水處理的成本；此外，經過吹脫處理后，廢水中仍含有少量氨氮，處理后的廢水往往達不到國家排放標準。因此，吹脫法通常與其他方法結合使用。

1.1.2蒸汽汽提法(汽提法)

汽提去除氨氮的原理是:大量蒸汽與廢水接觸，廢水中的游離氨被蒸餾出來，達到去除氨氮的目的。當向廢水中引入蒸汽時，兩個液相在填料表面上逆流接觸，進行熱量和物質交換。當水溶液的蒸汽壓超過外部壓力時，廢水開始沸騰，氨加速進入氣相。此外，氣泡表面之間形成自由表面，廢水中的氨不斷蒸發(fā)并擴散到氣泡中。當氣泡上升到液面并破裂釋放出氨時，大量的氣泡擴大了蒸發(fā)表面，強化了傳質過程，引入的蒸汽提高了廢水的溫度，從而增加了在一定pH值下吹脫的分子氨的比例。

吹脫法適用于處理連續(xù)排放的高濃度氨氮廢水。其操作條件與空氣吹脫法相似，氨氮去除率高。但是，汽提法處理成本高，操作條件難以控制，能耗高。

1.1.3超重力吹除法

空氣吹脫法和蒸汽吹脫法一般采用填料塔作為吹脫設備，而超重力吹脫法是利用超重力設備——超重機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的填料塔作為吹脫設備，以空氣作為吹脫劑，將水中的游離氨解吸到氣相中的氨氮廢水處理方法。

氨氮廢水加堿調節(jié)pH值至10~11，然后進入超重機處理。超重型機器的分配器將廢水均勻地噴灑在填料的內緣。在超重力的作用下，液體被填料壓成液滴，沿填料徑向甩出，被筒壁收集后從超重機底部流出。同時，空氣通過超重機的進氣口進入超重機殼體，在一定風壓下，從超重機轉子的外腔徑向進入內腔。在填料層中，在氣液接觸面積較大的情況下完成氣液接觸，將水中的游離氨吹出。氣體送入除霧器，夾帶的少量液體分離后，送入吸收裝置，脫氨后放空。利用超重機的水力特性和傳動特性，可以獲得良好的吹掃效果，降低設備投資和運行費用。

與僅使用塔式設備的傳統(tǒng)工業(yè)吹脫方法相比，超重力吹脫方法具有以下優(yōu)點:

(1)設備體積和質量小，設備和基礎設施成本低，工藝放大容易，開停車快，運行更穩(wěn)定；

(2)擺脫了重力場的影響，對物料粘度適應性廣，操作靈活性大；

(3)氣體能耗低，物料停留時間短，傳質系數高；

(4)去除氨氮的效率高，有利于氣相中氨的回收利用；

(5)可以增加水中的溶解氧，為可能的后續(xù)生化處理提供充足的氧源。但是，目前超重力吹脫氨氮技術大規(guī)模工業(yè)化應用較少，主要是因為技術還不夠成熟。尤其是大型結構，還是要根據具體系統(tǒng)合理設計和測試。

1.2離子交換法

離子交換法是一種特殊的吸附過程，即交換吸附。主要機理是利用離子之間的濃度差和交換劑上的官能團對離子的親和力作為驅動力，達到吸附特定離子的目的。吸附過程是可逆的，吸附在交換劑上的離子可以通過向飽和的交換劑中加入特定的脫附液進行脫附，實現交換劑的循環(huán)使用。常見的交換劑包括天然交換劑如沸石和合成離子交換樹脂，后者根據樹脂上官能團的不同可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。

天然沸石(主要是斜發(fā)沸石)對NH+4有很強的選擇性吸附能力，且天然沸石的價格低于合成離子交換樹脂。因此，沸石對NH+4具有很強的選擇性，工程上常用沸石將NH+4截留在沸石表面，從而去除廢水中的氨氮。PH =4~8是沸石離子交換的最佳范圍。當pH值:8時，NH+4變成NH3，從而失去離子交換性能。但沸石的交換能力容易飽和，吸附能力低，更換頻繁。飽和的沸石需要再生才能再次使用。

離子交換樹脂主要是利用特定的陽離子交換樹脂交換水中的NH+4，交換后的樹脂通過解吸還原。與沸石相比，強酸性陽離子交換樹脂吸附容量大，處理效果穩(wěn)定，但目前對強酸性陽離子交換樹脂的研究大多處于實驗室階段。

離子交換法的優(yōu)點是去除率高，適用于處理中低濃度氨氮廢水。處理含10mg/L~20mg/L氨氮的城市污水，出水濃度可達1 mg/L以下，但對于高濃度氨氮廢水，交換器會短時間飽和，導致再生頻繁，增加處理成本。而且再生液還是高濃度氨氮廢水，需要進一步處理。在實際工程應用中，離子交換法常與其他污水處理工藝聯(lián)用處理高濃度氨氮廢水。首先用其他方法進行預處理，使預處理后的廢水濃度在100mg/L左右，然后用離子交換法處理剩余的氨氮廢水。

1.3折點氯化法

點氯化法是向氨氮廢水中通入氯氣達到某一點，此時水中游離氯含量較低，氨氮濃度降至零。當通入的氯氣量超過這個點時，水中的游離氯就會增加，這個點稱為破斷點。這種狀態(tài)下的氯化叫做斷裂點氯化。斷點氯化法的原理是氯氣與氨反應生成無害的氮氣。氯氣用量對反應有很大影響。當氯與氨的摩爾比為1∶1時，結合余氯增加，主要是氯胺。當比例為1.5∶1時，余氯降至最低點，即“斷裂點”，反應方程式為:NH+4+1.5 hclo→0.5 N2+1.5 H2O+2.5h+1.5 cl-。pH值也是主要影響因素。pH值高時產生NO-3，pH值低時產生NCl3。為保證反應完全，通常pH值控制在6~8，加入9mg~10mg氯氣即可氧化1mg氨氮。

點氯化法的優(yōu)點是氨氮去除率高(可達90%~100%)，不受水溫影響，處理效果穩(wěn)定，反應迅速徹底，設備投資少，消毒少。缺點是處理氨氮廢水需要調節(jié)pH值，處理成本高。同時，液氯在儲存過程中對安全性和環(huán)境條件要求較高。此外，采用斷點氯化法處理氨氮廢水后，會產生氯代有機物和氯胺等副產物，給環(huán)境帶來二次污染。因此，斷點氯化法多用于低濃度氨氮廢水，適用于廢水深度處理。工業(yè)上一般用于給水處理，但不適用于水量大的高濃度氨氮廢水。

1.4化學沉淀法

化學沉淀法去除廢水中氨氮的原理是:在氨氮廢水中加入磷酸鹽和鎂鹽，使廢水中的氨氮與磷酸鹽和鎂鹽形成不溶的磷酸銨鎂沉淀(MgNH4PO4 & # 82266H2O)，從而達到去除廢水中氨氮的目的。

磷酸鎂(MAP)，又稱鳥糞石，可溶于熱水和稀酸，但不溶于醇類、磷酸銨和磷酸鈉的水溶液。遇堿易分解，在空氣中不穩(wěn)定。加熱到100℃時會失水變成無機鹽，再加熱到熔化(600℃左右)時分解成焦磷酸鎂。MAP可作為飼料和肥料的添加劑，是一種良好的長效復合肥。還可用于涂料生產、聚氨酯、柔性泡沫阻燃劑制造和制藥工業(yè)。因此，磷酸銨鎂脫氮除磷技術不僅可以去除廢水中的氨氮，還可以回收有經濟價值的MAP，從而變廢為寶。

化學沉淀法的優(yōu)點是工藝簡單，效率高。經過進一步加工，處理后的沉淀MAP可成為一種性能優(yōu)良的農用復合肥。缺點是加工成本高。在處理氨氮廢水的過程中，需要加入大量價格昂貴的混凝劑。此外，去除1gNH+4-N可產生8.35gNaCl，由此產生的高鹽度會影響后續(xù)生物處理的微生物活性。因此，這種方法一直停留在實驗室規(guī)模，沒有在工程中使用，在實際氨氮廢水處理中也很少使用。

1.5膜分離法

膜分離方法包括反滲透、液膜和電滲析。

反滲透法

反滲透是指在外界壓力的幫助下，膜內壓力大于膜外壓力，使小于膜孔徑的分子(水)通過，大于膜孔徑的分子被截留在膜內。這種作用現象被稱為反滲透。其機理的關鍵在于半透膜的選擇性滲透，半透膜上有許多微小的孔隙，像水分子這樣的小分子可以自由滲透，而比半透膜上的孔隙大的NH+4則不能。當溶液進入膜系統(tǒng)時，在外界壓力的作用下，半透膜會選擇性地讓一些小分子物質透過，而大分子物質NH+4會留在半透膜內部，通過管道的另一個出口排出。

反滲透裝置處理廢水需要對原水進行預處理，否則會損壞裝置中的膜，裝置需要高質量的膜。

液膜法

液膜法又稱氣態(tài)膜法，已被應用于水溶液中揮發(fā)性物質的去除、回收、富集和凈化，如NH3、CO2、SO2、Cl2、Br2等。液膜去除氨氮的機理是:采用疏水性中空纖維微孔膜，膜的一側是待處理的氨氮廢水，另一側是酸性吸收液，疏水性微孔結構在兩液相之間提供了一層薄薄的氣膜結構。廢水中的NH3通過廢水側的濃度邊界層擴散到疏水性微孔膜表面，然后在膜兩側NH3分壓差的驅動下，NH3氣化進入廢水與微孔膜界面的膜孔中，然后擴散到吸收液中進行快速不可逆反應，從而達到去除氨氮的目的。

液膜法具有比表面積大、傳質推動力高、操作彈性大、氨氮去除率高、無二次污染等優(yōu)點，適用于處理含鹽量高、含油污染物含量低的高氨氮廢水。或者當氨氮含鹽量較高時，能有效抑制水的滲透蒸餾通量，減弱對吸收液的稀釋作用；但當廢水中含有含油污染物時，膜會受到污染，膜的傳質系數不能完全恢復。由于廢水的復雜性、膜材料的研發(fā)、可逆吸收劑的研發(fā)以及后續(xù)副產物的生產和應用，氣態(tài)膜脫氨的工業(yè)化進程非常緩慢，國內生產應用實例較少。但對于高鹽度、高濃度氨氮廢水，氣態(tài)膜處理成本低，應用前景廣闊。

電滲析法

電滲析法的原理是:當進水通過幾組陰陽離子滲透膜時，在外加電壓的作用下，NH+4透過膜到達膜另一側的濃水，然后聚集，從而與進水分離，實現溶液的脫鹽、濃縮、精制和凈化。國內外專家對電滲析處理氨氮廢水做了大量的研究，取得了一定的成果。然而，由于高選擇性防污膜的發(fā)展和對廢水預處理的高要求，電滲析在工業(yè)上應用還需要一段時間。

1.6高級氧化法

高級氧化法是通過化學、物理、化學的方法將廢水中的污染物直接氧化成無機物，或轉化成毒性低、易降解的中間產物。用于去除廢水中氨氮的高級氧化方法主要有濕式催化氧化法和光催化氧化法。

1.6.1濕催化氧化法

濕式催化氧化是20世紀80年代國際上發(fā)展起來的廢水處理新技術。其原理是在特定的溫度和壓力下，廢水中的有機物和氨氮可以通過空氣氧化被氧化分解成CO2、N2、H2O等無害物質，從而達到凈化的目的。

濕式催化氧化法的技術優(yōu)勢有:氨氮負荷高、工藝流程簡單、氨氮去除率高、占地面積小等。缺點:氨氮廢水處理中會使用大量的催化劑，導致催化劑的流失和增加設備的腐蝕，增加氨氮廢水的處理成本。

從處理效果來看，濕式催化氧化法適合處理高濃度氨氮廢水，但該方法對溫度、壓力、催化劑等條件要求非常嚴格。反應設備必須耐酸耐堿高壓，一次性投資巨大。而且處理水量大時，成本高，不經濟。目前國內工程應用的例子很少。

光催化氧化法

光催化氧化是一種新興的廢水處理高級氧化技術。它能在特定氧化劑的作用下，將廢水中的有機物完全分解為簡單的無機物CO2和H2O，達到降解污染物的目的。該處理方法簡單高效，無二次污染。但反應過程中所需的催化劑難以分離回收，在實際工程中一定程度上限制了該方法。

1.7電解法

電解可通過陽極氧化直接或間接氧化NH+4，氨氮去除率高。該方法操作簡單，自動化程度高。其缺點是耗電量大，不適合大規(guī)模處理含氨氮的廢水。

1.8土壤灌溉方法

土壤灌溉法利用低濃度氨氮廢水(50毫克/升)作為農作物的肥料。該方法不僅為污灌區(qū)農業(yè)提供了穩(wěn)定的水源，而且避免了水體富營養(yǎng)化，提高了水資源的利用率。土壤灌溉法只適合處理低濃度氨氮廢水。當廢水中的氨氮濃度小于約50mg/L時，廢水中的氨氮在土壤表層硝酸鹽，在深度約30cm處達到峰值，隨后由于脫氮作用，在深度100cm處降至約10mg/L，400cm以下的土壤中未檢出NH+4，因此直接污染地下水的可能性幾乎為零。

2.生物學方法

生物除氨氮原理:首先通過硝化作用將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮(NO-2-N)，然后通過硝化作用將亞硝酸鹽氮進一步氧化為硝酸鹽氮(NO3-N)，再通過反硝化作用將硝酸鹽氮還原為氮氣(N2)逸出水體。反應方程式可以表示為:

生物法的優(yōu)點是:能去除多種含氮化合物，完全降解氨氮，總氨氮去除率可達95%以上，二次污染小，運行成本低。而生物法對水質要求嚴格，高濃度的氨氮會抑制微生物活性，會降低生化系統(tǒng)對有機污染物的降解效率，從而使出水難以達標排放。因此，低濃度氨氮廢水主要采用生物法處理，沒有或很少有毒物質。它被廣泛用于處理生活污水和垃圾滲濾液。常見的氨氮廢水生物處理工藝有傳統(tǒng)硝化反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、A/O、A2/O、氧化溝和SBR。

3.方法比較

根據廢水中氨氮的濃度，廢水可分為三類:

(1)低濃度氨氮廢水:氨氮濃度小于50毫克/升；

(2)中濃度氨氮廢水:氨氮濃度為50毫克/升~ 500毫克/升；

(3)高濃度氨氮廢水:氨氮濃度大于500毫克/升

幾種主要方法的適用范圍和優(yōu)缺點見表1。

4.結論展望

綜上所述，氨氮廢水的處理方法很多，包括物理法、化學法和生物法。物理法具有操作簡單、氨氮負荷高、占地面積小等優(yōu)點。缺點是能耗高，容易結垢和堵塞管道等?；瘜W法的優(yōu)點是氨氮去除率高，工藝流程簡單，能耗低。缺點是氨氮負荷低，所需化學沉淀劑量大，占地面積大。生物法的優(yōu)點是氨氮負荷高，處理過程無需調節(jié)pH值，加堿量少等。缺點是工藝流程復雜，限制因素多，占地面積大。

雖然上述各種處理方法都能達到很好的氨氮去除效果，但對于一些氨氮濃度較高的廢水，單獨使用一種方法很難達到排放標準，往往需要多種技術的組合。低濃度氨氮廢水一般采用生化處理，處理成本相對較低。但對于含鹽量和氨氮較高的廢水，往往需要進行物理和化學預處理。研究如何經濟合理地組合各種技術處理氨氮廢水是極其重要的，也是今后的一個研究方向。

氨氮廢水的一些應用實例見表2。

隨著工業(yè)的發(fā)展，氨氮廢水的成分越來越復雜，濃度也越來越多樣化。氨氮廢水的處理方法有以下發(fā)展趨勢:

(1)綜合治理方法。根據氨氮廢水的實際情況，進行各種工藝的聯(lián)合處理。

(2)因地制宜選擇較好的處理工藝。充分利用地理優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，選擇合適的處理方法。

(3)注重資源回收。很大一部分廢棄物(如廢渣、廢水、垃圾)都有可回收的資源。對于含鹽量和氨氮較高的廢水，應注意處理和回收。

(4)以廢治廢。以廢治廢在治理水、氣、渣中屢見不鮮，如用酸性廢水中和堿性廢水，用廢渣處理吸附廢水中的苯酚和有機物，用化纖生產過程中排出的廢堿液作為熱電廠的脫硫劑等。(資料來源:自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所)

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