氨氮废水处理技术
随着环保意识的日益加强，废水中氨氮处理引起了人们的普遍关注，氨氮废水中氨氮外排标准不断提高。本文论述了不同工艺在处理氨氮废水时的应用情况及特点，并结合笔者在该技术方面的一些研究心得对后续工艺发展提出展望。
1、氨氮概述
氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮。一般以NH3-N表示。氨氮废水通常指含NH3和NH4+的废水。
人类生产生活的诸多方面导致氨氮废水的产生，如人类本身的吃喝拉撒、垃圾渗滤液等，农业方面的畜禽养殖和农田尾水，工业方面的冶金、化工、化肥、煤气、炼焦、柔革、味精、肉类加工等作业，都涉及到氨氮废水。
氨氮的危害：氨氮废水中逸出来氨气对人的眼、鼻、气管都有强烈的刺激作用。进入血液中的氨对人体的脑、心脏、肝脏、肾脏都会造成伤害，水体中的氨氮浓度过高，会造成富营养化，从而导致湖泊出现水华现象，海洋出现赤潮现象，进而危及水生动植物的生存，供水水源中氨氮浓度过高会引起供水管网的堵塞和腐蚀，饮用水中存在氨氮有可能转变成对人体毒害较大的NO2-N和NO3-N。
2、氨氮废水的处理方法
氨氮废水的处理方法分两大类，即氨氮转形处理法和氨氮解体处理法。氨氮转形处理法是让废水中的氨氮转换一种存在形式，从废水中分离出来。这类方法主要有吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法。氨氮解体处理法顾名思义是将废水中氨氮破坏掉，使其不复存在，消除其危害。这类方法主要包括生物法和折点氯化法。
2.1 氨氮转形处理法
2.1.1 吹脱法
在碱性条件下，水中的氨氮主要以游离氨的形式存在，当向水体中鼓入空气或蒸汽时，游离氨穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除的目的。刘华等对工业废水进行蒸氨/吹脱两段处理，取得了较好的氨氮去除效果。黄军等对某化工企业废水采用吹脱法进行预处理，将氨氮含量1200mg/L的废水降至60mg/L。吹脱法对处理高浓度氨氮废水十分有效，且设备结构简单，容易操作，技术成熟，去除率也较高，缺点是只能去除游离的氨，去除很难彻底。能耗较高，吹出的氨气需进一步吸收处理，且易造成二次污染，吹脱塔也容易结垢。低温效果降低明显，吹脱后废水需回调pH值。
2.1.2 化学沉淀法
化学沉淀法一般指磷酸铵镁沉淀法(简称：MAP)，原理可用反应式表示为：
沉淀产物俗称鸟粪石，可以作缓释肥。文艳芬等研究了化学沉淀法脱除氨氮的工艺条件，镁源由氯化镁提供，PO43-由磷酸氢二钠提供。结果表明：化学沉淀法对不同浓度的氨氮废水均有效。最佳条件为：温度25～35℃，pH=10，镁∶氮∶磷=1.2∶1∶1.2(摩尔比)，在此条件下处理初始氨氮浓度1000mg/L的废水，时间20min，去除率高达98.7%。
化学沉淀法工艺简单，占地面积小，反应速度快，回收率高，受温度影响小，处理高浓度氨氮废水更有效，且沉淀得到的氨氮可循环再利用。但该法除氨氮不彻底，药剂投入量大导致成本偏高，过量的药剂也会引起二次污染。
2.1.3 离子交换法
离子交换法是借助吸附材料对氨氮的选择选择吸附来脱除废水中氨氮。常用的吸附材料有沸石、活性炭、蒙脱石和有机阳离子交换树脂等，过渡金属离子负载离子交换树脂等也有研究。
刘玉亮等研究表明，天然斜发沸石具有较高的饱和氨氮吸附量，达31mg/g，且小粒径沸石的吸附性能更好。王利平等在pH值7～8时用0.5～1.0mm的沸石处理稀土冶炼氯氨废水，氨氮去除率可达52.6%。石峰等对KDF树脂吸附氨氮的效果进行了研究，结果表明，KDF树脂不仅具有良好的氨氮去除效果，而且再生效果也不错，可长时间循环使用。刘宝敏等对焦化废水用强酸性阳离子交换树脂进行实验，在静态实验中，阳离子交换树脂对高浓度氨氮废水具有较强的吸附能力，饱和氨氮吸附容量为13.3mg/g，最大吸附率达到了90.87%。彭佳乐制备了一种新型的铜基离子交换树脂，这种树脂对氨氮的饱和吸附容量达到了44mg/g，且该树脂再pH值为3.5～10.5的水溶液中较为稳定。陈卫文运用膜分离方法处理高浓度氨氮废水，分别考察了废水流速，PTFE膜的面积，膜组件长度，处理液流向等影响因素结果表明，最佳效果时氨氮去除率达98.8%。
该方法具有投资省，工艺简单，所占空间小，不受温度影响等优点。但在处理高浓度废水时，树脂损耗严重，也需要频繁进行再生、反洗，操作复杂化，成本也增高。另原液需进行预处理，再生液也必须进行处理。
2.1.4 膜分离法
借助膜的选择性、透过性来实现氨氮与废水的分离。常用的膜分离有反渗透、电渗析以及纳滤等。膜分离法的优点是效果稳定、启动快、操作简便，对氨氮的回收率高，同时膜可以重复再生利用。但是对原液需进行预处理，处理高浓度氨氮，膜需要频繁的再生水洗，成本增高，还有产物可能会引起二次污染。
2.2 氨氮解体处理法
2.2.1 生物法
生物法是利用微生物的作用，在有氧条件下，氨氮可被硝化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，在缺氧条件下，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮又被反硝化成氮气，从而实现氨氮的去除。
传统生物法具有工序较短、操作简单、成本低、效率高、不造成二次污染等特点，但仅限于低浓度氨氮废水，且对温度、pH、碳含量、溶解氧、有毒有害物质的要求较高，反应时间也较长。为了弥补这些不足，科研工作者又开展了一系列改进技术研究，如同步硝化反硝化技术、短流程硝化反硝化技术、厌氧氧化技术等。
2.2.2 折点氯化法
折点氯化法简单说就是利用Cl2或ClO-(次氯酸钠)将废水中的氨氮氧化成N2，实现除氨氮的目的。过程中当废水中的氨氮趋近0时，水中剩余的氯也最低，这个点称为折点。反应方程式为：
罗宇智等开展的折点氯化试验表明，在pH=7，NaClO溶液加入量为理论量的1.4倍，反应时间15min，废水中氨氮浓度可降至8.35mg/L，处理后的废水满足稀土工业废水氨氮排放标准。
此方法效果好、反应快、不受水温影响、操作方便、投资节省，但处理高浓度氨氮废水运行成本高。水中有机物及与氯气生成三氯甲烷等，需进行预处理或深度处理，并且Cl2和次氯酸钠的储运不方便。
2.2.3 电催化氧化技术及设备
湖南特种金属材料有限责任公司联合中南大学、中湘春天环保科技有限公司研发了电催化氧化处理氨氮的技术和设备，并投入生产应用。该技术具有高效、迅速、彻底、受环境变化影响小、一体化设备操作简单等优点。不足之处是处理高浓度氨氮废水时成本略高，总的来说，是一项很有推广前景的技术成果。
2.3 联合处理技术
现有技术单独应用，存在多方面的不足，两种或多种技术联合使用可弥补某些不足。比如吹脱法+生物法、吹脱法+折点氯化法、化学沉淀法+生物法、反渗透+电渗析，但达到完善依旧很难。
2.4 其它研究进展
氨氮废水处理技术除上述提到的之外，还有微波辅助技术、超声波氧化(辅助)、湿式(催化)氧化、负压脱氨、微电解、Fenton法除氨氮、光催化氧化等，在氨氮处理方面均有一定程度的应用。
2.4.1 机械蒸汽再压缩法
机械蒸汽再压缩(MVR)技术是利用蒸发器中产生的二次蒸汽，经压缩机压缩、压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室，当作加热蒸汽使用，氨与水分子相对挥发度不同，通过蒸汽作用多次汽化和冷凝实现高纯度分离，氨转化为气态从水中逸出，从而达到脱氨氮的目的。
张金鸿等采用机械蒸汽再压缩技术处理反渗透浓水，中试结果表明：出水氨氮浓度不超过10mg/L，COD不超过50mg/L，可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)的要求。申涛等将MVR技术引入汽提脱氨中，分别采用MVR汽提脱氨法、单塔汽提及双效汽提处理高浓度氨氮废水，进水质量浓度为6g/L，废水处理量为40m3/h，使处理后的废水均达到相关排放标准。实验结果表明：利用MVR汽提脱氨技术处理废水的成本为13.24元/t，是汽提精馏技术处理成本的33.16%，双效汽提技术的57.72%。
MVR法适用于含盐量较高且有机物难于降解的氨氮废水，对总氮和总磷也有较好的处理效果。MVR浓缩液加工后可作为盐粗品出售，具有良好的循环经济效益。在蒸馏过程中，需加入气体收集处理装置，避免造成二次污染。该方法经济高效，但目前仍在研究阶段，工艺条件还需进一步研究。
2.4.2 气态膜脱氨法
气态膜法脱氨是采用疏水性的中空纤维微孔膜作为含氨废水和吸附液的屏障，疏水的微孔结构在两液相间提供一层很薄的气膜结构。废水中游离的NH3通过浓度边界层扩散至疏水微孔膜表面，随后在膜两侧NH3分压差的推动下，NH3在废水和微孔膜界面处气化进入膜孔，然后扩散进入吸附液侧与酸性吸附液发生快速的不可逆反应，从而达到氨氮脱除、回收的目的。该方法具有氨氮脱除率高、能耗和操作成本低、无二次污染等优点。
2.4.3 微波辐照法
微波在处理氨氮废水中的作用机理尚无定论，主要的一种说法是微波的内加热和选择性加热，使NH3分子与H2O分子之间产生压力差，促进了NH3与H2O分子脱离。
LINLi开发了中试规模的连续微波处理设备，对初始浓度2400～11000mg/L的武钢焦化废水进行处理，氨氮去除率可达80%。
訾培建等采用微波活性炭联合法处理氨氮废水，当活性炭投入量为2g/L时，氨氮去除率高达92.5%，对应单一微波情况下，氨氮去除率为82.7%。
3、结语
技术进步永无止境，科研探索从来停歇。理想的氨氮处理技术应不断向高效、彻底、清洁、易控制、低成本、适应性广等方向而努力。(来源：湖南特种金属材料有限责任公司，中南大学)