在我国工业快速发展的同时, 各种污染物的排放量也不断增加, 对环境尤其是水体造成了严重的污染, 水环境中氨氮的污染因子的浓度值也在上升。本文对污水中氨氮生物处理的一些技术进行了简单地介绍, 其中包括物化法和生物法，并简单探讨了各种方法的特点。
《水利信息化》水利工程师论文发表期刊，经主管单位中华人民共和国水利部和新闻出版总署的批准，自2010年4月起《水利水文自动化》更名为《水利信息化》，指导单位为水利部信息化工作领导小组办公室，主办单位为水利部南京水利水文自动化研究所。更名后的《水利信息化》杂志以服务水利行业信息化建设为宗旨，紧紧围绕水利信息化建设的主要任务，权威发布水利信息化建设政策、法规和标准，及时介绍水利信息化建设的经验和成果，介绍国内外信息化建设现状及信息技术发展趋势，敏锐追踪信息化建设热点、难点和焦点，推动信息化技术在水利行业的应用，促进水利现代化水平的快速提升。
引言
氨氮污水排入水体, 特别是流动较缓慢的湖泊、海湾, 容易引起水中藻类及其它微生物大量繁殖, 形成富营养化污染, 严重时会使水中溶解氧下降, 鱼类大量死亡, 甚至会导致湖泊灭亡。污水中氨氮含量高低是污水新鲜程度的指标。氨氮还会使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中增大用氯量, 使自来水处理厂运行困难, 造成饮用水的异味。因此污水排放前必须脱氮或降低氮的含量。通过活性污泥法脱氮是一种运行稳定，费用低廉的处理方法。
1 氨氮污水的来源
钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业, 均排放高浓度的氨氮污水. 其中, 某些工业自身会产生氨氮污染物, 如钢铁工业及肉类加工业等. 而另一些工业将氨用作化学原料, 如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃. 此外, 皮革、孵化、动物排泄物等新鲜污水中氨氮初始含量并不高, 但由于污水中有机氮的脱氨基反应, 在污水积存过程中氨氮浓度会迅速增加。不同种类的工业污水中氨氮浓度千变万化, 即使同类工业不同工厂的污水中其浓度也各不相同.以某化工厂香兰素生产污水为例, 其氨氮浓度高达6～7×104 mg / L. 为了彻底治理污染, 除对生产工艺进行必要的改造外, 必须寻找合适的氨氮污水处理技术, 降低污水处理的成本。
2 处理方法及研究
2.1 物化法
2.1.1 吸附法
吸附法是利用沸石中的阳离子与污水中的NH+4 进行交换以达到脱氮的目的。沸石法一般被用于处理低浓度含氨污水。利用沸石对氨氮的强选择性交换, 联合生物作用处理污水实验表明此方法可行。罗鹏安等把此方法应用于活性污泥法、SBR 工艺和A—A—O 中, 实验结果表明, 此工艺结合活性污泥法、SBR 工艺和A—A—O, 能使污水氨氮由进水平均45 mg/L分别降至9.7 mg/L、14 mg/ L 和
13.3 mg/L。但是应用沸石脱氨法必须考虑沸石再生问题,通常再生法有液法和焚烧法。采用焚烧法时, 产生的氨气必须进行处理。冯启明通过用硫酸改性过的几种非金属矿(坡缕石、斜发沸石、膨润土) 作吸附剂来吸附焦化污水中的NH3—N 进行了试验研究, 试验结果表明, NH3—N 去除率达75%, 具有一定的应用价值。非金属矿产来源丰富, 分布范围广, 价格低廉, 用改性非金属矿作吸附剂吸附处理污水中的NH3—N 后, 可使处理后的污水用于熄焦循环使用,节约用水, 减少污水排放量, 降低生产成本; 吸附NH3 N 后生成的粘土- NH3—N 复合物用作农用氮素肥使用, 变废为宝, 同时还降低了对大气和水的污染, 有较大的实用价值。
2.1.2 MAP 沉淀法
沉淀法的原理是向含有高浓度氨氮的污水中投加磷盐和镁盐, 可生成磷酸铵镁(MAP) , 来除去污水中的氨氮。穆
大纲等采用此方法处理含氨氮浓度较高的焦化污水, 结果表明, 在pH 为8. 91 时, Mg2+：NH4+:PO3-4 的摩尔比为1. 25:1:1, 反应温度为25℃, 反应时间为20 min, 沉淀时间为20 min 的条件下, 氨氨质量浓度可由9 500 mg/L 降低到460 mg/L, 去除率达到95%以上。刘小澜探讨了在pH为8.5—9.5 的条件下, 投加的药剂Mg2+ NH4+ PO3-4 ( 摩尔比)为1.4:1:0.8 时, 污水中氨氮去除率达99%以上, 出水氨氮的质量浓度由2 000 mg/L 降至15mg/ L。史世庄也对此法做了研究, 实验结果表明, 当Mg2+：NH4+：PO3-4 为1：1：1时, 在pH=8—10 的条件下, 无论是均合池的生化进水还是混沉池的生化外排水, 都可以将其氨氮质量浓度脱除至10 mg/ L 以下。尽管此法生成的磷酸铵镁可以作为农肥而抵消一部分成本, 但投加镁盐的费用仍成为限制其推广的主要因素。
2.1.3 离子交换法
离子交换法是利用连接在强酸性阳离子交换树脂上的磺酸基(—SO3H) 上的H+离子与污水中的NH+4 相互交换,从而去除污水中的氨氮。刘宝敏等人对此方法作了一些研究,在静态条件下, 树脂对污水中氨氮的吸附量为133mg/ g , 对氨氮的最大吸附率为90. 87%。结果表明具有吸附平衡快, 吸附能力强的特点。在动态实验条件下, 当污水流速为0. 139—1.667m L/ s, 氨氮吸附率大于97%时, 树脂对氨氮的最大吸附量大于25 mg/g, 失效的树脂用0.5 mol/ L 稀硫酸再生后, 可连续使用。在本文条件下, 树脂连续再生10次, 性能没有发生变化。但是离子交换法树脂用量较大, 再生频繁, 污水需预处理除去悬浮物的缺点在一定程度上限制了此方法的使用。
2.1.4 复合高铁酸盐
复合高铁酸盐是利用高铁的氧化作用使污水中部分NH4+氧化成NO3—N 而不生成NO2—N, 因而有利于后续工艺的处理; 另一部分盐则被高铁分解所产生的Fe(OH)3 和Fe3+ 吸附、电中和, 絮凝后以沉淀的形式析出, 从而使水中NH3- N 得以有效地去除。冉春玲等研究了复合高铁酸盐对低浓度的焦化污水中氨氮的脱除作用, 氨氮脱除率可达98%以上, 处理后污水氨氮质量浓度仅为0. 034 5 mg/ L, 远低于国家排放标准, 且无色、无味。该方法与投加其他絮凝剂( 如聚铁、聚铝加聚丙烯酞胺等) 作三级处理的方法相比,不仅加入量小, 处理效果更好, 处理成本基本相当, 且无二次污染, 在污水的深度处理方面具有重要的应用推广意义。当用复合高铁酸盐处理高浓度焦化污水( 氨氮质量浓度2 935 mg / L) 时, 氨氮脱除率可达56%左右。经处理后的NH3—N 浓度基本可满足生化处理对氨氮的要求, 与传统的蒸氨工艺相比, 该方法设备投资少, 工艺简单。但由于高铁的价格较高, 其经济性欠佳。如果高铁的生产成本能进一步降低, 也有望取代现有的蒸氨工艺。
2.2 生物脱氮技术
微生物去除氨氮过程需经过硝化和反硝化两个阶段过程. 传统观点认为: 硝化过程为好氧过程, 在此过程中, 氨态氮在微生物的作用下转化为硝基氮和亚硝基氮; 而反硝化过程为厌氧过程, 在此过程中, 硝基氮和亚硝基氮转化为氮气. 因此, 一般的生物脱氮过程为厌氧/ 好氧过程、或厌氧/ 缺氧/ 好氧过程, 这种生物脱氮工艺多有文献报道, 不再赘述。近年来的研究表明, 反硝化过程可以在有氧的条件下进行, 即好氧反硝化过程。它为突破传统生物脱氮技术限制, 利用一个生物反应器在一种条件下完成脱氮反应提供了依据. SBR 生物脱氮工艺的优点在于以时间序列代替空间序列, 使好氧硝化过程和反硝化过程在同一容器中完成. 汪苹等采用SBR 技术处理高氨氮污水, 在曝气段实现高氨氮污水的好氧硝化/ 反硝化处理。通过实验研究, 她们提出的反应序列为: 一段缺氧—好氧曝气—二段缺氧的SBR 反应器, 好氧段反硝化脱氮率要占总脱氮率的70%以上。 研究表明: 好氧反硝化菌为异养菌,脱氮反应历程与缺氧反硝化菌相同, 并且最终产物主要为N2 。
目前生物脱氮的浓度一般在400 mg / L 以下,采用生物脱氮技术处理高浓度氨氮污水就需要进行大倍数稀释, 这就使得生物处理设施的体积庞大, 能耗会相应提高. 因此, 在处理高氨氮污水时, 采用生物处理前, 一般要首先进行物化处理。
2.3 液膜法
自从1986 年被发现以来, 乳状液膜得到了广泛的研究, 被认为是有可能成为继萃取法后的第2代分离纯化技术, 尤其适用于低浓度金属离子提纯以及污水处理等过程. 乳状液膜法去除氨氮的机理是:氨态氮( NH3-N) 易溶于膜相( 油相) , 它从膜相外高浓度的一侧, 通过膜相的扩散迁移, 到达膜相内侧与内相界面. 李可彬等研究了用乳状液膜法去除污水中的氨氮, 考察了各种因素对氨氮去除率的影响, 选用的液膜体系可使氨氮含量1×103 mg / L 以上的污水, 一级去除率达97%以上.但是液膜技术处理污水存在着一对矛盾: 为了使液膜有较大的比表面积, 颗粒越小越容易提高氨氮的去除效率; 同时, 颗粒越小, 越容易发生乳化, 使得油水分相困难, 从而使得污水的COD 增大. 特别是当水中存在亲油性有机物时, 将会使得液膜有机相的再生困难. 如何防止乳化及减少对污水的二次污染是液膜分离技术需要着力研究的内容.
2.3.1物反应器技术
膜生物反应器( MBR) 是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和沙滤池的水处理技术. MBR 将分离工程中的膜技术应用于污水处理系统, 提高了泥水分离效率, 并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌( 特别是优势菌群)的出现, 提高了生化反应速率. 同时, 通过降低F/ M比减少剩余污泥产生量( 甚至为零) , 从而基本解决了传统活性污泥法存在的突出问题.硝化菌为自养菌, 生长繁殖的世代周期长, 常规的生物脱氮工艺中, 为保持构筑物中有足够数量的硝化菌以完成生物硝化作用, 在维持较长污泥龄的同时也相应增大了构筑物的容积. 此外, 絮凝性较差的硝化菌常会被二沉池的出水带出, 硝化菌数量的减少影响硝化作用, 进而降低了系统的脱氮效率. 膜生物反应器能够完全截留微生物, 可以有效防止硝化菌的流失, 是一种比较理想的硝化反应器。
结束语
目前，氨氮污水处理技术及研究情况看, 采用物化手段和生物脱氮的联合处理技术处理氨氮污水是可行的。这种联合处理技术可以保证氨氮污水处理的有效性和经济性。
参考文献
[1]刘军, 等. 用生物脱氮技术处理焦化污水. 燃料与化工, 2001
[2]王铮. 膜吸收法去除氨氮的研究[D].北京工商大学学士学位论文, 2003.
[3]梁刘艳.高氨氮废水的生物脱氮处理研究[D].北京工商大学硕士学位论文, 2002.
[4]李红岩,高孟春,杨敏. 组合式膜生物反应器处理高浓度氨氮废水[J].环境科学, 2002
