高氨氮废水处理技术探讨

2013-08-15李威

绿色科技 2013年1期

李威

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430015）

1 引言

随着水质富营养化问题的日益严重以及人们对氮危害水环境质量认识的深入，废水处理中对氮的处理标准也日益严格。氮在溶液中以分子态氮、有机态氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮及硫氰化物和氰化物等多种形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一［1］。国内外氨氮废水处理方法主要有吹脱法、膜分离法、MAP沉淀法、生物脱氨法等。

2 物化法

2.1 吹脱法

河南某氮肥企业高氨氮废水采用吹脱＋A／O工艺处理的成功实践（当进水氨氮浓度在641～868mg／L时，出水始终稳定在1mg／L左右），远远优于国家规定的排放标准［2］。周立岱等［3］采用一种新型的空塔吹脱设备代替传统的填料吹脱塔处理高氨氮模拟废水。研究结果表明：空塔吹脱在废水pH值约为12左右，温度为60℃，鼓风量为150L／min的操作条件下，氨氮吹脱率达63.16%。空塔吹脱具有操作简单，脱除效率稳定且成本低的优点，适合实际工程中的应用。

2.2 电化学法

针对传统高氨氮废水处理工艺存在二次污染、出水氨氮值偏高等问题，鲁剑等［1］采用电化学氧化法对高氨氮配水进行了试验研究，并考察了电流强度、氯离子浓度和面体比对氨氮去除效果的影响，结果表明：在电流强度为9A、投加氯化钠摩尔比（NH3－N／Cl－）为1：4、极板间距为1cm、面体比为40m2／m3时，电解90min后，氨氮浓度可以从2000mg／L降至247.51mg／L。何绪文等［4］以焦粉为粒子电极，研究三维电极法深度处理高氨氮焦化废水，取得相应的适宜工作参数。结果表明：焦粉在深度处理焦化废水中氨氮时起到良好的催化电极作用，在焦粉粒径为10～20目、极板间距为1cm、面体比为135.2m2／m3、电流密度为4.44mA／cm2、pH为5、通气量为6L／min、电解时间为30min时，氨氮去除率达到90%，出水氨氮值低于15mg／L，达到钢铁工业废水排放标准（GB1456－1992）的要求。以焦粉为填料的负极性三维电极，一方面提高焦粉的资源利用率，一方面对焦化废水中的氨氮污染物具有较好的去除效果，对今后以废制废，发展循环经济有较大的发展前景。

2.3 磷酸铵镁（MAP）沉淀法

磷酸铵镁（MAP）沉淀法是一种比较新颖有效的处理高氨氮废水的方法，其操作简单、反应速度快且沉淀性能好，尤其适于处理高氨氮、低有机物浓度的废水。时永辉等［5］采用磷酸铵镁沉淀法处理高氨氮废水，考察了pH值、反应温度、反应时间以及镁盐和磷盐沉淀剂与氨氮的配比等因素对去除氨氮的影响。结果表明，在pH 值为10、Mg：N：P（物质的量之比）＝1.1∶1.0∶1.3、温度为18～30℃的条件下，自动搅拌、反应并沉淀20min，氨氮浓度可由1000mg／L降到76mg／L，去除率高达92.4%，为后续生化处理奠定了基础。还有其他学者利用MAP沉淀法处理了垃圾渗滤液中的高浓度氨氮［6～9］。

3 生物脱氮法

3.1 膜生物法

膜生物法（Membrane Bio－reactor）是将现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合起来的一种新型高效污水处理及回用工艺，近年来已逐步应用于城市污水和工业废水的处理及回用。张西旺和金奇庭［10］在一体式MBR处理高浓度有机废水研究的基础上，针对高氨氮城市小区生活污水进行中试研究。研究发现：对于氨氮含量在85～115mg／L的小区生活污水，采用MBR进行处理，出水氨氮含量小于5mg／L，并且出水其它指标完全达到《生活杂用水水质标准》CJ25.1－89中洗车和扫除标准。设置缺氧区和泥水回流装置可提高MBR对氨氮的去除效果，对于高氨氮生活污水的氨氮去除率可从60%提高到95%以上，出水的氨氮平均浓度从40mg／L降到5mg／L以下。汪传新等［11］在常规 MBR的基础上增加水解区及泥水回流装置，并将其用于处理高氨氮生活污水。结果表明：当原水氨氮浓度为75～115mg／L时，出水氨氮浓度＜5mg／L，出水水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB／T18920－2002）的要求；改良MBR可明显提高对氨氮的去除效果，在进水流量为1411L／d的条件下，对氨氮的去除率可从60%左右提高至95%以上。此外，还有关于利用自制的复合式膜生物反应器（HMBR）［12］、两级移动床生物膜反应（MBBR）［13］、生物固定化 MBR［14］、以新型聚乙烯塑料为序批式移动床生物膜反应器［15］、新型一体式膜生物反应器［16］处理高氨氮废水的研究。

3.2 厌氧氨氧化法

厌氧氨氧化（Anaerobic Ammonium Oxidation，ANAMMOX）是指在缺氧条件下，作为电子受体直接被氧化到氮气的过程。厌氧氨氧化是自养的微生物过程，不需外加碳源以反硝化，且污泥产率低。因此，近年来厌氧氨氧化已成为国内外生物处理研究的热点问题［17］。朱杰等［18］以典型高浓度养殖废水经UASB－短程亚硝化工艺处理后的出水为对象，采用厌氧氨氧化工艺进行脱氮处理研究。以反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器，在此基础上，通过试验确定最佳进水氨氮负荷应处于0.2kg／（m3·d）左右，系统的 HRT定为2d；通过对系统运行条件研究发现，最佳运行条件为：pH值为7.50左右，温度为30℃且系统不需投加有机碳源。在优化条件下，系统最终氨氮去除率能达到85%以上，亚硝态氮去除率达到95%以上，系统运行效果良好，且具有重现性。最后通过动力学理论分析得出氨氮的降解速率为0.0126d－1，亚硝态氮的降解速率为0.0131d－1。赵宗升等［19］发现通过好氧出水回流到厌氧流化床可以实现厌氧氨氧化过程。对于高浓度氨氮渗滤液，ANAMMOX反应可使ANAMMOXA2／O工艺比普通A2／O工艺的TN去除率提高15%～20%，达32%以上；好氧出水NO2－N浓度有较大幅度地降低，改善了出水水质。张文艺等［20］针对常州市某生化制药公司高浓度氨氮制药废水SBR处理工艺，改用前置回流式UBF－BAF组合工艺进行了试验研究。结果表明：在厌氧生物膜的作用下，前置式UBF反应器内不仅依次发生了有机物分解的水解酸化和产甲烷的碳化反应，而且还同步发生了含氮化合物的反硝化和厌氧氨氧化反应，表现出COD、氨氮、亚硝酸盐氮和总氮浓度同步降低。BAF承接经UBF厌氧处理后的出水，与SBR相比具有较高的同步脱碳、脱氮性能，其对氨氮和总氮去除率分别高达84.08%和68.15%。从UBF－BAF反应器中分离出了厌氧氨化细菌和好氧反硝化细菌，从微生物角度进一步表明了UBF－BAF组合反应器具有较强的脱氮能力。还有关于在曝气生物流化池中投加高效菌种［21］、生物接触氧化工艺［22］处理高氨氮废水或高氨氮污染河水的报道。

4 结语

目前，关于氨氮废水的处理方法主要有物化法、生物脱氮法两大类，常规的物化脱氮技术处理费用较高，使其广泛应用受到一定限制。而部分亚硝酸型硝化和厌氧氨氧化相结合的新型生物脱氮工艺能够实现氨氮的最短途径转换，但还有许多问题尚待解决［23］。因此，可根据有关污水水质特点，参考国内外研究成果选择适宜的处理方法，使之达到环境效益与经济效益最佳状态。

［1］鲁剑，张勇，吴盟盟，等.电化学氧化法处理高氨氮废水的试验研究［J］.安全与环境工程，2010，17（2）：51～53.

［2］王献平，陶冶，李韧.吹脱＋A／O工艺处理氮肥企业高氨氮废水的工程实践［J］.河南化工，2007，24（8）：37～39.

［3］周立岱，周艳军，陈国伟，等.空塔处理高氨氮废水的研究［J］.辽宁工业大学学报：自然科学版，2010，29（12）：207～209.

［4］何绪文，张弓，王建兵，等.三维电极深度处理高氨氮焦化废水的影响因素［J］.兰州理工大学学报，2010，36（5）：55～58.

［5］时永辉，张韬，刘峰，等.MAP法处理高氨氮废水的影响因素研究［J］.中国给水排水，2010，26（7）：80～82.

［6］尚爱安，赵庆祥，徐美燕，等.垃圾渗滤液的磷酸铵镁沉淀法预处理技术研究［J］.中国：给水排水，2004，30（11）：22～25.

［7］贾玉鹤，李晶，刘洪波，等.磷酸铵镁沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的实验研究［J］.环境工程学报，2007，1（8）：74～77.

［8］文艳芬，唐建军，周康根.MAP化学沉淀法处理氨氮废水的工艺研究［J］.工业用水与废水，2008，39（6）：33～36.

［9］翟建.MAP沉淀法预处理高浓度氨氮废水的实验研究［J］.十堰职业技术学院学报，2010，23（1）：89～92.

［10］张西旺，金奇庭.一体式MBR处理高氨氮小区生活污水中试研究［J］.环境工程，2003，21（1）：23～26.

［11］汪传新，王广华，隋军.改良MBR处理高氨氮生活污水及回用的中试研究［J］.中国给水排水，2009，25（1）：60～63.

［12］杨昌柱，王晓英，濮文虹，等.复合式MBR处理高氨氮废水的试验研究［J］.华中科技大学学报：城市科学版，2006，23（4）：31～34，43.