近20年來(lái),對(duì)氨氮污水處理方面開(kāi)展了較多的研究。其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理實(shí)用性較好國(guó)內(nèi)運(yùn)用多的技術(shù)為：生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、液膜法、土壤灌溉法等。

　　一．生物法

　　1.生物法機(jī)理——生物硝化和反硝化機(jī)理

　　在污水的生物脫氮處理過(guò)程中，首先在好氧條件下,通過(guò)好氧硝化菌的作用 ,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽 ;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯幸莩?。因?污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。

　　硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程 ,包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟 : 由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。

　　在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌) 的作用,將硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過(guò)程,稱為反硝化。反硝化過(guò)程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)底物(碳源) 。

　　生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟(jì),因此在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用多。但缺點(diǎn)是占地面積大,低溫時(shí)效率低。

　　2.傳統(tǒng)生物法

　　目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā)展起來(lái)的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開(kāi),形成分級(jí)硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行。

　　3. A/O系統(tǒng)

　　A/O脫氮除磷系統(tǒng)，即缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)。它是70年代主要由美國(guó)、南非等國(guó)開(kāi)發(fā)的具有去除廢水中氮污染物的工藝，同時(shí)對(duì)脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經(jīng)歷缺氧、好氧兩個(gè)階段，故人們通稱為缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便，且很容易利用原廠改建，從而提高了出水水質(zhì)。近年來(lái)已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　4.缺氧/ 好氧工藝(簡(jiǎn)稱A2/O法)

　　A2- O 法處理工藝是在好氧條件下,污水中NH3和銨鹽在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然后在缺氧條件下,通過(guò)反硝化反應(yīng)將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達(dá)到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工藝，它是在法A/O法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)厭氧段和一個(gè)缺氧段，傳統(tǒng)A2/O工藝流程如圖3所示。

　　5.厭氧—缺氧—好氧工藝(簡(jiǎn)稱A1 - A2/O工藝)

　　A1—A2/O工藝和A2/O工藝同屬于硝化—反硝化為基本流程的生物脫氨工藝,所不同的是A1—A2/O工藝是在A1/O工藝基礎(chǔ)上增加了一級(jí)預(yù)處理段—厭氧段(A1) ,目的在于通過(guò)水解(酸化) 的預(yù)處理,改變廢水中難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),提高其可生化性,強(qiáng)化脫氮效果。

　　近幾十年來(lái),盡管生物脫氮技術(shù)有了很大的發(fā)展,但是,硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程仍然需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行,或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。并且傳統(tǒng)的生物脫氮工藝,主要有前置反硝化和后置反硝化兩種。前置反硝化能夠利用廢水中部分快速易降解有機(jī)物作碳源,雖然可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費(fèi)用,但是,前置反硝化工藝對(duì)氮的去除不完全,廢水和污泥循環(huán)比也較高,若想獲得較高的氮去除率,則必須加大循環(huán)比,能耗相應(yīng)也增加。而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機(jī)碳源的投加,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質(zhì)。

　　傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在不少問(wèn)題:(1)工藝流程較長(zhǎng),占地面積大,基建投資高;(2) 由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度,特別是在低溫冬季,造成系統(tǒng)的HRT 較長(zhǎng),需要較大的曝氣池,增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用;(3) 系統(tǒng)為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時(shí)進(jìn)行污泥和硝化液回流,增加了動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用;(4) 系統(tǒng)抗沖擊能力較弱,高濃度NH3- N 和NO2-廢水會(huì)抑制硝化菌生長(zhǎng);(5)硝化過(guò)程中產(chǎn)生的酸度需要投加堿中和,不僅增加了處理費(fèi)用,而且還有可能造成二次污染等。

　　6.生物脫氮法新工藝

　　隨著生物脫氮技術(shù)的深入研究，其新發(fā)展卻突破了傳統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)的許多研究表明:硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成,某些異養(yǎng)菌也可以進(jìn)行硝化作用;反硝化不只在厭氧條件下進(jìn)行,某些細(xì)菌也可在好氧條件下進(jìn)行反硝化.

　　7.厭氧氨氧化工藝

　　厭氧氨氧化(ANA-MMOX) 是以硝酸鹽為電子受體或以氨作為直接電子供體,進(jìn)行硝酸鹽還原反應(yīng)或?qū)喯跛岬D(zhuǎn)化為氮?dú)獾姆聪趸磻?yīng)。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時(shí)硝化反硝化工藝相比,氨的厭氧氧化具有不少突出的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)在: (1)無(wú)需外加有機(jī)物作電子供體,既可節(jié)省費(fèi)用,又可防止二次污染; (2)硝化反應(yīng)每氧化1molNH4+耗氧2mol,而在厭氧氨氧化反應(yīng)中,每氧化1molNH4+只需要0.75mol 氧,耗氧下降62.5 %(不考慮細(xì)胞合成時(shí)) ,所以,可使耗氧能耗大為降; (3)傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)氧化1molNH4+可產(chǎn)生2molH+ ,反硝化還原1molNO3-或NO2-將產(chǎn)生1molOH-,而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量大為下降,產(chǎn)堿量降至為零,可以節(jié)省可觀的中和試劑。故厭氧氨氧化及其工藝技術(shù)很有研究?jī)r(jià)值和開(kāi)發(fā)前景。

　　8.短程硝化反硝化工藝

　　短程硝化反硝化是將硝化控制在HNO2階段而終止,隨后進(jìn)行反硝化,其生物脫氮過(guò)程如:NH+4——HNO2——N2短程生物脫氫工藝的優(yōu)點(diǎn):可節(jié)省氧供應(yīng)量約25% ,降低了能耗;節(jié)省反硝化所需碳源40% ,在C/N 比一定的情況下,提高了TN 去除率;減少污泥生成量可達(dá)50 %;減少投堿量,縮短反應(yīng)時(shí)間。但是短程硝化反硝化的缺點(diǎn)是不能夠長(zhǎng)久穩(wěn)定地維持HNO2積累。目前荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)應(yīng)用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的SHARON工藝,已在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水處理廠建成并投入運(yùn)行。

　　9.同時(shí)硝化反硝化工藝

　　所謂同時(shí)硝化反硝化工藝就是硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一反應(yīng)器中,相同操作條件下同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。同時(shí)硝化反硝化過(guò)程由于是在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行,它具有如下優(yōu)點(diǎn):完全脫氮,強(qiáng)化磷的去除;降低曝氣量,節(jié)省能耗并增加設(shè)備處理負(fù)荷,減少堿度的能耗;簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作,同時(shí)硝化反硝化工藝的不足之處就是影響因素較多,過(guò)程難以控制。目前荷蘭、丹麥、意大利等國(guó)已有污水廠在利用同時(shí)硝化反硝化脫氫工藝運(yùn)行。

　　綜上，生物法處理氨氮污水較穩(wěn)定,但一般要求氨氮濃度在400mg/L以下,總氮去除率可達(dá)70%～95%。生物脫氮新工藝處理高濃度氨氮污水效率比較高,目前實(shí)際投入運(yùn)行的有短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝,但它們的工藝條件要求嚴(yán)格,特別是對(duì)溶解氧的要求更為嚴(yán)格,在實(shí)際應(yīng)用中很難控制;其他新型脫氮技術(shù)也只是在實(shí)驗(yàn)研究階段。對(duì)于高濃度含氮污水成分復(fù)雜,生物毒性大,為了取得很好的處理效果,必須針對(duì)不同行業(yè)和污水性質(zhì)而采取不同的處理辦法。目前,焦化、味精、化肥等行業(yè)多采取A/O 法,養(yǎng)殖行業(yè)一般采取SBR法(序批式生物反應(yīng)法)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果和實(shí)踐來(lái)看,生物脫氮氨技術(shù)將是未來(lái)成為高濃度氨氮污水處理方向。

　　二．物理化學(xué)處理法

　　1.吹脫法及汽提法

　　吹脫、汽提法主要用于脫除水中溶解氣體和某些揮發(fā)性物質(zhì)。即將氣體通入水中，使氣水相互充分接觸,使水中溶解氣體和揮發(fā)性溶質(zhì)穿過(guò)氣液界面，向氣相轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除污染物的目的。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為吹脫，后者稱為汽提。

　　氨吹脫、汽提是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，即在高pH時(shí)，使廢水與空氣密切接觸從而降低廢水中氨濃度的過(guò)程，推動(dòng)力來(lái)自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐g的差。

　　氨吹脫、汽提工藝具有流程簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定、基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)較低等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是生成水垢，在大規(guī)模的氨吹脫、汽提塔中，生成水垢是一個(gè)嚴(yán)重的操作問(wèn)題。如果生成軟質(zhì)水垢，可以安裝水的噴淋系統(tǒng)；而如果生成硬質(zhì)水垢，不論用噴淋或刮刀均不能消除此問(wèn)題。

　　2.折點(diǎn)氯化法

　　折點(diǎn)氯化法是將氯氣通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn),在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量較低,而氨的濃度降為零。當(dāng)氯氣通入量超過(guò)該點(diǎn)時(shí),水中的游離氯就會(huì)增多。因此,該點(diǎn)稱為折點(diǎn)。該狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化。折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理為氯氣與氨反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)?N2逸入大氣,使反應(yīng)源源不斷向右進(jìn)行。加氯例:M（Cl2）與M（NH3-N）之比為8 :l - 10 :1 。當(dāng)氨氮濃度小于20 mg/ L 時(shí),脫氮率大于90 % ,pH 影響較大,pH 高時(shí)產(chǎn)生NO3- ,低時(shí)產(chǎn)生NCl3 ,將消耗氯,通?？刂苝H在6-8。

　　此法用于廢水的深度處理,脫氮率高、設(shè)備投資少、反應(yīng)迅速完全,并有消毒作用。但液氯安全使用和貯存要求高,對(duì)pH要求也很高,產(chǎn)生的水需加堿中和,因此處理成本高。另外副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染。

　　3.化學(xué)沉淀法

　　化學(xué)沉淀法從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始應(yīng)用于廢水處理，隨著對(duì)化學(xué)沉淀法的不斷研究，發(fā)現(xiàn)化學(xué)沉淀法使用H3PO4和MgO。其基本原理是向NH4+廢水中投加Mg+和PO43-，使之和NH4+生成難溶復(fù)鹽MgNH4PO4*6H2O(簡(jiǎn)稱MAP)結(jié)晶，再通過(guò)重力沉淀使MAP,從廢水中分離。這樣可以避免往廢水中帶入其它有害離子，而且MgO還起到了一定程度的中和H+的作用，節(jié)約了堿的用量。經(jīng)化學(xué)沉淀后，若NH4+-N和PO43-的殘留濃度還比較高，則有研究建議化學(xué)沉淀放在生物處理前，經(jīng)過(guò)生物處理后N和P的含量可進(jìn)一步降低。產(chǎn)物MAP, 為圓柱形晶體，無(wú)吸濕性，在空氣中很快干燥，沉淀過(guò)程中很少吸收有毒物質(zhì)，不吸收重金屬和有機(jī)物。另外，MAP溶解度隨著pH的升高而降低；溫度越低，MAP溶解度也越低。

　　化學(xué)沉淀法可以處理各種濃度氨氮廢水。其與生物法結(jié)合處理高濃度氨氮廢水，曝氣池不需達(dá)到硝化階段，曝氣池體積比硝化-反硝化法可以減小約一倍。NH4+-N在化學(xué)沉淀法中被沉淀去除，與硝化-反硝化法相比，能耗大大節(jié)省，反應(yīng)也不受溫度限制，不受有毒物質(zhì)的干擾，其產(chǎn)物MAP, 還可用作肥料，可在一定程度上降低處理費(fèi)用。因此，MAP沉淀法是一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方法，很有開(kāi)發(fā)前景，但要廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處理，尚需解決以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）尋找價(jià)廉高效的沉淀劑；（2）開(kāi)發(fā)MAP作為肥料的價(jià)值。

　　4.離子交換法

　　沸石是一種對(duì)氨離子有很強(qiáng)選擇性的硅鋁酸鹽，一般作為離子交換樹(shù)脂用于去除氨氮的為斜發(fā)沸石，此法具有投資省、工藝簡(jiǎn)單、操作較為方便的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于高濃度的氨氮廢水，會(huì)使樹(shù)脂再生頻繁而造成操作困難，且再生液仍為高濃度氨氮廢水，需再處理。常用的離子交換系統(tǒng)有以下三種類型：

　?。?）固定床

　　在此系統(tǒng)中，溶液的去離子過(guò)程為二階段間歇過(guò)程。溶液通過(guò)陽(yáng)樹(shù)脂床時(shí)陽(yáng)離子與氫離子交換生成酸溶液，然后此溶液再通過(guò)陰樹(shù)脂床，以去除陰離子。交換能力將耗盡時(shí)，樹(shù)脂在原位再生，經(jīng)常采用向下流再生法，此法操作可靠方便，但其化學(xué)效率相對(duì)較低，容積較大，聯(lián)系到樹(shù)脂用量大，有時(shí)為了適應(yīng)連續(xù)流的要求，還需要有儲(chǔ)備裝置，因而投資費(fèi)用較高。

　?。?）混合床

　　混合床系統(tǒng)用一步法來(lái)去除溶液中的離子。溶液流過(guò)陽(yáng)、陰樹(shù)脂充分混合的混合床?；旌洗驳脑偕葍蓚€(gè)單生床再生要復(fù)雜一些，因?yàn)樵谠偕氨仨殞煞N樹(shù)脂分開(kāi)。在水力學(xué)上可利用兩種樹(shù)脂的比重差用水力反洗使其分層。雖然混合床的化學(xué)效率較高，但它需要大量的清洗水。這對(duì)節(jié)約用水不利，另外將交換離子作為回收產(chǎn)品收集時(shí)，回收液稀，其濃縮費(fèi)用也很高。

　?。?）移動(dòng)床

　　移動(dòng)床系統(tǒng)通過(guò)二階段過(guò)程來(lái)去除溶液中的離子。在這兩個(gè)過(guò)程中，雖然實(shí)際上工作流體處理的水是間歇的，而它的效果卻是連續(xù)的。首先溶液和陽(yáng)樹(shù)脂逆向流動(dòng)，陽(yáng)樹(shù)脂脈動(dòng)通過(guò)容器，新鮮樹(shù)脂從一端補(bǔ)充，用過(guò)的樹(shù)脂從另一端排出，在此過(guò)程中完成離子交換和樹(shù)脂再生。然后溶液游向流過(guò)一個(gè)與上面相似的陰樹(shù)脂移動(dòng)床來(lái)完成陰離子的交換。

　　三．液膜法

　　自從1986 年黎念之發(fā)現(xiàn)乳狀液膜以來(lái),液膜法得到了廣泛的研究。許多人認(rèn)為液膜分離法有可能成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術(shù),尤其適用于低濃度金屬離子提純及廢水處理等過(guò)程。乳狀液膜法去除氨氮的機(jī)理是:氨態(tài)氮(NH3-N) 易溶于膜相(油相) ,它從膜相外高濃度的外側(cè),通過(guò)膜相的擴(kuò)散遷移,到達(dá)膜相內(nèi)側(cè)與內(nèi)相界面,與膜內(nèi)相中的酸發(fā)生解脫反應(yīng),生成的NH4+不溶于油相而穩(wěn)定在膜內(nèi)相中,在膜內(nèi)外兩側(cè)氨濃度差的推動(dòng)下,氨分子不斷通過(guò)膜表面吸附,滲透擴(kuò)散遷移至膜相內(nèi)側(cè)解吸,從而達(dá)到分離去除氨氮的目的。通常采用硫酸為吸收液,選用耐酸性疏水膜,NH3在吸收液-微孔膜界面上為H2SO4吸收,生成不揮發(fā)的 (NH4 )2SO4而被回收。人們已經(jīng)對(duì)膜吸收法中膜的滲漏問(wèn)題進(jìn)行了研究,并發(fā)現(xiàn)較高的氨氮和鹽量能有效抑制水的滲透蒸餾通量。該法具有投資少、能耗低、高效、使用方便和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),此外膜吸收法還有傳質(zhì)面積大的優(yōu)點(diǎn)和沒(méi)有霧沫夾帶、液泛、溝流、鼓泡等現(xiàn)象發(fā)生。