目前氨氮處理實(shí)用性較好國內(nèi)運(yùn)用最多的技術(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程中，首先在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用 ,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。生物脫氮工藝流程見圖1 。

硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程 ,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,將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過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),因此在國內(nèi)外運(yùn)用最多。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)展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開,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。

1932 年,Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification) ,1973年Barnard 結(jié)合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工藝等,這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。

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、南非等國開發(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)，簡稱A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)流程簡單、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)。近年來已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。A/O法工藝如圖2所示。

4.缺氧/ 好氧工藝(簡稱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,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題:

(1)工藝流程較長,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,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;

(5) 硝化過程中產(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;而且,許多好氧反硝化菌同時(shí)也是異養(yǎng)硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌),并能把NH4+氧化成NO2-后直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)。

生物脫氮技術(shù)在概念和工藝上的新發(fā)展主要有:短程(或簡捷) 硝化反硝化(shortcut nit
reification-denitrification)、同時(shí)硝化反硝化( simultaneous nit?reification-denitrifi-cation - SND) 和厭氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation - ANAMMOX)。

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)很有研究價(jià)值和開發(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,其生物脫氮過程如:

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,過程難以控制。

荷蘭、丹麥、意大利等國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400 mg/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)國內(nèi)外研究成果和實(shí)踐來看,生物脫氮氨技術(shù)將是未來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程，推動(dòng)力來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)生成無害的氮?dú)?N2 逸入大氣,使反應(yīng)源源不斷向右進(jìn)行。

加氯比例: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)沉淀法最好使用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(簡稱MAP)結(jié)晶，再通過重力沉淀使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，無吸濕性，在空氣中很快干燥，沉淀過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)問題：

（1）尋找價(jià)廉高效的沉淀劑；

（2）開發(fā)MAP作為肥料的價(jià)值。

4.離子交換法

除氨氮樹脂含有的磺酸基（—SO3H）的酸性基團(tuán)，在水中易電離出H+離子，水中含有的NH4+離子與除氨氮樹脂電離出的H+進(jìn)行離子交換，使得溶液中的陽離子NH4+被轉(zhuǎn)移到樹脂上，而樹脂上的H+交換到水中。當(dāng)氨氮在廢水中呈NH4+陽離子形態(tài)存在時(shí)，含磺酸基（-S03H）的除氨氮樹脂，對(duì)水中NH4+分離具有，其反應(yīng)如下：

RS03H + NH4+ → RS03NH4 + H+

除氨氮樹脂吸附飽和之后的再生原理
隨著樹脂官能團(tuán)上的H+與水中NH4+的不斷交換，當(dāng)樹脂吸附飽和之后，使用5%的HCL溶液進(jìn)行再生；此時(shí)，再生液中的H+與樹脂官能基團(tuán)上吸附的NH4+進(jìn)行離子交換。使樹脂恢復(fù)交換容量。其反應(yīng)如下：
RS03NH4 + H+→ RS03H + NH4+
交換勢(shì)隨離子濃度的增加而增大。高濃度的H+離子甚可以把NH4+離子置換下來，這就是除氨氮樹脂的再生原理。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
1、處理精度，氨氮含量可以做到0.02ppm以下；
2、交換容量大，大實(shí)際交換容量可達(dá)30-40g/l；
3、化肥行業(yè)氨氮濃縮蒸發(fā)回收更具優(yōu)勢(shì)，樹脂濃縮倍數(shù)大；
4、RO膜及DTRO膜后氨氮達(dá)標(biāo)的保障措施；

5、蒸發(fā)冷凝水氨氮深度處理的佳選擇（在投資成本、運(yùn)行成本、占地面積等等方面綜合考慮為佳首選工藝
四、 使用場(chǎng)景

垃圾滲濾液DTRO膜后產(chǎn)水氨氮深度處理；
垃圾滲濾液RO膜后產(chǎn)水氨氮深度處理；
蒸發(fā)冷凝水氨氮深度處理；
煤礦礦井水總氮深度處理；
電池電子行業(yè)氨氮深度處理；
生活污水氨氮深度處理；
水產(chǎn)養(yǎng)殖水氨氮深度處理；
化工廢水氨氮深度處理；
養(yǎng)殖廢水氨氮深度處理；
焦化廢水氨氮深度處理；
飲用水氨氮深度處理