氨氮废水处理工艺

冶金、化工、化肥、炼焦、新能源、电子芯片等行业在生产过程中产生大量的氨氮废水，目前废水中氨氮的处理方法很多，大致可分为破坏法和回收法两类。破坏法原理是将氨氮反应讲解为无害的氮气，从而达到对氨氮废水无害化处理的目的。回收法是采用各种相关技术将氨氮回收为氨水、铵盐、无水氨等产品的技术。

1.   破坏法

破坏法处理氨氮的工艺有：折点氯化法、高级氧化法（AOPs）、生物法等。

1.1 折点氯化法

采用氯气或次氯酸钠将氨氮氧化为氮气，氯气或次氯酸钠的加入最佳量的效果是废水中氨氮将为零，且游离氯含量最小，这一加入量成为折点。折点氯化法处理氨氮废水反应迅速，效果较好，氨氮可达到1mg/L以下。

在实际运行中处理效果受废水pH值、SS、杂质离子种类和含量等因素的影响，需综合考虑加氯量和余氯处理问题。

该项技术的应用需考虑氯气或次氯酸钠的存储问题，二者均为危险化学品，氯气为剧毒品，运输、储存、适用要接受相关部门的监管。

1.2 高级氧化法（AOPs）

高级氧化法是利用反应产生的具有强氧化能力的羟基自由（·OH）基来降解废水中氨氮，羟基自由（·OH）具有很高的氧化电位，能够对废水中的大多数污染因子起到氧化降解作用。根据产生羟基自由基的不同，可采用的方法包括芬顿氧化法（fenton）、电化学氧化、臭氧氧化、光催化氧化、催化湿式氧化等。

1.2.1 芬顿氧化

芬顿氧化利用亚铁离子和双氧水在酸性条件下发生芬顿反应过程，产生羟基自由（·OH）。实际过程中需要调整废水pH值，产生铁泥较难分离。

1.2.2 电化学氧化

利用电极反应过程中产生的强氧化性中间物对氨氮进行分解，如果废水中有氯离子存在，则会产生游离氯，此时氧化类似于折点氯化法，若不存在氯，则会产生羟基自由（·OH）。电化学法处理氨氮废水对电极的材料要求较高，不同的材料对氨氮的氧化效果差别较大，往往需要对电极进行涂覆稀贵金属，或对表面进行掺杂改性。

1.2.3 臭氧氧化

臭氧作为强氧化剂，能够将氨氮氧化为氮气，其反应过程也是产生羟基自由（·OH），实际应用发现臭氧氧化有一定的选择性，因此常采用催化臭氧氧化，催化剂为金属氧化物，催化剂有均相催化剂和非均相催化剂，有单一金属氧化物，也有采用多种金属氧化物混合催化剂。该工艺的臭氧利用率较低，为保证处理效果往往配置大功率的臭氧发生器，还需考虑未发生反应的臭氧的处理问题。

1.2.4 光催化氧化

光催化氧化利用掺杂后的TiO的光催化作用，产生羟基自由（·OH）对氨氮进行氧化处理。采用的光源有可见光光源，紫外光光源等。在运行成本上具备相当大的优势。但是掺杂催化剂的选择，氨氮选择性的提升、对光源的选择等问题还待提高。

1.2.5 湿式催化氧化法

湿式催化氧化在高温（200℃以上）、高压的废水中通入空气或氧气作为氧化剂，在催化剂的作用下将废水中的污染因子降解为CO2、N2、H2O的方法，在此基础上还开发了超临界催化氧化法。根据催化的不同分为均相催化和非均相催化，均相催化剂为可溶性的金属盐，非均相催化剂为负载型催化剂。

均相催化剂由于金属离子的流失，二次污染等问题应用较少。负载型的非均相催化剂利用在较高比表面积的材料上负载各种具有活性的金属，提高了处理效果。

该工艺对设备材质要求较高，高温高压下废水的腐蚀性提高，材料耐腐性能降低，前期设备投资较高。

1.3 生物法

生物法主要依赖于微生物的两个过程来实现对氨氮的降解，硝化过程和反硝化过程。硝化过程借助微生物作用将氨、铵离子氧化形成亚硝酸盐和硝酸盐。反硝化过程则是在微生物的作用下，亚硝酸盐和硝酸盐以及其它类型的氮氧化合物还原为氮气。从运行数据来看，废水的pH值、温度、盐浓度、泥龄、碳氮比等参数对脱出氨氮的效果都有较明显的影响。盐浓度高对微生物生长有严重的抑制作用，高盐废水的生物处理难度很大。

生物法需要较长的停留时间，因此占地面积较大。

2.   回收法

回收法主要有沉淀法、膜法脱氨、吹脱吸收法、汽提精馏法等。

2.1 沉淀法

沉淀法亦称鸟粪石法，其原理是加入沉淀剂，将氨氮变为磷酸铵镁（MAP）沉淀，磷酸铵镁作为鸟粪石的主要成分是优良的废料。加入的沉淀剂有硫酸镁、氯化镁、铵盐、磷酸盐等。该工艺对pH值、沉淀剂的配比要求较高，受离子平衡的约束，氨氮去除率相对较低，对排放要求较高的地方，需与其他处理方法组合使用。

2.2 膜法脱氨

采用气态渗透膜隔离酸性吸收液和废水，调节pH值将废水中的氨氮转化为游离氨，膜两侧氨的饱和蒸汽压不同，废水侧分压高于吸收剂侧，在压差的驱动下，氨以气态分子的形式穿过膜，被酸性吸收剂吸收，废水中的氨氮被分离出来。可采用的吸收剂有硫酸、磷酸、硝酸、盐酸等。

酸性吸收液吸收氨后变为盐，如果需要回收，可根据情况增设多效蒸发或MVR将吸收液蒸发结晶，得到干净的铵盐，如果采用磷酸吸收，则可利用磷酸氢二铵和磷酸二氢铵的特性，采用汽提精馏法回收氨水。

膜易受污染造成通量下降，膜运行寿命一般三年左右，超过三年需更换膜组件。

2.3 吹脱吸收法

利用亨利定律的原理，采用大量惰性气体吹脱调节pH值后的氨氮废水，可将废水中的游离氨吹脱到气体中，在采用酸吸收液将惰性气体中的氨吸收下来，惰性气体循环使用，可以充分利用过程的热量。该工艺过程无二次污染，设备简单、投资小非常适合氨氮含量低于2000mg/L的废水。

酸性吸收液可采用硫酸、磷酸等，采用硫酸可用蒸发结晶的工艺生产硫酸铵，采用磷酸可用汽提精馏法回收氨水。

2.4 汽提精馏法

汽提精馏法为热回收法，通过在精馏塔底部通入蒸汽，将废水中可挥发的氨（包括游离氨、碳酸铵、碳酸氢铵等）精馏到塔顶，然后采用吸收或冷凝将其变为氨水。汽提精馏法一次性投资较高、处理能力大，适合大规模、高浓度氨氮废水的处理。通过采用耦合节能精馏的技术，降低能耗，可获得一定经济效益。

3.  总结

企业在选取氨氮废水的处理工艺是可根据自己企业的实际情况，有条件的优先选用回收法，若废水量大、且氨氮低于2000mg/L，考虑运行成本，推荐选用吹脱吸收法，但基本无经济效益。若废水氨氮高于2000mg/L，推荐采用汽提精馏法，通过合理的设计，精心运行，基本做到投入产出平衡，一些水平高的企业也可做到盈利。