1、什么是氨氮？
氨氮是指游離氨（或稱非離子氨，NH3）或離子氨（NH4+）形態(tài)存在的氨。pH較高，游離氨的比例較高；反之，銨鹽的比例高。
氨氮是水體中的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生，是水體中的主要耗氧污染物，對(duì)魚類及某些水生生物有毒害。
氨氮對(duì)水生物起危害作用的主要是游離氨，其毒性比銨鹽大幾十倍，并隨堿性的增強(qiáng)而增大。氨氮毒性與池水的pH值及水溫有密切關(guān)系，一般情況，pH值及水溫愈高，毒性愈強(qiáng)。
常用來測定氨的兩個(gè)近似靈敏度的比色方法是經(jīng)典的納氏試劑法和苯酚-次氯酸鹽法；滴定法和電極法也常用來測定氨；當(dāng)氨氮含量高時(shí)，也可采用蒸餾-滴定法。（國標(biāo)有納氏試劑法、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴定法）
2、物化脫氮工藝
1、化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法又稱為MAP沉淀法，是通過向含有氨氮的廢水中投加鎂化物和磷酸或磷酸氫鹽，使廢水中的NH4﹢與Mg﹢、PO4³﹣在水溶液中反應(yīng)生成磷酸銨鎂沉淀，分子式為MgNH4P04.6H20，從而達(dá)到去除氨氮的目的。磷酸銨鎂俗稱鳥糞石，可用作堆肥、土壤的添加劑或建筑結(jié)構(gòu)制品的阻火劑。反應(yīng)方程式如下:
Mg﹢+NH4﹢+PO4³﹣=MgNH4P04
影響化學(xué)沉淀法處理效果的因素主要有pH值、溫度、氨氮濃度以及摩爾比(n(Mg﹢):n(NH4﹢):n(P04³-))等。以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑對(duì)氨氮廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明當(dāng)pH值為10，鎂、氮、磷的摩爾比為1.2:1:1.2時(shí)，處理效果較好。
以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑進(jìn)行研究，結(jié)果表明當(dāng)pH值為9.5，鎂、氮、磷的摩爾比為1.2:1:1時(shí)，處理效果較好。
對(duì)新出現(xiàn)的高濃度氨氮有機(jī)廢水一生物質(zhì)煤氣廢水進(jìn)行研究，結(jié)果表明，MgC12+Na3PO4.12H20明顯優(yōu)于其他沉淀劑組合。當(dāng)pH值為10.0，溫度為30℃，n(Mg﹢):n(NH4+):n(P04³-)=1:1:1時(shí)攪拌30min廢水中氨氮質(zhì)量濃度從處理前的222mg/L降到17mg/L，去除率為92.3%。
將化學(xué)沉淀法和液膜法相結(jié)合用于高濃度工業(yè)氨氮廢水的處理。在對(duì)沉淀法工藝進(jìn)行優(yōu)化的條件下，使氨氮去除率達(dá)到98.1%，然后聯(lián)用液膜法進(jìn)一步處理使其氨氮濃度降低到0.005g/L，達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)化學(xué)沉淀法進(jìn)行改進(jìn)研究，考察Mg﹢以外的二價(jià)金屬離子(Ni﹢，Mn﹢，Zn﹢，Cu﹢，Fe﹢)在磷酸根作用下對(duì)氨氮的去除效果。對(duì)硫酸銨廢水體系提出了CaSO4沉淀—MAP沉淀新工藝。結(jié)果表明，可以實(shí)現(xiàn)以石灰取代傳統(tǒng)的NaOH調(diào)節(jié)劑。
化學(xué)沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)氨氮廢水濃度較高時(shí)，應(yīng)用其它方法受到限制，如生物法、折點(diǎn)氯化法、膜分離法、離子交換法等，此時(shí)可先采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行預(yù)處理;化學(xué)沉淀法去除效率較好，且不受溫度限制，操作簡單;形成含磷酸銨鎂的沉淀污泥可用作復(fù)合肥料，實(shí)現(xiàn)廢物利用，從而抵消一部分成本；如能與一些產(chǎn)生磷酸鹽廢水的工業(yè)企業(yè)以及產(chǎn)生鹽鹵的企業(yè)聯(lián)合，可節(jié)約藥劑費(fèi)用，利于大規(guī)模應(yīng)用。
化學(xué)沉淀法的缺點(diǎn)是由于受磷酸銨鎂溶度積的限制，廢水中的氨氮達(dá)到一定濃度后，再投人藥劑量，則去除效果不明顯，且使投入成本大大增加，因此化學(xué)沉淀法需與其它適合深度處理的方法配合使用;藥劑使用量大，產(chǎn)生的污泥較多，處理成本偏高;投加藥劑時(shí)引人的氯離子和余磷易造成二次污染。
2、吹脫法
吹脫法去除氨氮是通過調(diào)整pH值至堿性，使廢水中的氨離子向氨轉(zhuǎn)化，使其主要以游離氨形態(tài)存在，再通過載氣將游離氨從廢水中帶出，從而達(dá)到去除氨氮的目的。影響吹脫效率的因素主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流速、初始濃度等。目前，吹脫法在高濃度氨氮廢水處理中的應(yīng)用較多。
對(duì)吹脫法去除垃圾滲濾液中的氨氮進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)控制吹脫效率高低的關(guān)鍵因素是溫度、氣液比和pH值。在水溫大于2590，氣液比在3500左右，pH=10.5左右，對(duì)于氨氮濃度高達(dá)2000-4000mg/L的垃圾滲濾液，去除率可達(dá)到90%以上。對(duì)含(NH4)2S0的高濃度氨氮廢水進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)pH=11.5，吹脫溫度為80cC，吹脫時(shí)間為120min，廢水中氨氮脫除率可達(dá)99.2%。
采用逆流吹脫塔對(duì)高濃度氨氮廢水進(jìn)行吹脫，結(jié)果表明，吹脫效率隨pH值升高而增大;氣液比越大，氨吹脫傳質(zhì)推動(dòng)力越大，吹脫效率也隨之增大。
吹脫法去除氨氮效果較好，操作簡便，易于控制。對(duì)于吹脫的氨氮可以用硫酸做吸收劑，生成的硫酸錢制成化肥使用。吹脫法是目前常用的物化脫氮技術(shù)。但吹脫法存在一些缺點(diǎn)，如吹脫塔內(nèi)經(jīng)常結(jié)垢，低溫時(shí)氨氮去除效率低，吹脫的氣體形成二次污染等。吹脫法一般與其它氨氮廢水處理方法聯(lián)合運(yùn)用，用吹脫法對(duì)高濃度氨氮廢水預(yù)處理。
3、折點(diǎn)氯化法
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)猓?/span>N2逸人大氣，使反應(yīng)源不斷向右進(jìn)行。其反應(yīng)式為：
NH4﹢+1.5HOCl→0.5N2+1.5H20+2.5H﹢+1.5Cl﹣
當(dāng)將氯氣通人廢水中達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)，水中游離氯含量較低，而氨的濃度降為零;氯氣通人量超過該點(diǎn)時(shí)，水中游離氯的量就會(huì)增加，因此，稱該點(diǎn)為折點(diǎn)，該狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化。
采用折點(diǎn)氯化法處理氨氮吹脫后的含鉆廢水，其處理效果直接受到前置氨氮吹脫工藝效果的影響。當(dāng)廢水中70%的氨氮經(jīng)吹脫工藝去除后，再經(jīng)折點(diǎn)氯化法處理，出水氨氮質(zhì)量濃度<15mg/L。張勝利等以質(zhì)量濃度為100mg/L的氨氮模擬廢水為研究對(duì)象，研究結(jié)果表明，影響次氯酸鈉氧化脫除氨氮的主次因素順序?yàn)槁扰c氨氮的量比、反應(yīng)時(shí)間、pH值。
折點(diǎn)氯化法脫氮效率高，去除率可達(dá)到100%，使廢水中氨的濃度降低為零;效果穩(wěn)定，不受溫度影響;投資設(shè)備少，反應(yīng)迅速完全;對(duì)水體起到殺菌消毒的作用。折點(diǎn)氯化法的適用范圍為氨氮廢水濃度<40mg/L，因此折點(diǎn)氯化法多用于氨氮廢水的深度處理。折點(diǎn)氯化法液氯安全使用和貯存要求高，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。
4、催化氧化法
催化氧化法是通過催化劑作用，在一定溫度、壓力下，經(jīng)空氣氧化，可使污水中的有機(jī)物和氨分別氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質(zhì)，達(dá)到凈化的目的。
影響催化氧化法處理效果的因素有催化劑特性、溫度、反應(yīng)時(shí)間、pH值、氨氮濃度、壓力、攪拌強(qiáng)度等。
研究臭氧氧化氨氮的降解過程，結(jié)果表明，當(dāng)pH值增大時(shí)，產(chǎn)生一種氧化能力很強(qiáng)的HO˙自由基，氧化速率顯著加快。研究表明臭氧能將氨氮氧化成亞硝酸鹽，并能將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，水體中的氨氮濃度隨著時(shí)間的增加而降低，氨氮的去除率約為82%。以CuO-Mn02-Ce02為復(fù)合催化劑處理氨氮廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新制備的復(fù)合催化劑氧化活性顯著提高，適宜的工藝條件為255℃,4.2MPa和pH=10.8。處理初始濃度為1023mg/L的氨氮廢水，在150min內(nèi)氨氮去除率可達(dá)到98%，達(dá)到國家二級(jí)((50mg/L)排放標(biāo)準(zhǔn)。
通過研究硫酸錢溶液中的氨氮降解率對(duì)沸石負(fù)載型TiO2光催化劑的催化性能進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，Ti02/沸石光催化劑*佳投放量為1.5g/L，在紫外光照射下反應(yīng)4h.對(duì)廢水的氨氮去除率可達(dá)98.92%。研究了高鐵與納米二氧化欽在紫外光下聯(lián)用對(duì)難降解有機(jī)物苯酚和氨氮的去除效果。結(jié)果表明，對(duì)濃度為50mg/L的氨氮溶液，當(dāng)pH=9.0時(shí)，實(shí)施納米二氧化欽與高鐵聯(lián)用，氨氮的去除率為97.5%，比單獨(dú)用高鐵或單獨(dú)用納米二氧化欽分別提高了7.8%和22.5%。
催化氧化法具有凈化效率高、流程簡單、占底面積少等有點(diǎn)，多用于處理高濃度氨氮廢水。應(yīng)用難點(diǎn)在于如何防止催化劑流失以及對(duì)設(shè)備的腐蝕防護(hù)。
5、電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化法是指利用具有催化活性的電極氧化去除水中污染物的方法。影響因素有電流密度、進(jìn)水流量、出水放置時(shí)間和點(diǎn)解時(shí)間等。
研究含氨氮廢水在循環(huán)流動(dòng)式電解槽中的電化學(xué)氧化，其中陽極為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網(wǎng)狀電極，陰極為網(wǎng)狀鈦電極。結(jié)果表明，在氯離子濃度為400mg/L，初始氨氮濃度為40mg/L，進(jìn)水流量為600mL/min，電流密度為20mA/cm，電解時(shí)間為90min時(shí)，氨氮去除率為99.37%。表明電解氧化含氨氮廢水具有較好的應(yīng)用前景。
3、生化脫氮工藝
1、全程硝化反硝化
全程硝化反硝化是目前應(yīng)用*廣時(shí)間*久的一種生物法，是在各種微生物作用下，經(jīng)過硝化、反硝化等一系列反應(yīng)將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩_(dá)到廢水治理的目的。全程硝化反硝化法去除氨氮需要經(jīng)過兩個(gè)階段：
硝化反應(yīng)：硝化反應(yīng)由好氧自養(yǎng)型微生物完成，在有氧狀態(tài)下，利用無機(jī)氮為氮源將NH4+化成NO2-，然后再氧化成NO3-的過程。硝化過程可以分成兩個(gè)階段。一階段是由亞硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（NO3-）。
反硝化反應(yīng)：反硝化反應(yīng)是在缺氧狀態(tài)下，反硝化菌將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮（N2）的過程。反硝化菌為異養(yǎng)型微生物，多屬于兼性細(xì)菌，在缺氧狀態(tài)時(shí)，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機(jī)物（污水中的BOD成分）作為電子供體，提供能量并被氧化穩(wěn)定。
全程硝化反硝化工程應(yīng)用中主要有AO、A2O、氧化溝等，是生物脫氮工業(yè)中應(yīng)用較為成熟的方法。
全程硝化反硝化法具有效果穩(wěn)定、操作簡單、不產(chǎn)生二次污染、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。該法也存在一些弊端，如當(dāng)廢水中C/N比值較低時(shí)必須補(bǔ)充碳源，對(duì)溫度要求相對(duì)嚴(yán)格，低溫時(shí)效率低，占地面積大，需氧量大，有些有害物質(zhì)如重金屬離子等對(duì)微生物有壓制作用，需在進(jìn)行生物法之前去除，此外，廢水中，氨氮濃度過高對(duì)硝化過程也產(chǎn)生抑制作用，所以在處理高濃度氨氮廢水前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，使氨氮廢水濃度小于500mg/L。傳統(tǒng)生物法適用于處理含有有機(jī)物的低濃度氨氮廢水，如生活污水、化工廢水等。
2、同步硝化反硝化(SND)
當(dāng)硝化與反硝化在同一個(gè)反應(yīng)器中同事進(jìn)行時(shí)，稱為同時(shí)消化反硝化(SND)。廢水中的溶解氧受擴(kuò)散速度限制在微生物絮體或者生物膜上的微環(huán)境區(qū)域產(chǎn)生溶解氧梯度，使微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧梯度，利于好氧硝化菌和氨化菌的生長繁殖，越深入絮體或膜內(nèi)部，溶解氧濃度越低，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢，從而形成同時(shí)消化反硝化過程。影響同時(shí)消化反硝化的因素有PH值、溫度、堿度、有機(jī)碳源、溶解氧及污泥齡等。
Carrousel氧化溝中有同時(shí)硝化/反硝化現(xiàn)象存在，在Carrousel氧化溝曝氣葉輪之間的溶解氧濃度是逐漸降低的，且Carrousel氧化溝下層溶解氧低于上層。在溝道的各部分硝態(tài)氮的形成和消耗速度幾乎相等，溝道中氨氮始終保持很低的濃度，這就表明硝化及反硝化反應(yīng)在Carrousel氧化溝中同時(shí)發(fā)生。
研究生活污水的處理，認(rèn)為CODCr越高，反硝化越完全，TN去除效果越好。溶解氧對(duì)同時(shí)硝化反硝化的影響較大，溶解氧控制在0.5~2mg/L時(shí)，總氮去除效果好。同時(shí)硝化反硝化法節(jié)省反應(yīng)器，縮短反應(yīng)時(shí)間，能耗低，投資省，易保持pH值穩(wěn)定。
3、短程消化反硝化
短程硝化反硝化是在同一個(gè)反應(yīng)器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽，然后在缺氧的條件下，以有機(jī)物或外加碳源作電子供體，將亞硝酸鹽直接進(jìn)行反硝化生成氮?dú)�。短程硝化反硝化的影響因素有溫度、游離氨、pH值、溶解氧等。
溫度對(duì)不含海水的城市生活污水和含30%海水的城市生活污水短程硝化的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于不含海水的城市生活污水，提高溫度有利于實(shí)現(xiàn)短程硝化，生活污水中海水比例為30%時(shí)中溫條件下可以較好地實(shí)現(xiàn)短程硝化。Delft工業(yè)大學(xué)開發(fā)了SHARON工藝，利用高溫(大約30-4090)有利于亞硝酸菌增殖的特點(diǎn)，使硝酸菌失去競爭，同時(shí)通過控制污泥齡淘汰硝酸菌，使硝化反應(yīng)處于亞硝化階段。
根據(jù)亞硝酸菌與硝酸菌對(duì)氧親和力的不同，Gent微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出OLAND工藝，通過控制溶解氧淘汰硝酸菌，來實(shí)現(xiàn)亞硝酸氮的積累。
采用短程硝化反硝化處理焦化廢水的中試結(jié)果表明，進(jìn)水COD,氨氮,TN和酚的濃度分別為1201.6,510.4,540.1和110.4mg/L時(shí)，出水COD,氨氮,TN和酚的平均濃度分別為197.1,14.2,181.5和0.4mg/L，相應(yīng)的去除率分別為83.6%,97.2%、66.4%和99.6%。
短程硝化反硝化過程不經(jīng)歷硝酸鹽階段，節(jié)約生物脫氮所需碳源。對(duì)于低C/N比的氨氮廢水具有一定的優(yōu)勢。短程硝化反硝化具有污泥量少，反應(yīng)時(shí)間短，節(jié)約反應(yīng)器體積等優(yōu)點(diǎn)。但短程硝化反硝化要求穩(wěn)定、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑制硝化菌的活性成為關(guān)鍵。
4、厭氧氨氧化
厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮為電子受體，利用自養(yǎng)菌將氨氮直接氧化為氮?dú)獾倪^程。
研究溫度和PH值對(duì)厭氧氨氧化生物活性的影響，結(jié)果表明，該微生物的*佳反應(yīng)溫度為30℃,pH值為7.8。研究厭氧氨氧化反應(yīng)器處理高鹽度、高濃度含氮廢水的可行性。結(jié)果表明，高鹽度顯著抑制厭氧氨氧化活性，這種抑制具有可逆性。在30g.L-1(以NaC1計(jì))鹽度條件下，未馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對(duì)照(無鹽水質(zhì)條件)低67.5%;馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對(duì)照低45.1%。由高鹽度環(huán)境轉(zhuǎn)移到低鹽度環(huán)境〔無鹽水)時(shí)，馴化污泥的厭氧氨氧化活性可提高43.1%。但反應(yīng)器長期運(yùn)行于高鹽度條件下，容易出現(xiàn)功能衰退。
與傳統(tǒng)生物法相比，厭氧氨氧化無需外加碳源，需氧量低，無需試劑進(jìn)行中和，污泥產(chǎn)量少，是較經(jīng)濟(jì)的生物脫氮技術(shù)。厭氧氨氧化的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，所需反應(yīng)器容積較大，且碳源對(duì)厭氧氨氧化不利，對(duì)于解決可生化性差的氨氮廢水具有現(xiàn)實(shí)意義。
