4 生物法

4.1傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)

傳統(tǒng)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)化為氮氣，從而達(dá)到廢水治理的目的。傳統(tǒng)生物法去除氨氮需要經(jīng)過兩個階段，*階段為硝化過程，在有氧條件下硝化菌將氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽;第二階段為反硝化過程，在無氧或低氧條件下，反硝化菌將污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣。傳統(tǒng)生物法去除氨氮的機(jī)理如下:

工程應(yīng)用中主要有A/0、A~2/O,UCT,氧化溝以及SBR工藝等，是生物脫氮工業(yè)中應(yīng)用較為成熟的方法。影響生物脫氮技術(shù)的因素主要有:PH值、溫度、溶解氧、有機(jī)碳源等。沈連峰等人采用物化一水解酸化一A/0(厭氧/好氧)組合法處理焦化廢水，工程實踐表明，該工藝運行穩(wěn)定且處理效果好，出水水質(zhì)達(dá)到GB8978-1996規(guī)定中的二級標(biāo)準(zhǔn)。

吉林化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司污水處理廠采用A/0法處理綜合廢水，氨氮去除率達(dá)到68%。王震等人對二級缺氧一好氧生物脫氮技術(shù)在味精行業(yè)廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，處理效果持續(xù)穩(wěn)定，氨氮的去除率可達(dá)到94%以上，實現(xiàn)了味精廢水氨氮達(dá)標(biāo)排放要求。

統(tǒng)生物法處理氨氮廢水具有效果穩(wěn)定、操作簡單、不產(chǎn)生二次污染、成本較低等優(yōu)點。該法也存在一些弊端，如當(dāng)廢水中C/N比值較低時必須補(bǔ)充碳源，對溫度要求相對嚴(yán)格，低溫時效率低，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300mg/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。

4.2新型生物脫氮技術(shù)

4.2.1同時硝化反硝化(SND)

當(dāng)硝化與反硝化在同一個反應(yīng)器中同事進(jìn)行時，稱為同時消化反硝化(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，從而形成同時消化反硝化過程。影響同時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。

楊青等人實驗室小試證明了Carrousel氧化溝中有同時硝化/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氧化溝中同時發(fā)生。張曄等人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。溶解氧對同時硝化反硝化的影響較大，溶解氧控制在0.5~2mg/L時，總氮去除效果好。

同時硝化反硝化法節(jié)省反應(yīng)器，縮短反應(yīng)時間，能耗低，投資省，易保持pH值穩(wěn)定。

4.2.2短程消化反硝化

短程硝化反硝化是在同一個反應(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)行反硝化生成氮氣。短程硝化反硝化的影響因素有溫度、游離氨、pH值、溶解氧等。

孫曉杰等人研究了溫度對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。試驗結(jié)果表明:對于不含海水的城市生活污水，提高溫度有利于實現(xiàn)短程硝化，生活污水中海水比例為30%時中溫條件下可以較好地實現(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，使硝酸菌失去競爭，同時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氧親和力的不同，Gent微生物生態(tài)實驗室開發(fā)出OLAND工藝，通過控制溶解氧淘汰硝酸菌，來實現(xiàn)亞硝酸氮的積累。劉超翔等人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，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)時間短，節(jié)約反應(yīng)器體積等優(yōu)點。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。

4.2.3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氣的過程。

陳曦等人研究了溫度和PH值對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。金仁村等人考察了厭氧氨氧化反應(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)鹽度條件下，未馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對照(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，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)。厭氧氨氧化的缺點是反應(yīng)速度較慢，所需反應(yīng)器容積較大，且碳源對厭氧氨氧化不利，對于解決可生化性差的氨氮廢水具有現(xiàn)實意義。

5 膜分離法

膜分離法是利用膜的選擇透過性對液體中的成分進(jìn)行選擇性分離，從而達(dá)到氨氮脫除的目的。包括反滲透、納濾和電滲析等。影響膜分離法的因素有膜特性、壓力或電壓、pH值、溫度以及氨氮濃度等。

黃海明等人根據(jù)稀土冶煉廠排放氨氮廢水的水質(zhì)情況，采用NH4C1和NaCI模擬廢水進(jìn)行了反滲透對比實驗，發(fā)現(xiàn)在相同條件下反滲透對NaCI有較高去除率，而NHCl有較高的產(chǎn)水速率。氨氮廢水經(jīng)反滲透處理后NH4C1去除率為77.3%，可作為氨氮廢水的預(yù)處理。反滲透技術(shù)可以節(jié)約能源，熱穩(wěn)定性較好，但耐氯性、抗污染性差。

張亞軍等采用生化一納濾膜分離工藝處理垃圾滲瀝液，使85%~90%的透過液達(dá)標(biāo)排放，僅0%~15%的濃縮污液和泥漿返回垃圾池。Ozturki等人對土耳其Odayeri垃圾滲濾液經(jīng)納濾膜處理，氨氮去除率約為72%。納濾膜要求的壓力比反滲透膜低，操作方便。

電滲析法是利用施加在陰陽膜對之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。氨氮廢水中的氨離子及其它離子在電壓的作用下，通過膜在含氨的濃水中富集，從而達(dá)到去除的目的。楊曉奕等采用電滲析法處理高濃度氨氮無機(jī)廢水取得較好效果。對濃度為2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在85%以上，同時可獲得8.9%的濃氨水。電滲析法運行過程中消耗的電量與廢水中氨氮的量成正比。電滲析法處理廢水不受pH值、溫度、壓力限制，操作簡便。

膜分離法的優(yōu)點是氨氮回收率高，操作簡便，處理效果穩(wěn)定，無二次污染等。但在處理高濃度氨氮廢水時，所使用的薄膜易結(jié)垢堵塞，再生、反洗頻繁，增加處理成本，故該法較適用于經(jīng)過預(yù)處理的或中低濃度的氨氮廢水。

生物膜(MBR)是將生物處理與膜分離有機(jī)結(jié)合的一種污水處理技術(shù)。徐瀕龍等設(shè)計了以生物膜為核心的厭氧/兼氧/好氧組合工藝，并進(jìn)行了中試研究。在穩(wěn)定運行階段總水力停留時間平均為84h,硝化池出水氨氮平均為lmg/L，去除率為99.5%，達(dá)到了排人管網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。生物膜法具有脫氮效率高，占地面積小，污泥量少，出水可直接循環(huán)使用等生物處理與膜分離的共同優(yōu)點。運用生物膜法要注意保持膜有較大的通量和防止膜的滲漏。

6 離子交換法

離子交換法是通過對氨離子具有很強(qiáng)選擇吸附作用的材料去除廢水中氨氮的方法。常用的吸附材料有活性炭、沸石、蒙脫石及交換樹脂等。沸石是一種三維空間結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)和空穴，其中斜發(fā)沸石對氨離子有強(qiáng)的選擇吸附能力，且價格低，因此工程上常用斜發(fā)沸石作為氨氮廢水的吸附材料。影響斜發(fā)沸石處理效果的因素有粒徑、進(jìn)水氨氮濃度、接觸時間、pH值等。

金相燦等研究了4種填料(天然沸石、陶粒、蛙石和土壤)對氨氮的吸附行為，結(jié)果表明沸石對氨氮的吸附效果明顯，蛙石次之，土壤與陶粒效果較差。沸石去除氨氮的途徑以離子交換作用為主，物理吸附作用很小，陶粒、土壤和蛙石3種填料的離子交換作用和物理吸附作用的效果相當(dāng)。4種填料的吸附量在溫度為15-35℃內(nèi)均隨溫度的升高而減小，在pH值為3-9范圍內(nèi)隨pH值升高而增大，振蕩6h均達(dá)到吸附平衡。蔣建國等探討了沸石吸附法去除垃圾滲濾液中氨氮可行性。

小試研究結(jié)果表明，每克沸石具有吸附15.5mg氨氮的極限潛力，當(dāng)沸石粒徑為30-16目時，氨氮去除率達(dá)到了78.5%，且在吸附時間、投加量及沸石粒徑相同的情況下，進(jìn)水氨氮濃度越大，吸附速率越大，沸石作為吸附劑去除滲濾液中的氨氮是可行的。同時指出沸石對氨氮的吸附速度較低，在實際運行中沸石一般很難達(dá)到飽和吸附量。張曦等研究了生物沸石床對模擬村鎮(zhèn)生活污水中各形態(tài)氮及COD等污染物的去除效果。結(jié)果表明，生物沸石床對氨氮去除效果明顯且穩(wěn)定，去除率大于95%，對硝態(tài)氮的去除則受水力停留時間的影響較大。

離子交換法具有投資小、工藝簡單、操作方便、對毒物和溫度不敏感、沸石經(jīng)再生可重復(fù)利用等優(yōu)點。但處理高濃度氨氮廢水時，再生頻繁，給操作帶來不便，因此，需要與其他治理氨氮的方法聯(lián)合應(yīng)用，或者用于治理低濃度氨氮廢水。

7 土壤灌溉

土壤灌溉是將低濃度氨氮廢水直接作為肥料使用的方法。對于有些含有病菌、重金屬、有機(jī)及無機(jī)等有害物質(zhì)的氨氮廢水需經(jīng)預(yù)處理將其去除后再進(jìn)行灌溉。土壤灌溉要求氨氮濃度一般為幾十毫克每升。