含氮废水处理技术研究现状张伟

第27卷第2期湖南城市学院学报（自然科学版）Vol.27No.22018年3月JournalofHunanCityUniversity（NaturalScience）Mar.2018收稿日期：2018-03-13第一作者简介：张伟(1973-)，男，湖南益阳人，教授，博士，主要从事水污染控制理论与技术研究．E-mail:[e-mail].*通讯作者简介：舒金锴(1992-)，男，河南周口人，硕士研究生，主要从事水污染控制理论与技术研究．E-mail:[e-mail].含氮废水处理技术研究现状张伟1,2，舒金锴1*(1．沈阳建筑大学市政与环境工程学院，沈阳110168；2．湖南城市学院市政与测绘工程学院，湖南益阳413000)摘要：为解决含氮废水对自然水体的破坏、环境的污染及人类健康的危害，需要采用脱氮技术对含氮废水进行处理．本文综述了目前含氮废水处理技术的发展现状，介绍了传统的含氮废水处理技术和新型处理技术，提出了今后含氮废水处理技术的发展趋势．关键词：含氮废水；处理技术；发展现状；发展趋势中图分类号：TU992.3；X703文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1672-7304.2018.02.0005文章编号：1672–7304(2018)02–0020–05ResearchonStatusofNitrogenWastewaterTreatmentTechnologyZHANGWei1,2,SHUJinkai1*（1.CollegeofMunicipalandEnvironmentalEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang,Liaoning110168,China;2.SchoolofMunicipalandMappingEngineering,HunanCityUniversity,Yiyang,Hunan413000,China）Abstract:Inordertosolvethedamageofnitrogenwastewatertonaturalwater,theenvironmentalpollutionandhumanhealththenitrogenremovaltechnologyisneededtotreatnitrogencontainingwastewater.Reviewedinthispaperthepresentsituationofnitrogenwastewatertreatmenttechnology,thispaperintroducesthetraditionalnitrogenwastewatertreatmenttechnologyandthenewprocessingknow-how,itputsforwardthefuturedevelopmenttrendofnitrogenwastewatertreatmenttechnology.Keywords:nitrogencontainingwastewater;processingtechnology;developmentstatus;developmenttrend随着社会科技的进步，工业化的快速发展，含氮废水的排放量不断增加[1]．含氮废水进入水体后会造成水体的富营养化，使水质变差，影响水生植物的生长；水中氧含量的减少，使得鱼虾类等生物生存受到威胁；水中大量的含氮物质也会给人类带来致畸、致癌、致突变等健康隐患，对人类与自然界都会造成不小的危害．为减少含氮废水对水体的破坏和环境的污染，需采用脱氮技术对含氮废水进行处理．目前含氮废水的处理技术包括传统脱氮技术和新型脱氮技术．传统脱氮技术包括吸附法、空气吹脱法、光催化氧化法、超临界水氧化法等物化法和SBR、A2O、氧化沟、生物转盘等生物法．新型脱氮技术包括厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、固定化技术、同时硝化反硝化等．本文综述了含氮废水的传统处理工艺和新型处理技术，并分析了含氮废水处理技术发展趋势．1含氮废水传统处理方法1.1物化法通过物理作用去除悬浮物，污染物只是发生转移，化学性质并未变化．吸附、过滤、膜分离等是常用方法．由于物理法去除率低，经常联用化学方法．1.1.1吸附法吸附法是通过吸附剂来实现吸附污染物的功能，吸附剂特征为多孔结构和大的比表面积．树脂、硅胶、沸石、活性炭等吸附剂最为常用．沸石吸附性能好．树脂再生可重复使用，去除氨氮高达90%~97%．章晶晶[2]采用离子交换树脂处理某甲醇厂汽提废水的实验得出，当pH为碱性时，交换树脂对氨氮的吸附效果较好，同时，树脂填充高度越大，树脂的利用率越高．李日强[3]等处理焦化废水时，投加活化沸石120mg/L时，废水中氨氮浓张伟等：含氮废水处理技术研究现状第27卷21度由219.2mg/L降为4.8mg/L，去除率为97.81%．饶力[4]等对含氮废水采用天然沸石吸附去除，实验结果表明，沸石对氨氮的去除效果稳定，吸附效果较好，且沸石价格低廉，在工程实际中非常实用．1.1.2空气吹脱法吹脱法是调节废水的pH至碱性，然后用风机或空气压缩机向氨气脱除塔塔底向上吹送空气，然后填料，水、气充分接触，最终游离氨形成气体释放出来．吹脱法除氨效果稳定，操作简便，但是逸出的游离氨容易带来二次污染，脱氨效果受水温影响较大，一般可以回收逸出的游离氨．徐彬彬[5]通过对焦化厂氨氮废水进行吹脱处理，得出结论，浓度为8000mg/L，温度控制为70℃，pH=10.4，气液比为6000，反应时间为2h，去除率可达95%以上．罗军[6]采用吹脱与超重力法组合工艺，控制pH=13，温度50℃，气液比为2000的条件下，加入解氨剂60mg/L后，能将氨氮浓度500mg/L降到8mg/L，去除率为98.4%，实现了高效性、经济性的目标．YuWang[7]等采用吹脱和催化氧化的组合工艺对高浓度含氮废水进行处理，最终去除率达到了90%~98%．1.1.3折点加氯法将氯气加入到含氮废水中进行反应，到水中氨浓度为0时，再通入氯气，氯量就会增多，此时就是折点，加入氯量必须要在折点之后，这样能保证废水中氨氮处理完全，但是成本较高．鲁璐[8]等通过研究发现采用折点加氯法处理低浓度氨氮废水时，可以使废水浓度从100mg/L降到18mg/L，反应效率高，且氨氮去除率与废水初始浓度成反比关系．李婵君[9]等采用折点加氯法，通过计量连续加药，调节pH在5.5~6.5之间，保证氯气与铵根质量之比在8~8.2之间，控制反应30min，最终测得初始浓度低于100mg/L的氨氮废水经处理之后小于10mg/L，处理效果理想，同时还能节省成本．1.1.4化学沉淀法化学沉淀法是指向含氮废水中加入Mg2+和P043-两种离子，使其与废水中的氨氮反应生成磷酸铵镁，然后静止沉淀，最后分离，达到去除的效果，也叫MAP法．楚广[10]等通过试验得出化学沉淀法具有较强适应性，特别是高浓度含氮废水的处理．在常温条件下，pH保持在9.0~10.5之间，n(P)∶n(Mg)∶n(N)=1.2∶1.2∶1或1.2∶1.1∶1，反应20min，处理效果最佳．HaimingHuang[11]等通过利用含Mg2+的皂化废水处理养殖废水，得出优化参数可以使氨氮去除率提高到90%以上．磷酸铵镁法处理高浓度氨氮废水效果较好，反应快，去除率高，还可作为高效缓释肥料进一步回收[12]．1.1.5光催化氧化法光催化氧化是在光和催化剂的共同作用下进行氧化还原反应处理含氮废水的一种方法．光催化技术是近年来研究的热点，TiO2是研究中最常用的催化剂．周林[13]等用TiO2负载Fe3+在可见光下进行光催化氮氧化物实验，发现Fe3+与Ti4+原子个数之比为1∶500时，光催化效率最高．1.1.6电化学氧化法电化学氧化法是在直流电的作用下，通过电极的氧化作用，将氨氮转化为氮气，以达到去除废水中污染物的目的．反应一般在常温常压下进行，操作简便，占地面积小，反应条件温和，无二次污染，经济环保．李璇[14]采用循环电解槽氧化氨氮废水，实验发现电流密度、电极材料、pH、电解质种类、氨氮浓度都会影响处理效果．经过研究得出结论：电流密度的大小对氨氮的降解快慢有影响．当电解80min，电流密度大小为16.7mA/cm2时，废水中氨氮基本去除，此时效果最好；在无氯离子介质时，降解几乎不进行，去除率仅为5.5%，当加入氯离子浓度到300mg/L时，处理效果最好；当pH=11时，电化学氧化处理氨氮废水效果最佳，但是考虑实际操作中，存在耗费过大问题，一般最经济可行的就是保证pH为中性或弱碱性．1.1.7人工湿地法人工湿地法是通过农田、水生植物等对含氮废水进行的脱氮处理，人工湿地法投资少，管理方便，处理效果好．赵宇[15]研究了人工湿地脱氮效果，得出此方法投资花费少、方便简单、去除净化效果好．人工湿地法结合其自身脱氮的特点，适合于在农村和中小城镇等进行含氮废水的处理．但是人工湿地法有可能会造成地下水的污染，危害人类身体健康．如何有效、合理、无害化的处理含氮废水，同时保证人类健康不受影响，是今后探索研究人工湿地法的方向．1.1.8湿式氧化法湿式氧化法是在高温、高压条件下，加入催化剂，将污染物氧化分解，最终转化为CO2、N2、湖南城市学院学报（自然科学版）2018年第2期22H2O等，达到去除污染物的目的．常用的催化剂有稀土、盐类、过渡金属及其氧化物等．该法具有占地少、去除效率高、处理流程简单等特点．1.1.9超临界水氧化法超临界水氧化技术是以超临界水为介质，将有机物氧化后快速转化为CO2、N2、H2O和其他无害小分子，实现对污染物的处理．赵朝成[16]等通过超临界水氧化法处理硝基苯废水，实验得出，随着反应时间的增长，反应温度的升高，硝基去除率也升高，而反应压力和硝基苯的浓度对去除率没有影响．刘春明[17]采用超临界水氧化技术处理喹啉废水，实验结果表明该技术能使喹啉中55%~60%的N元素降解为氮气，其余生成少量的氨氮和含氮有机物．1.1.10土壤灌溉法土壤灌溉法是把浓度低于50mg/L的氨氮废水作为氮肥注入到农田中，在为农作物供水的同时，也提供了营养物质，从而达到变废为宝，资源充分利用，是具有一定脱氮能力的处理方法．1.2生物法利用生物法处理含氮废水，首先在氨化菌的作用下有机氮化合物进行氨化作用形成氨态氮，再在硝化菌的作用下通过硝化反应将氨态氮转化为硝态氮，最后硝态氮在反硝化细菌的作用下发生反硝化还原成氮气，实现废水脱氮．传统生物脱氮法有活性污泥法、A/O法、A2O法、SBR、氧化沟、生物转盘、生物接触氧化法等．张魁[18]等采用Orbal氧化沟研究脱氮效果，通过测定氧化沟外沟、中沟、内沟的水样得出，当Orbal氧化沟的中沟保持缺氧环境，脱氮更有效．回流内沟水，可以提高脱氮效率．外沟和内沟保证梯度浓度，有利于脱氮．王凯[19]等通过研究渗滤液碳氮比、过曝气时间、硝化前搅拌时间、溶解氧含量等因素对脱氮效果的影响，得出增加硝化前的搅拌时间，减少过曝气时间、减少硝化时间都会提高整体的脱氮效率．脱氮效率的关键是污泥中所含PHA的多少．渗滤液碳氮比大于4∶1时，才能实现深度脱氮．2处理含氮废水新型技术新型生物处理技术包括厌氧氨氧化、同时硝化反硝化、固定化技术、短程硝化反硝化等．2.1厌氧氨氧化厌氧氨氧化是在严格缺氧的情况下，微生物将氨态氮转化为氮气的过程．传统的生物法具有需要外加碳源、污泥量大、消耗氧气量大等缺点，而厌氧氨氧化克服这些缺点，更实用经济环保[20-21]．厌氧氨氧化不需要外加的碳源，产生的污泥量小，处理费用低，不产生碱性物质，避免二次污染．厌氧氨氧化脱氮效果和稳定性受pH、重金属、温度、COD等诸多因素影响[22-23]．李亚峰[24]等研究了温度、pH值、溶解氧(DO)和水力停留时间(HRT)对UASB厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响，实验得出在(30~35)℃时厌氧氨氧化菌活性最高，去除率均高于80%；pH保持在7~8之间且偏向碱性，去除率为80%左右，效