物化法處理高濃度氨氮廢水的研究進展

王 楠，李思凡，商麗艷

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

近些年我國海域赤潮現(xiàn)象頻繁，其中氨氮污染是原因之一。氨氮是水體中的營養(yǎng)素，如果在水體環(huán)境中大量存在，能引起水體富營養(yǎng)化，造成藻類和其它微生物過度繁殖,大量消耗水中氧氣，導(dǎo)致魚類死亡，水體發(fā)黑發(fā)臭，同時由于水體中氨氮的存在，也給生活給水及工業(yè)用水造成一定的危害，嚴(yán)格控制廢水中氨氮的排放，加強氨氮廢水處理技術(shù)的研究和應(yīng)用變得尤為迫切，物化法具有工藝簡單、效率高等優(yōu)點。因此，國內(nèi)外學(xué)者用物化法處理高濃度氨氮廢水的研究越來越多，筆者綜述了近年來化學(xué)沉淀法、化學(xué)氧化法、離子交換法、化學(xué)吸附法應(yīng)用于高濃度氨氮廢水的研究現(xiàn)狀，并對今后的發(fā)展方向提出了建議，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 物化法處理高濃度氨氮廢水的研究進展

1.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是通過向廢水中投加某種化學(xué)藥劑，使之與廢水中的某些溶解性污染物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成難溶鹽沉淀下來，從而達到降低水中溶解性污染物濃度的目的。徐志高[1]等分別采用單因素試驗和正交試驗兩種方法確定沉淀劑 MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O對模擬廢水中氨氮的去除條件。結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下，即25 ℃，pH為9.5，n(Mg)、n(N)、n(P)的比例為1.2∶1∶0.9，反應(yīng)20 min后再靜置 30 min，氨氮的去除率高于 95%，同時，pH對高濃度氨氮廢水中NH3-N的去除及P的殘余影響最大，n（Mg）∶n（N）和初始氨氮濃度對其影響最小。李柱[2]等以某氮肥廠尿素解析污水為研究對象，以 pH、n(Mg) ∶n(N)、n(P) ∶n(N)、反應(yīng)時間為因素，采用 L9（34）正交試驗法，考察污水中的除氮率，結(jié)果表明，在pH值為9.0，n(Mg)、n(N)、n(P)投料配比為1.4∶1∶1.2，反應(yīng)時間為20 min 的條件下，氨氮的去除率達到 94%。王浩[3]等采用響應(yīng)面實驗設(shè)計方法中的中心復(fù)合設(shè)計法對離子型稀土濕法冶煉過程中產(chǎn)生大量的氨氮廢水進行了實驗，利用磷酸銨鎂( MAP) 沉淀法去除廢水中的氨氮，結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下，經(jīng)除鈣后廢水進行磷酸銨鎂法脫氮處理效果較好，氨氮的去除率達到95.40%?？偟膩碚f，化學(xué)沉淀法適合高濃度氨氮廢水的處理，具有操作簡便、反應(yīng)速度快、不受溫度影響等優(yōu)點，同時為后續(xù)生化處理提供了有利條件，且反應(yīng)得到的沉淀物物質(zhì)中含有較高的N和P有機物質(zhì)，能作為高效肥料產(chǎn)生經(jīng)濟效益，補償投加藥品所產(chǎn)生的成本。

1.2 氧化法

催化濕式氧化法是一種治理高濃度氨氮廢水的新技術(shù)。在一定溫度、壓力和固體催化劑作用下，利用溶解的分子氧化廢水中的氨氮化合物，使最終的氧化產(chǎn)物為CO2、N2和H2O等無害物質(zhì)。該法具有凈化效率高、流程簡單等優(yōu)點。付迎春[4]等以Ce-Mn-Cu化物制備的復(fù)合催化劑考察催化濕式氧化法對模擬氨氮廢水的處理效果，結(jié)果表明，在255 ℃，pH為10.8，分壓為4.2 MPa時，對于初始濃度為1 023 mg/L的廢水中氨氮的去除率高達98%，達到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，同時，Ce-Mn-Cu 氧化物復(fù)合催化劑的活性和穩(wěn)定性良好。由于傳統(tǒng)高氨氮廢水處理工藝可能存在二次污染、出水氨氮值偏高等問題，魯劍[5]等人以氨氮濃度為2 000 mg/L的電解質(zhì)溶液作為試驗用水。在最優(yōu)條件下，即電流強度為9 A、投加氯化鈉摩爾比為1∶4、極板之間的距離為1 cm、面體比為40 m2/m3，電解時間為90 min，氨氮濃度從2 000 mg/L降至247.51 mg/L。袁方[6]等采用電化學(xué)氧化法考察影響模擬廢水中高濃度氨氮去除率的因素，結(jié)果表明，電流密度、氯離子濃度、pH值是影響氨氮去除率的主要因素，在最佳條件下，氨氮的去除率高達99.9%，可見，電化學(xué)氧化法去除氨氮的效果顯著。何緒文[7]等采用三維電極氧化法（焦粉為粒子電極）確定處理高氨氮廢水的最佳條件，結(jié)果表明，常溫下，在pH為5、電流密度為4.44 mA/cm2、極板距為1 cm、面體比為135.2 m2/m3、焦粉粒徑為10～20目，通氣量為6 L/min，處理30 min條件下，氨氮的去除率高達90%，可見，該法可有效去除廢水中的氨氮污染物?？偟膩碚f，氧化法具有凈化效率高、流程簡單等優(yōu)點，但是由于反應(yīng)需在高溫下進行并考慮到對設(shè)備的腐蝕性所增加的維修費用，因此如何降低成本還是實際應(yīng)用中有待研究解決的問題。

1.3 離子交換法

離子交換法是通過離子交換劑上可交換離子與液相離子進行交換的過程，進而除去水中的有害離子。楊郎[8]等人用沸石對廢水中的氨氮進行交換處理，結(jié)果表明，天然斜發(fā)沸石對氨氮的飽和交換容量為4.15 mg/g，氨氮廢水（30 mg/L）經(jīng)過交換柱后沸石的穿透吸附容量為4.50 mg/g，平衡吸附容量分別為 4.757 mg/g，由此可知，天然沸石對污水中的NH4+有很好的交換性能，而且從再生廢液中回收的難溶鹽MgNH4PO4·6H2O的純度為85.9%，回收價值高，實現(xiàn)了廢水中的循環(huán)利用。郭一飛[9]等人研究了蒙脫石吸附氧化法去除微污染水源中氨氮的可行性，結(jié)果表明，經(jīng)95 d生產(chǎn)處理試驗后，氨氮的去除率為80.77%，由此可知，將蒙脫石粉末結(jié)合常規(guī)給水處理工藝，出水水質(zhì)可達到飲用水指標(biāo)。蔣白懿[10]等考察膨脹蛭石對微污染水源中氨氮的去除效果，結(jié)果表明，膨脹蛭石對氨氮的吸附動力學(xué)過程與Pseudo-second Order模型符合，較易吸附廢水中的氨氮，蛭石對氨氮的吸附容量為0.50 mg/g，具有前期吸附速度快，后期吸附趨向平衡等特點。總之，離子交換法操作簡便，成本較低，但由于氨氮廢水的濃度普遍較高，故此法會使樹脂再生頻繁，從而在操作上有一定難度，且再生液仍為高濃度氨氮廢水，需要再處理。

1.4 吹脫法

1.5 化學(xué)吸附法

化學(xué)吸附法主要是指利用固體吸附劑的化學(xué)吸附性能，降低或去除廢水中的多種污染物。固體吸附劑能有效去除廢水中多種氨氮有機物，特別是采用其它方法不易去除的難降解物質(zhì)，經(jīng)過處理后出水水質(zhì)得到凈化。王昊[16]等以 Ca(OH)2為 pH調(diào)節(jié)劑、將 MAP沉淀物加熱分解制備出的磷酸氫鎂(MHP)為吸附劑考察對模擬氨氮廢水中的去除效果，結(jié)果表明，在120 ℃，pH值為9，加熱2 h后，濃度由4 000 mg/L降至90 mg/L，MHP對氨氮具有良好的吸附性能。趙婷[17]等同樣采用磷酸氫鎂（MHP）吸附法處理氨氮廢水，使其工藝更加優(yōu)化，實現(xiàn)了氨氮的回收和 MHP的循環(huán)使用。該實驗以模擬氨氮廢水為研究對象，在最佳工藝條件下，即pH值為9.5，溫度為25～30℃，攪拌反應(yīng)時間20 min，投加20 g/L的MHP，結(jié)果表明，其氨氮去除率可達95%以上?？梢姡姿釟滏V吸附法的特點是 MHP吸附氨氮生成的磷酸銨鎂(MHP) 經(jīng)熱分解后, 可同時回收高濃度氨水及再生 MHP, 實現(xiàn)了氨氮的回收和MHP的循環(huán)使用。王美榮[18]等人用自制的MgHPO4(MHP)為吸附劑，對濃度為5 175 mg/L稀土硫酸銨廢水進行了氨氮吸附性能實驗，結(jié)果表明，在室溫下，pH值為9.5，投加n( MHP)∶按摩爾比為2∶1的用量，經(jīng)30 min后，氨氮去除率為 85.7%?？偠灾梦椒ㄌ幚戆钡獜U水的優(yōu)點在于操作簡單，易于控制，能作為單獨系統(tǒng)處理廢水，但是吸附劑對于水的預(yù)處理要求高，同時還要考慮吸附劑的再生和二次污染的問題。

2 結(jié) 論

水環(huán)境中如果存在過量的氨氮，會由于NH4-N的氧化造成水體中溶解氧濃度降低，從而導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭，水質(zhì)下降，對水生動物的生存造成影響[19]。用物化法處理高濃度氨氮廢水具有工藝簡單，操作簡便，反應(yīng)速度快，低成本等優(yōu)點，但是依然存在一些缺點。因此，筆者提出了以下的建議：第一，目前，水的預(yù)處理吸附劑主要以活性炭[20]為主，活性炭可吸附水中的色素和有毒物質(zhì)，但價格較昂貴，因此，尋找價格低廉，效果顯著的吸附劑對廢水進行預(yù)處理應(yīng)作為今后重點研究的對象。第二，雖然吹脫法除氨效率穩(wěn)定，操作簡單，容易控制，但是廢水中仍含有少量氨，常常不能達標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，今后要不斷發(fā)展吹脫技術(shù)，提高吹脫效率，避免二次污染。第三，由于常規(guī)的物化脫氮技術(shù)處理費用較高，使其廣泛應(yīng)用受到一定限制，因此今后研究的趨勢可以把物化學(xué)，生物學(xué)兩種處理方法結(jié)合起來，考察結(jié)合工藝的最優(yōu)條件。

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