第1章 引 言
1.1氨氮廢水的來源及危害
水是人們居住星球上的一種物質(zhì)資源，它具有可循環(huán)性和獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，是任何物質(zhì)不可替代的，它是人類生存的基本條件和生產(chǎn)活動(dòng)的物資基礎(chǔ)。我國(guó)由于缺水和水污染對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的身體健康造成了極大危害。全國(guó)每年廢水排放總量由1998年的395億噸[1]增至2000年的1415億噸[2]，全國(guó)估計(jì)每年水污染造成的經(jīng)濟(jì)損失約400億元[3]保護(hù)水資源、防止水體污染已成為我國(guó)政府十分關(guān)注的重大問題。
隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，含氮化合物廢水的排放量急劇增加，已經(jīng)成為環(huán)境的主要污染源而備受關(guān)注。氨態(tài)氮是水相環(huán)境中氮的主要污染形態(tài)[4]，其中氨態(tài)氮主要存在形式為銨離子和游離氨。總之，來源比較廣泛，排放量較大，其主要來源包括生活污水和動(dòng)物排泄物、工業(yè)廢水、煤油廢水、某些制藥防水、垃圾填埋場(chǎng)滲濾液及鋼鐵、煤油、化肥無機(jī)化工、鐵合金、玻璃制造、肉類加工和飼料生產(chǎn)等排放廢水。
隨著科學(xué)工作者對(duì)氨氮進(jìn)一步研究和探討發(fā)現(xiàn)，氨氮是水體富營(yíng)養(yǎng)化和環(huán)境污染的一種重要污染物質(zhì)，一旦氨氮進(jìn)入水體，可導(dǎo)致水體缺氧滋生有害水生物導(dǎo)致魚類中毒，并且人類在食用此種魚類的同時(shí)又肯會(huì)有輕度中毒狀甚至死亡。此外，氨氮還會(huì)影響魚鰓的氧氣傳遞，濃度較高時(shí)甚至導(dǎo)致魚類死亡[5]。大量的氨氮廢水排入江河湖海給工業(yè)廢水的處理帶來了困難[6]，在用氯消毒時(shí)，氨氮就會(huì)與氯氣作用生成氯胺，明確降低氯的消費(fèi)速率，大大增加了氯的需要量[7]。氨轉(zhuǎn)化為硝酸、硝酸鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸銨具有嚴(yán)重的三致作用，直接影響人類健康。
氮、磷是水體中某些藻類的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在一定的水溫，光照和水流狀態(tài)下，當(dāng)水體中氮、磷達(dá)到一定濃度時(shí)形成水體富營(yíng)養(yǎng)化，藻類大量繁殖，使水體嚴(yán)重缺氧，對(duì)其他水生生物的呼吸造成障礙，尤其是赤潮生物及其代謝物含有毒素，可引起水生生物中毒、死亡。
1.2處理氨氮廢水的國(guó)內(nèi)外研究狀況
1.2.1國(guó)內(nèi)研究狀況
國(guó)內(nèi)在污水生物脫氮方面做了大量工作[8]。王磊等人采用固定化技術(shù)保證COD的去除率達(dá)到80%，同時(shí)保證NH4+-N的去除率達(dá)到95.5%；方振等人研究的生物陶粒反應(yīng)器能達(dá)到90%的去除率；刑傳宏等研究的膜生物反應(yīng)器，污水中NH4+-N的去除率達(dá)97%以上；呂錫武[9]等人驗(yàn)證了氨氮廢水處理過程中的好氧反硝化的存在，并對(duì)好氧反硝化的機(jī)理進(jìn)行了討論；李汝其[10]指出曝氣生物濾池同時(shí)存在好氧、兼性和厭氧微生物，可以同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)，并在處理生活廢水的實(shí)驗(yàn)中氨氮和總氮去除率分別為91.8%和85.1%。在物理化學(xué)法處理氨氮廢水方面，淮陰鋼鐵集團(tuán)公司開發(fā)了利用煙道氣處理余氨水的技術(shù)[11]；姜淑霞[12]等人使用超重力法處理氨氮廢水，保持了處理氨氮廢水技術(shù)上的可行性；胡允良[13]等使用吹脫法處理高濃度制藥氨氮廢水，吹脫效率可達(dá)96%；李可彬[14]等研究了軋狀液膜去處氨氮；曲久輝[15]等人研究了不同水質(zhì)下高鐵酸鹽對(duì)飲用水中氨氮實(shí)際效率及主要影響因素；杜鴻章[16]等人對(duì)催化濕式氧化法做了一系列的研究，在特定工藝條件下，可以使焦化廢水中氨氮去除率達(dá)到99.6%。謝煒平[17]研究了化學(xué)沉淀法，他利用化學(xué)沉淀劑[Mg(OH)2+H3PO4]除去廢水中的氨氮，并得到有用復(fù)合肥，并且探討了各反應(yīng)因素對(duì)氨氮去除率的影響。
1.2.2國(guó)外研究狀況
國(guó)外在污水生物脫氮方面作了大量工作。開發(fā)了新的脫氮技術(shù)和新型生物器， 20世紀(jì)60年代后期，迅速發(fā)展起來的固定化技術(shù)在氨氮工業(yè)廢水處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[18]。日本下水道事業(yè)團(tuán)用固定化硝化菌在硫化床反應(yīng)器中進(jìn)行一年半的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，NH4+-N去除率達(dá)到90%以上[19]；Bjorn 等[20]開發(fā)了一種能在低溫下有效脫氮的浮動(dòng)床-生物膜反應(yīng)器，該反應(yīng)器能在7-18oC內(nèi)有效去除氨氮。
Yukata[21]等開發(fā)出電化學(xué)生物反應(yīng)器，其脫氮原理是將酶或生物膜固定于電化學(xué)生物反應(yīng)器的陰極表面，通以電流，水電解產(chǎn)生氫，硝酸鹽從溶液主體擴(kuò)散至生物膜，氫做為電子供體而進(jìn)行反硝化反應(yīng)；VanDerGreaf[22]等發(fā)現(xiàn)氨可以直接作為電子供體而進(jìn)行硝化反應(yīng)，并稱為厭氧氨生物氧化，他們的發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比，該工藝有無需外加有機(jī)物作電子供體、防治二次污染及降低能耗等優(yōu)點(diǎn)。
最近，有研究報(bào)道表面反硝化可發(fā)生在有氧條件下，既好氧反硝化的存在[23]，它突破了傳統(tǒng)生物脫氧技術(shù)限制。利用一個(gè)生物反應(yīng)器在一種條件下完成反應(yīng)，提供了微生物基礎(chǔ)。同時(shí)硝化反硝化技術(shù)可以通過影響硝化和反硝化的基質(zhì)的投加量或消耗量來實(shí)現(xiàn)[24]。
總之，由于不同廢水的性質(zhì)差異，目前還沒有一種通用的方法能夠處理氨氮廢水。因此，必須針對(duì)不同的廢水選擇不同的技術(shù)和工藝。但是無論采用何種方法，都應(yīng)遵循以下原則：能否改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和改變生產(chǎn)原料，以減少?gòu)U水量級(jí)降低氨氮含量；能否優(yōu)化水的利用計(jì)劃，良好的工廠管理及可能的副食品回收相結(jié)合；所選擇的工藝能否經(jīng)濟(jì)、高效的去除廢水中的氨氮。
1.3氨氮廢水的處理現(xiàn)狀
過量氨氮排入水體將導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，降低水體觀賞價(jià)值，并且被氧化生成的硝酸鹽和亞硝酸鹽還會(huì)影響水生生物甚至人類的健康。因此，廢水脫氮處理受到人們的廣泛關(guān)注。目前，主要的脫氮方法有生物硝化反硝化、折點(diǎn)加氯、氣提吹脫和離子交換法等。消化污泥脫水液、垃圾滲濾液、催化劑生產(chǎn)廠廢水、肉類加工廢水和合成氨化工廢水等含有極高濃度的氨氮（500 mg/L以上，甚至達(dá)到幾千mg/L），以上方法會(huì)由于游離氨氮的生物抑制作用或者成本等原因而使其應(yīng)用受到限制。高濃度氨氮廢水的處理方法可以分為物化法、生化聯(lián)合法和新型生物脫氮法。
1.3.1物化法
吹脫法：在堿性條件下，利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關(guān)系進(jìn)行分離的一種方法。一般認(rèn)為吹脫效率與溫度、pH、氣液比有關(guān)； 沸石脫氨法：利用沸石中的陽(yáng)離子與廢水中的NH4+進(jìn)行交換以達(dá)到脫氮的目的。沸石一般被用于處理低濃度含氨廢水或含微量重金屬的廢水；膜分離技術(shù)：利用膜的選擇透過性進(jìn)行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便，氨氮回收率高，無二次污染；MAP沉淀法:主要是利用以下化學(xué)反應(yīng)：

Mg2++NH4++HPO42- =MgNH4PO4（s）↓+H+ （1-1）

以一定比例向含有高濃度氨氮的廢水中投加磷鹽和鎂鹽，當(dāng)[Mg..