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)活動的物資基礎(chǔ)。我國由于缺水和水污染對經(jīng)濟發(fā)展和人民的身體健康造成了極大危害。全國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]，全國估計每年水污染造成的經(jīng)濟損失約400億元[3]保護水資源、防止水體污染已成為我國政府十分關(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?？傊?，來源比較廣泛，排放量較大，其主要來源包括生活污水和動物排泄物、工業(yè)廢水、煤油廢水、某些制藥防水、垃圾填埋場滲濾液及鋼鐵、煤油、化肥無機化工、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)工作者對氨氮進一步研究和探討發(fā)現(xiàn)，氨氮是水體富營養(yǎng)化和環(huán)境污染的一種重要污染物質(zhì)，一旦氨氮進入水體，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又肯會有輕度中毒狀甚至死亡。此外，氨氮還會影響魚鰓的氧氣傳遞，濃度較高時甚至導(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，氨氮就會與氯氣作用生成氯胺，明確降低氯的消費速率，大大增加了氯的需要量[7]。氨轉(zhuǎn)化為硝酸、硝酸鹽進一步轉(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、磷達到一定濃度時形成水體富營養(yǎng)化，藻類大量繁殖，使水體嚴(yán)重缺氧，對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處理氨氮廢水的國內(nèi)外研究狀況
1.2.1國內(nèi)研究狀況
國內(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的去除率達到80%，同時保證NH4+-N的去除率達到95.5%；方振等人研究的生物陶粒反應(yīng)器能達到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97%以上；呂錫武[9]等人驗證了氨氮廢水處理過程中的好氧反硝化的存在，并對好氧反硝化的機理進行了討論；李汝其[10]指出曝氣生物濾池同時存在好氧、兼性和厭氧微生物，可以同時進行硝化和反硝化反應(yīng)，并在處理生活廢水的實驗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)下高鐵酸鹽對飲用水中氨氮實際效率及主要影響因素；杜鴻章[16]等人對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)因素對氨氮去除率的影響。
1.2.2國外研究狀況
國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)團用固定化硝化菌在硫化床反應(yīng)器中進行一年半的生產(chǎn)實驗，NH4+-N去除率達到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散至生物膜，氫做為電子供體而進行反硝化反應(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物作電子供體、防治二次污染及降低能耗等優(yōu)點。
最近，有研究報道表面反硝化可發(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：能否改進生產(chǎn)技術(shù)和改變生產(chǎn)原料，以減少廢水量級降低氨氮含量；能否優(yōu)化水的利用計劃，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、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)致水體富營養(yǎng)化，降低水體觀賞價值，并且被氧化生成的硝酸鹽和亞硝酸鹽還會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，甚至達到幾千mg/L），以上方法會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：利用沸石中的陽離子與廢水中的NH4+進行交換以達到脫氮的目的。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..