1 污水中氨氮存在形式及其危害

　　氮在污水中以有機(jī)態(tài)氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮等形式存在，其中氨態(tài)氮包括游離氨(NH3)和銨鹽(NH4)，兩種形式的氨態(tài)氮比例受水的pH 值和溫度等因素影響，pH 偏高，水溫越高時(shí)，游離氨的比例較高。在污水中氨氮和總氮相互比例關(guān)系不確定。各種形式的氮在不同條件下可相互轉(zhuǎn)化。例如氨氮在硝化細(xì)菌作用下可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;而有機(jī)氮在細(xì)菌作用下分解，使氨氮含量增加;但很快又以硝化作用為主，氨氮濃度再次持續(xù)下降。

　　氨氮是水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)，也是水體氮的各種存在形式中危害影響最大的一種形態(tài)。氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧，是水體中的主要耗氧污染物之一。氨氮中的非離子氨是引起水生生物毒害的主要因子，其毒性比銨離子大幾十倍。在氧氣充足的情況下，氨氮可在氧的作用下生成亞硝酸鹽氮，進(jìn)而分解為硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮與蛋白質(zhì)結(jié)合生成亞硝胺，具有致癌和致畸作用。進(jìn)入水體中的氨氮易引起水中藻類及其他微生物的大量繁殖，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，水質(zhì)下降。

　　2 污水氨氮處理常見工藝

　　氨氮廢水的處理工藝主要有：生物脫氮法、吸附法、折點(diǎn)加氯法、吹脫法、電滲析法、膜處理法和化學(xué)沉淀法等。

　　生物脫氮法是水中的氨氮通過微生物的氨化作用、硝化和反硝化作用，氧化分解生成 N2 來凈化處理廢水。氨化作用使有機(jī)物含氮物質(zhì)脫氨，硝化作用使氨在有氧條件下氧化為硝態(tài)氮，反硝化作用使硝態(tài)氮在無氧條件下形成氣態(tài) N2。生物脫氮法工藝成熟，廣泛應(yīng)用于污水處理中。生物脫氮有硝化-反硝化、短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化等。活性污泥法運(yùn)用已有一百多年的歷史，方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，采用活性污泥法處理氨氮廢水的工藝及其變形也不計(jì)其數(shù)，如A/O 工藝、A2/O 工藝、SBR 工藝等。采用 SBR 法處理氨氮廢水占地面積少，在處理高氨氮廢水中有優(yōu)勢(shì)，隨著自動(dòng)控制設(shè)備及檢測(cè)儀表的發(fā)展，逐步得到了推廣使用。目前高氨氮廢水大多采用短程硝化反硝化或短程硝化-厭氧氨氧化組合工藝。短程硝化可在硝化過程中減少需氧量，在反硝化過程中減少外加碳源，并且可降低工藝污泥產(chǎn)量。除此之外，短程硝化會(huì)導(dǎo)致 N2O 釋放。生物法不會(huì)造成二次污染，且經(jīng)濟(jì)有效，易于操作。若廢水中氨氮濃度過高時(shí)，需用其他脫氨技術(shù)先降低氨氮負(fù)荷。生物法還受很多因素影響，如溫度、廢水中毒素濃度、pH 值等。

　　吸附法操作過程及工藝較為簡單，便于操作，沸石對(duì) NH4 的選擇性強(qiáng)，但該方法不適用于廢水中氨氮濃度較高的情況(>500mg/L)，因?yàn)樵诖饲闆r下，吸附劑需頻繁再生，增加了處理成本;折點(diǎn)加氯法是把氯氣或次氯酸鈉加到氨氮廢水中，將廢水中的氨氮氧化為 N2 的化學(xué)脫氮工藝，當(dāng)廢水通入氯氣達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量最低，加氯量再增加時(shí)，剩余氯量又上升，該法反應(yīng)速度快、氨氮去除率高、設(shè)備少、投資較少，常與生物硝化連用，折點(diǎn)氯化法適合處理低濃度氨氮廢水，對(duì)高濃度氨氮廢水的處理費(fèi)用較高，折點(diǎn)加氯會(huì)產(chǎn)生有機(jī)氯化物，形成二次污染，一般不提倡使用。由此可知，吸附法和折點(diǎn)加氯法這兩種方法均不適用于處理濃度較高的氨氮廢水。

　　吹脫法是利用氨氮揮發(fā)性特點(diǎn)，利用廢水外氣相環(huán)境中氨濃度與吹脫出水氣相平衡濃度的差異，在堿性條件下用空氣(稱為吹脫)和水蒸氣(稱為汽提)通入水中，將水中氨脫除。吹脫法可用于高濃度氨氮廢水處理，由于該法會(huì)造成二次污染，一般使用較少。電滲析法是在外加直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使離子從電解質(zhì)溶液分離出來的過程。膜分離法處理效率高，但預(yù)處理困難，運(yùn)行費(fèi)用高。化學(xué)沉淀法是向氨氮廢水中鎂鹽和磷酸鹽，生成磷酸銨鎂 MgNH4PO4 6H2O(俗稱鳥糞石)沉淀，以去除廢水中氨氮。該法工藝設(shè)計(jì)簡單，能好少，處理效率不受溫度限制，適合于高濃度氨氮廢水的處理。

　　高氨氮的污水處理難度較大在高氨氮廢水處理過程中可能，在進(jìn)水高氨氮負(fù)荷和低溶解氧(DO)濃條件下，氨氧化菌(AOB)發(fā)生好氧反硝化反應(yīng)，產(chǎn)生溫室氣體N2O。因此，在處理高氨氮污水時(shí)，要使活性污泥保持一定濃度的DO，以避免溫室氣體N2O 的釋放。

　　3 污水氨氮去除效率的影響因素

　　硝化菌與反硝化菌對(duì)環(huán)境要求比較高，受有毒有害物質(zhì)、高水溫以及PH 值的影響都會(huì)形成一定的抑制作用，從而影響污水氨氮去除效率。

　　3.1 污水中污染物對(duì)硝化系統(tǒng)的影響

　　傳統(tǒng)活性污泥法在污水廠得到了廣泛應(yīng)用，如 A/O 法和A2 /O法等。污水處理脫氮主要通過硝化、反硝化過程實(shí)現(xiàn)，硝化細(xì)菌是一類好氧性細(xì)菌，包括硝酸菌和亞硝酸菌，多為自養(yǎng)型細(xì)菌，增殖緩慢，世代時(shí)間長，對(duì)外界因素敏感，硝化系統(tǒng)易受水質(zhì)、水量的影響，一些重金屬、高濃度的有機(jī)質(zhì)、高濃度的 NH3-N、NOx-N 以及絡(luò)合陽離子等對(duì)硝化菌有很強(qiáng)的抑制作用，硝化細(xì)菌一旦大量消失，較難自然恢復(fù)，可能導(dǎo)致出水氨氮含量超標(biāo)。

　　3.2污水處理工藝參數(shù)對(duì)硝化效率的影響

　　影響硝化反應(yīng)的主要因素有溶解氧、有機(jī)物濃度、pH 值、氨氮濃度、溫度、污泥泥齡等。

　　3.2.1 溶解氧

　　硝化細(xì)菌是好氧自養(yǎng)菌，包括硝化菌和亜硝化菌，亜硝化菌可把氨氧化為亞硝酸鹽，硝化菌能把亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。氨氮的硝化過程是一個(gè)耗氧過程。A2/O 工藝又稱為AAO 法，即厭氧-缺氧-好氧法(Anaerobic-Anoxic-Oxic)。厭氧階段主要聚磷菌釋放磷，去除部分 BOD。反硝化細(xì)菌屬于厭氧異養(yǎng)菌，在缺氧階段，以水體中的生化需氧量(BOD5)作為碳源，將水體中存在的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻Ｔ诤醚蹼A段，污水中的有機(jī)氮氨化后在進(jìn)行硝化反應(yīng)形成硝酸鹽氮。硝化細(xì)菌繁殖對(duì)溶解氧(dissolved oxygen,DO)要求較高，氧是硝化作用中的電子受體，DO 過低不利于硝化反應(yīng)，影響脫氮效果。但 DO 過高也不利于硝化菌增殖，隨著污泥回流及內(nèi)回流，DO 被帶到缺氧段，會(huì)影響反硝化作用。

　　3.2.2 有機(jī)物濃度

　　COD 是化學(xué)需氧量，表示可生物降解和難以生物降解的有機(jī)物的量，BOD5 是生化需氧量, 表示可生化的有機(jī)物的量。m(BOD5)/m(COD)比值可表示污水的可生化性，該比值大表示污水中的有機(jī)物易被分解，可生化性好。有機(jī)物濃度高時(shí)，易養(yǎng)菌增殖速度快，而自氧型的硝化菌增殖速度慢，成為劣勢(shì)菌種，硝化反應(yīng)緩慢。

　　3.2.3 pH

　　反硝化細(xì)菌對(duì) pH 值不敏感，反硝化最佳 pH 值在中性及弱堿，pH 值低的環(huán)境中反硝化產(chǎn)物為N2O，中性及弱堿條件下反硝化產(chǎn)物為N2。硝化菌受pH 影響很大。硝化反應(yīng)會(huì)消耗堿度，故pH 稍高于7～8，有利于硝化作用，當(dāng)pH 低于6.5 和高于 9.0 時(shí)，脫氮效率下降明顯。污水 pH 變化幅度大時(shí)，有時(shí)偏低，導(dǎo)致活性污泥沉降絮凝性下降，污泥解體，從而破壞活性污泥系統(tǒng)。

　　3.2.4 氨氮濃度

　　進(jìn)水氨氮濃度過高不利于硝化菌，可抑制硝化反應(yīng)，導(dǎo)致出水氨氮升高。氨氮濃度過低時(shí)硝化菌受底物抑制。

　　3.2.5 泡沫

　　硝化菌是一類極其微小的自養(yǎng)菌，硝化菌一般附著在活性污泥顆粒的表面。活性污泥顆粒發(fā)生解體時(shí)，污泥顆粒變得細(xì)小分散，結(jié)構(gòu)松散無規(guī)則，無法形成較好的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，粘附性減弱，凝聚沉降性能下降，活性污泥顆粒表層的硝化菌隨之不斷流失，氨氮去除效果下降。泡沫會(huì)嚴(yán)重影響生物反應(yīng)池污泥性狀。非絲狀菌污泥膨脹是由于菌膠團(tuán)細(xì)菌生理活動(dòng)異常而導(dǎo)致污泥膨脹，活性污泥沉降性能下降，污泥指數(shù)高屬于非絲狀菌污泥膨脹，不排除產(chǎn)生泡沫物質(zhì)包裹活性污泥菌團(tuán)，影響了硝化菌效率。

　　3.2.6 水溫

　　生物脫氮效果受水溫影響較大，低溫時(shí)脫氮效率不高。水溫應(yīng)保持在 25-35 度之間。一般認(rèn)為水溫<15 ℃后系統(tǒng)的硝化能力會(huì)減弱，抗沖擊能力差。低溫對(duì)系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在微生物的內(nèi)源代謝、種群組成、細(xì)胞增殖、絮狀結(jié)構(gòu)、吸附性能、沉降性能以及曝氣池中氧的轉(zhuǎn)移效率等。

　　3.2.7 水力停留時(shí)間

　　水力停留時(shí)間(HRT)對(duì)氨氮去除效率有一定影響，HRT 過短易造成污泥流失，且該流失現(xiàn)象隨 HRT 越短越嚴(yán)重，而當(dāng)HRT 過長時(shí)又會(huì)造成污泥的泥齡過長，從而降低去除效率。

　　硝化反應(yīng)需要的時(shí)間較長，通常不應(yīng)低于6 h，而反硝化所需要的時(shí)間較短，一般在 2 h 之內(nèi)就可完成。因此，硝化與反硝化的水力停留時(shí)間比為 3:1 較好。

　　3.2.8污泥泥齡

　　污泥泥齡是指活性污泥微生物在生化處理系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時(shí)間(天)，泥齡可以通過每天排放剩余活性污泥的量進(jìn)行控制。因?yàn)橄趸?xì)菌的生長速度很緩慢，為了保證硝化反應(yīng)器內(nèi)足夠的硝化菌數(shù)量，因此需要污泥齡較長。

　　4 污水處理廠出水氨氮超標(biāo)問題的應(yīng)對(duì)措施

　　4.1 加大排污企業(yè)的監(jiān)管力度

　　環(huán)保部門要加大企業(yè)廢水排放的監(jiān)督與管理，尤其是對(duì)企業(yè)偷排、超排現(xiàn)象加強(qiáng)檢查力度，從而控制污水廠進(jìn)水水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象。

　　4.2 調(diào)整工藝參數(shù)

　　在污水處理過程中，根據(jù)進(jìn)出水情況，控制工藝的 pH、溫度、溶解氧等運(yùn)行參數(shù)，調(diào)整曝氣量、污泥濃度，內(nèi)回流比和外回流比、水力停留時(shí)間等，及時(shí)處理存在的問題，以保證污水凈化處理工作能夠合理完成。

　　4.3 對(duì)污水處理系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行情況加強(qiáng)管理和監(jiān)測(cè)

　　為了保障污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)污水處理系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)情況的監(jiān)測(cè)，做好設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)工作，以保證系統(tǒng)及設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

　　4.4 加強(qiáng)對(duì)進(jìn)出水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)

　　對(duì)污水處理中 pH、COD、BOD5、溶解氧及污泥濃度、污泥性質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握進(jìn)出水水質(zhì)變化及污水處理過程，以便及時(shí)采取處理措施。

　　4.5 建立應(yīng)急預(yù)案

　　為了提高污水處理系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水負(fù)荷變化的抗沖擊能力，應(yīng)建立有效的應(yīng)急方案，如投加活性污泥、投加高效復(fù)合菌、補(bǔ)充碳源等。

　　結(jié)語

　　隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，污水排放量日益增加，氨氮污水的處理引起了環(huán)保領(lǐng)域的重視。近年來，對(duì)氨氮污水處理開展了較多研究，各種氨氮污水處理技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，而高氨氮污水的處理是難題之一。另一方面，企業(yè)應(yīng)積極改進(jìn)生產(chǎn)工藝，從根源上減少氨氮排放量。高效、經(jīng)濟(jì)的污水氨氮處理技術(shù)有待于進(jìn)一步研究，污水有效的處理對(duì)于環(huán)境保護(hù)及人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。