1 污水中氨氮存在形式及其危害

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

　　氨氮是水體富營養化的重要指標，也是水體氮的各種存在形式中危害影響最大的一種形態。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，進而分解為硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮與蛋白質結合生成亞硝胺，具有致癌和致畸作用。進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，導致水體富營養化，水質下降。

　　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、折點加氯法、吹脫法、電滲析法、膜處理法和化學沉淀法等。

　　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。氨化作用使有機物含氮物質脫氨，硝化作用使氨在有氧條件下氧化為硝態氮，反硝化作用使硝態氮在無氧條件下形成氣態 N2。生物脫氮法工藝成熟，廣泛應用于污水處理中。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。活性污泥法運用已有一百多年的歷史，方法已經相當成熟，采用活性污泥法處理氨氮廢水的工藝及其變形也不計其數，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勢，隨著自動控制設備及檢測儀表的發展，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量。除此之外，短程硝化會導致 N2O 釋放。生物法不會造成二次污染，且經濟有效，易于操作。若廢水中氨氮濃度過高時，需用其他脫氨技術先降低氨氮負荷。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 NH4 的選擇性強，但該方法不適用于廢水中氨氮濃度較高的情況(>500mg/L)，因為在此情況下，吸附劑需頻繁再生，增加了處理成本;折點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 的化學脫氮工藝，當廢水通入氯氣達到某一點時水中游離氯含量最低，加氯量再增加時，剩余氯量又上升，該法反應速度快、氨氮去除率高、設備少、投資較少，常與生物硝化連用，折點氯化法適合處理低濃度氨氮廢水，對高濃度氨氮廢水的處理費用較高，折點加氯會產生有機氯化物，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性特點，利用廢水外氣相環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，由于該法會造成二次污染，一般使用較少。電滲析法是在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使離子從電解質溶液分離出來的過程。膜分離法處理效率高，但預處理困難，運行費用高。化學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。該法工藝設計簡單，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，在進水高氨氮負荷和低溶解氧(DO)濃條件下，氨氧化菌(AOB)發生好氧反硝化反應，產生溫室氣體N2O。因此，在處理高氨氮污水時，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環境要求比較高，受有毒有害物質、高水溫以及PH 值的影響都會形成一定的抑制作用，從而影響污水氨氮去除效率。

　　3.1 污水中污染物對硝化系統的影響

　　傳統活性污泥法在污水廠得到了廣泛應用，如 A/O 法和A2 /O法等。污水處理脫氮主要通過硝化、反硝化過程實現，硝化細菌是一類好氧性細菌，包括硝酸菌和亞硝酸菌，多為自養型細菌，增殖緩慢，世代時間長，對外界因素敏感，硝化系統易受水質、水量的影響，一些重金屬、高濃度的有機質、高濃度的 NH3-N、NOx-N 以及絡合陽離子等對硝化菌有很強的抑制作用，硝化細菌一旦大量消失，較難自然恢復，可能導致出水氨氮含量超標。

　　3.2污水處理工藝參數對硝化效率的影響

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

　　3.2.1 溶解氧

　　硝化細菌是好氧自養菌，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。反硝化細菌屬于厭氧異養菌，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氮轉化為氮氣。在好氧階段，污水中的有機氮氨化后在進行硝化反應形成硝酸鹽氮。硝化細菌繁殖對溶解氧(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，影響脫氮效果。但 DO 過高也不利于硝化菌增殖，隨著污泥回流及內回流，DO 被帶到缺氧段，會影響反硝化作用。

　　3.2.2 有機物濃度

　　COD 是化學需氧量，表示可生物降解和難以生物降解的有機物的量，BOD5 是生化需氧量, 表示可生化的有機物的量。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物易被分解，可生化性好。有機物濃度高時，易養菌增殖速度快，而自氧型的硝化菌增殖速度慢，成為劣勢菌種，硝化反應緩慢。

　　3.2.3 pH

　　反硝化細菌對 pH 值不敏感，反硝化最佳 pH 值在中性及弱堿，pH 值低的環境中反硝化產物為N2O，中性及弱堿條件下反硝化產物為N2。硝化菌受pH 影響很大。硝化反應會消耗堿度，故pH 稍高于7～8，有利于硝化作用，當pH 低于6.5 和高于 9.0 時，脫氮效率下降明顯。污水 pH 變化幅度大時，有時偏低，導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。

　　3.2.4 氨氮濃度

　　進水氨氮濃度過高不利于硝化菌，可抑制硝化反應，導致出水氨氮升高。氨氮濃度過低時硝化菌受底物抑制。

　　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。活性污泥顆粒發生解體時，污泥顆粒變得細小分散，結構松散無規則，無法形成較好的菌膠團結構，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。泡沫會嚴重影響生物反應池污泥性狀。非絲狀菌污泥膨脹是由于菌膠團細菌生理活動異常而導致污泥膨脹，活性污泥沉降性能下降，污泥指數高屬于非絲狀菌污泥膨脹，不排除產生泡沫物質包裹活性污泥菌團，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，低溫時脫氮效率不高。水溫應保持在 25-35 度之間。一般認為水溫<15 ℃后系統的硝化能力會減弱，抗沖擊能力差。低溫對系統的影響表現在微生物的內源代謝、種群組成、細胞增殖、絮狀結構、吸附性能、沉降性能以及曝氣池中氧的轉移效率等。

　　3.2.7 水力停留時間

　　水力停留時間(HRT)對氨氮去除效率有一定影響，HRT 過短易造成污泥流失，且該流失現象隨 HRT 越短越嚴重，而當HRT 過長時又會造成污泥的泥齡過長，從而降低去除效率。

　　硝化反應需要的時間較長，通常不應低于6 h，而反硝化所需要的時間較短，一般在 2 h 之內就可完成。因此，硝化與反硝化的水力停留時間比為 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內的平均停留時間(天)，泥齡可以通過每天排放剩余活性污泥的量進行控制。因為硝化細菌的生長速度很緩慢，為了保證硝化反應器內足夠的硝化菌數量，因此需要污泥齡較長。

　　4 污水處理廠出水氨氮超標問題的應對措施

　　4.1 加大排污企業的監管力度

　　環保部門要加大企業廢水排放的監督與管理，尤其是對企業偷排、超排現象加強檢查力度，從而控制污水廠進水水質超標現象。

　　4.2 調整工藝參數

　　在污水處理過程中，根據進出水情況，控制工藝的 pH、溫度、溶解氧等運行參數，調整曝氣量、污泥濃度，內回流比和外回流比、水力停留時間等，及時處理存在的問題，以保證污水凈化處理工作能夠合理完成。

　　4.3 對污水處理系統及設備運行情況加強管理和監測

　　為了保障污水處理系統的正常運行，應加強對污水處理系統及設備運行各項參數情況的監測，做好設備的保養和維護工作，以保證系統及設備處于良好運行狀態。

　　4.4 加強對進出水質相關指標的監測

　　對污水處理中 pH、COD、BOD5、溶解氧及污泥濃度、污泥性質等相關指標加強監測，及時掌握進出水水質變化及污水處理過程，以便及時采取處理措施。

　　4.5 建立應急預案

　　為了提高污水處理系統對進水負荷變化的抗沖擊能力，應建立有效的應急方案，如投加活性污泥、投加高效復合菌、補充碳源等。

　　結語

　　隨著工業化和城市化的發展，污水排放量日益增加，氨氮污水的處理引起了環保領域的重視。近年來，對氨氮污水處理開展了較多研究，各種氨氮污水處理技術各有其優缺點，而高氨氮污水的處理是難題之一。另一方面，企業應積極改進生產工藝，從根源上減少氨氮排放量。高效、經濟的污水氨氮處理技術有待于進一步研究，污水有效的處理對于環境保護及人類社會可持續發展具有重要意義。