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氨氮废水中的氮元素以铵离子（NH4+）和游离氨（NH3）的形式存在于水中，其来源十分广泛，无论是日常生活中产生的污水和垃圾渗滤液，还是钢铁、炼油、石油化工、玻璃制造、化肥、鞣革、饲料生产等工业生产都会产生大量的氨氮废水。 废水中氨氮的高耗氧量会导致水体富营养化，形成“水华”和“赤潮”，破坏水体环境，对水生生物产生毒害作用，人类误食被污染的水产品会危及生命安全 A/O工艺又被称为前置反硝化生物脱氮系统。其运行原理是由A/O系统的A池和O池分别提供缺氧和有氧环境，在A池内，反硝化细菌在缺氧状态下利用有机物作为碳源提供电子和能量， 将游离氨和铵离子还原，生成的氮气从水中逸出，A池也被称作反硝化池；在O池内，有机物在有氧条件下发生硝化反应， 氨氮被硝化细菌氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，使得有机物被进一步除去，氧化过程中释放的能量同时被硝化细菌利用，O池也被称作硝化池，利用A/O工艺处理合成氨工段产生的废水，该废水氨氮质量浓度达到380mg/L，同时存在硫化物、石油类和悬浮物等，经过调试后在较长的连续运行时间内出水氨氮质量浓度都5mg/L以下，出水的各项指标均达到国家要求。A/O工艺在较低浓度的氨氮废水处理中有较好的应用，处理效果较好，同时不产生二次污染，但是由于需要在两个池中交替处理废水， 使得工艺操作较复杂，设备占地面积较大。 A2/O工艺是厌氧―缺 氧―好氧生物脱氮除磷工艺的简称，又称A/A/O工艺。 在处理过程中，废水经过厌氧池、缺氧池和好氧池，氮磷有机物逐步被降解。在好氧阶段，硝化细菌通过生物硝化作用将污水中的氨氮转化成硝酸盐；在缺氧阶段，反硝化细菌将上一阶段产生的硝酸盐通过反硝化作用转化成氮气排入大气中；在厌氧阶段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；在好氧阶段，聚磷菌超量吸收磷，并通过污泥排放，将磷除去。 在一个完整周期中，脱氮和除磷过程是同步进行的。利用A2/O工艺处理某化工企业排放的废水，该废水氨氮含量为300mg/L， 同时含有难降解的苯环类有机物，经过处理氨氮去除率达到97%，出水的COD小于100mg/L。 A2/O工艺与A/O工艺相比，引入了厌氧生物预处理， 使得废水中的苯环类有机物发生结构和可生化性的改变， 将其作为反硝化阶段需要的碳源加以利用。 SBR工艺是序批式活性污泥法的简称， 此工艺按照进水、曝气、沉淀、排水周期循环，是一种间歇曝气式的污水处理技术。 该工艺把调节、曝气、生物脱氮等过程集中于一池， 每个操作步骤按顺序在不同时间段有序进行， 其原理同样是调节不同的微生物生存条件，使得硝化和反硝化反应循环往复。 SBR工艺在时间序列和运行条件安排上比较灵活， 为生物脱氮提供了缺氧、厌氧和好氧的环境条件，从而能有效脱氮。 SBR工艺处理高氨氮煤制甲醇废水，该废水的氨氮质量浓度约为300mg/L，以甲酸为主的有机物具有较强的可生化性，经处理后， 出水氨氮平均质量浓度在2mg/L左右，COD为52.8mg/L。 传统的生物脱氮工艺通常把硝化反应和反硝化反应分开独立进行，目前应用最为广泛。其在低浓度氨氮废水的处理方面有较好的应用， 氨氮去除率可达70%以上。 但是其运行操作复杂，周期长，易受温度、pH、有毒有害物质等影响，同时，由于生物的氨氮承受能力有限， 过高的氨氮浓度会抑制微生物活性，制约了其对高浓度废水的处理效果，为了达到微生物可以承受的氨氮浓度， 就必须增加回流比来稀释原废液，这就增加了成本与能耗。  传统的生物脱氮工艺存在处理氨氮废水浓度较低，处理成本较高的缺点。 近年来，随着新的生物脱氮途径的发现和新技术的突破， 一些高效的新型生物脱氮工艺逐渐被开发应用。 同步硝化反硝化SND是指硝化反应和反硝化反应在同一容器中，在相同条件下同时反应的过程SND与生物膜固定床混合系统处理焦化厂废水，经处理后COD降低了94%，氨氮浓度降低了95%以上，同时发现处理效果受DO影响巨大， 当DO在3.5~4.0mg/L时效果最优。 同步硝化反硝化脱氮技术实现了在同一个反应器内进行硝化和反硝化的过程。 同时， 反应器体积小、反应时间短、无需额外添加碱度、节省曝气量是SND生物脱氮技术的工艺优势，可以降低成本并简化除氮过程。 因此，加快SND工艺的发展对于氨氮废水的高效处理具有重要的意义。 短程硝化反硝化（SHARON）是指将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止其发生进一步氧化，使亚硝酸盐直接进行反硝化反应的过程。 整个过程可以由NH4+→NO2-→N2来表示。SHARON反应过程中利用传感器实时控制亚硝酸盐量进行氨氮的去除， 通过精确调控使得出水的氨氮质量浓度由12mg/L降低到了2mg/L， 氨氮去除率由95%提高到98%。 短程硝化反硝化没有亚硝酸盐和硝酸盐之间的转化，使得其成本有明显的降低。 如何在适宜的温度、pH等条件下稳定运行是其今后研究的重点。 厌氧氨氧化（ANAMMOX）是指由氨氮来提供电子，硝酸盐和亚硝酸盐接受电子，在厌氧的条件下去除氨的过程。 由于厌氧氨氧化需要在反应器中同时存在氨氮和亚硝酸氮，因此常把SHARON和厌氧氨氧化结合使用。 联合工艺对污泥消化液处理的可行性，测得在30 ℃条件下TN的去除率达到2.4kg/（m3?d） 系统性地设计了SHARONANAMMOX反应的控制系统，并确定在最优条件下氨氮的去除率可达到95%。 厌氧氨氧化与全程硝化相比不需要添加碳源， 由此可节约62.5%的耗氧量和50%的耗碱量。 在未来，厌氧氨氧化工艺会有更好的应用前景。针对更高浓度的氨氮废水， 诸如同步硝化反硝化（SND）、短程硝化反硝化（SHARON）厌氧氨氧化（ANAMMOX）等新型生物脱氮工艺被开发出来它们相较于传统生物脱氮工艺， 显著地降低了处理成本. 物理化学处理方法 化学沉淀法是通过向废水中加入可溶性的化学药剂， 使其和废水中的溶解性污染物质反应形成难溶盐沉淀下来， 从而降低水中溶解性污染物浓度的方法。 一般采用镁盐和磷酸盐作为处理氨氮废水的沉淀剂， 它们和NH4+反应生成 MgNH4PO4?6H2O沉淀，达到了氨氮与水分离的目的，同时产物可以作为缓释肥料再利用。化学沉淀法常与其他处理技术组合， 既适用于反渗透、活性炭吸附等深度处理的预处理，也可用于生化处理的预处理或深度处理。 此法对氨氮的去除率可达90%以上，但溶液的pH对反应的影响较大，同时投放物的成本较高，导致其处理费用的增加。 折点氯化法的原理是向废水中投入一定量的氯气或者次氯酸钠，其中的有效氯将氨氮氧化成氮气，从而达到处理目的。在反应过程中，当投入量达到某一个点时，水中的游离氯含量最低，同时氨氮的浓度降为零，则称该点为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。 折点氯化的反应方程式为： 2NH4++3HClO=N2↑+3H2O+5H++3Cl- 折点氯化法操作方便、反应速率快、效果稳定，同时因为氯的加入量的可控性使得氨氮的去除率很高，可以达到90%以上。 但是处理过程中废水的氨氮浓度、温度、pH会对氯的加入量产生影响，这就导致反应中涉及氯的安全使用问题， 且反应后的产物中含有余氯，会造成二次污染，出水排放前需进行一定的处理，提高了折点氯化法的成本。 吹脱法是向氨氮废水中通入气体， 通过大量的气体循环，使得气液两相充分接触，存在于液相中的游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）穿过气液两相的界面，向气相转移从而脱除氨氮的方法。 其原理是根据动态平衡关系（NH3+H2ONH4++OH-）改变反应条件打破反应的平衡关系，使得反应向左移动，达到去除氨氮的目的。 目前国内多采用吹脱法处理氨氮废水。 吹脱法具有操作简单，运行成本低等优点，多用于中高浓度的大流量氨氮废水的处理中。 但此方法的氨氮去除率易受温度影响，在秋冬季节的处理效果会降低，同时液态氨氮转化为气态会引起二次污染问题， 需要进行中和处理。 离子交换法是通过选用对铵离子有很强选择性的交换剂， 使得交换剂中的离子与废水中的铵离子发生交换反应，从而脱除铵离子的方法。离子交换法常用的交换剂有蛭石、蒙脱石、沸石等，这些材料来源广泛、廉价易得，通过改性处理可以提高其处理效果。 发现采用沸石处理海水中的氨氮有一定的效果。详细研究了沸石处理氨氮废水的再生条件， 得出了宜使用不同浓度的氯化钠溶液作为再生液的结论。 离子交换法适合处理中高浓度的氨氮废水，交换剂廉价易得且可以再生。 但此方法对水质有一定的要求，需要进行预处理，在处理高浓度废水时，需要对树脂进行频繁再生， 且不同种类的离子交换材料适用的处理条件不同，需要深入透彻的研究。 吸附法是利用具有较大比表面积的多孔材料作为吸附剂， 将废水中的各种有机物和离子吸附在吸附剂的表面，从而进行废水处理的方法。吸附法常用的吸附剂有沸石、生物炭、膨润土等以及复合型吸附剂。 研究发现蔗渣废弃物制备的生物炭可以应用于氨氮废水处理，蔗渣吸附剂可在 400 ℃用直接炭化法制得，在pH=9.2时吸附剂的氨氮吸附量最大，达到10g/kg，最佳处理温度为40 ℃，pH以碱性为宜，去除率在70%以上。提出了使用改性粉煤灰（CFA）代替沸石处理沼渣中的氨氮，并得到了CFA投加质量1.3g，初始pH5~7，吸附时间20min 的最佳改性条件。 将沸石和硅藻土混合煅烧制备成复合吸附剂进行氨氮吸附静态试验，测得吸附剂最大饱和吸附量19.5mg/g。 吸附法所用的传统吸附剂存在吸附量不足，再生率低等问题，更适宜处理中低浓度的氨氮废水。沸石的交换能力易受水中共存阳离子的影响； 生物炭成本较低，但吸附量有限；膨润土对粒径及溶液浓度要求较高， 实际应用有局限性； 粉煤灰处理效果较好，但易产生二次污染问题。虽然吸附法有着这些局限性，但是相比于其他物理化学方法，其低能耗、低成本、操作简单、无二次污染的优点使其仍然具有巨大的发展优势。因此，吸附法的推广应用亟需寻找到高效脱氨的新型吸附剂。 金属有机骨架材料是一种新型多孔材料，它通过配位键将金属离子和有机配体连接形成骨架结构，选取不同的金属离子和有机配体可以得到不同结构的MOFs材料，这在一定程度上增加了结构的选择性。 MOFs材料在气体分离领域应用广泛， 而对液相分离的研究仍处在初步发展阶段。 相比于其他的多孔材料，MOFs有比表面积巨大，结构多样可以修饰，孔径均一可以调节等优点，MOFs结构中的官能团以及金属位点可以提供非常多的化学吸附位， 这使得其在含氮废水中精准稳定固氨具有较大优势，将其作为吸附剂在废水处理方面的应用产生了可能。 MOFs在水处理方面的应用范围广泛，使用ZIF-8改性的微孔滤膜处理水中的微污染物（实验中采用黄体酮作为微污染物），发现改性处理能较大程度提高滤膜性能。 MOFs吸附废水中的抗生素和有机物的效果也非常明显。 |
