對(duì)氨氮污水處理方面開展了較多的研究。其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理 實(shí)用性較好國(guó)內(nèi)運(yùn)用最多的技術(shù)為：生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換 法、液膜法、土壤灌溉法等。
1.生物法機(jī)理——生物硝化和反硝化機(jī)理
在污水的生物脫氮處理過程中，首先在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用,將污水中的氨氮氧化為 亞硝酸鹽或硝酸鹽；然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯? 中逸出。因而,污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。
硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程,包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟:由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸 鹽的反應(yīng)；由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。
在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用,將硝化過程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2 的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)底物(碳源)。
生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟(jì),因此在國(guó)內(nèi)外 運(yùn)用最多。但缺點(diǎn)是占地面積大,低溫時(shí)效率低。
2.傳統(tǒng)生物法
目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O 、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段 ,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過程不能同時(shí) 發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā) 展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開,形成分級(jí)硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨(dú) 立地進(jìn)行。
3.A/O系統(tǒng)
A/O脫氮除磷系統(tǒng)，即缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)。它是70年代主要由美國(guó)、南非等國(guó)開發(fā)的具有去除 廢水中氮污染物的工藝，同時(shí)對(duì)脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經(jīng)歷缺氧、好氧兩個(gè)階 段，故人們通稱為缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便，且很容 易利用原廠改建，從而提高了出水水質(zhì)。近年來已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
4.缺氧/好氧工藝(簡(jiǎn)稱A2/O法)
A2-O法處理工藝是在好氧條件下,污水中NH3和銨鹽在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然 后在缺氧條件下,通過反硝化反應(yīng)將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達(dá)到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用 的工藝，它是在法A/O法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)厭氧段和一個(gè)缺氧段。
5.厭氧—缺氧—好氧工藝(簡(jiǎn)稱A1-A2/O工藝)
A1—A2/O工藝和A2/O工藝同屬于硝化—反硝化為基本流程的生物脫氨工藝,所不同的是A1—A2/O工藝 是在A1/O工藝基礎(chǔ)上增加了一級(jí)預(yù)處理段—厭氧段(A1),目的在于通過水解(酸化)的預(yù)處理,改變廢水中 難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),提高其可生化性,強(qiáng)化脫氮效果。
近幾十年來,盡管生物脫氮技術(shù)有了很大的發(fā)展,但是,硝化和反硝化兩個(gè)過程仍然需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng) 器中進(jìn)行,或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。并且傳統(tǒng)的生物脫氮工 藝,主要有前置反硝化和后置反硝化兩種。
6.生物脫氮法新工藝
隨著生物脫氮技術(shù)的深入研究，其新發(fā)展卻突破了傳統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí)。近年來的許多研究表明:硝化反 應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成,某些異養(yǎng)菌也可以進(jìn)行硝化作用；反硝化不只在厭氧條件下進(jìn)行,某些細(xì)菌也可在 好氧條件下進(jìn)行反硝化；而且,許多好氧反硝化菌同時(shí)也是異養(yǎng)硝化菌(如Thiosphaerapantotropha菌), 并能把NH4+氧化成NO2-后直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)。
7.厭氧氨氧化工藝
厭氧氨氧化(ANA-MMOX)是以硝酸鹽為電子受體或以氨作為直接電子供體,進(jìn)行硝酸鹽還原反應(yīng)或?qū)? 硝酸氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾姆聪趸磻?yīng)。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時(shí)硝化反硝化工藝相比,氨的厭氧氧化具 有不少突出的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)在:(1)無需外加有機(jī)物作電子供體,既可節(jié)省費(fèi)用,又可防止二次污染；(2) 硝化反應(yīng)每氧化1molNH4+耗氧2mol,而在厭氧氨氧化反應(yīng)中,每氧化1molNH4+只需要0.75mol氧,耗氧下降 62.5%(不考慮細(xì)胞合成時(shí)),所以,可使耗氧能耗大為降；(3)傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)氧化1molNH4+可產(chǎn)生2molH+, 反硝化還原1molNO3-或NO2-將產(chǎn)生1molOH-,而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量大為下降,產(chǎn)堿量降至為零,可以 節(jié)省可觀的中和試劑。故厭氧氨氧化及其工藝技術(shù)很有研究?jī)r(jià)值和開發(fā)前景。
8.短程硝化反硝化工藝
短程硝化反硝化是將硝化控制在HNO2階段而終止,隨后進(jìn)行反硝化,其生物脫氮過程如:NH+4——HNO2 ——N2
短程生物脫氫工藝的優(yōu)點(diǎn):可節(jié)省氧供應(yīng)量約25%,降低了能耗；節(jié)省反硝化所需碳源40%,在C/N比一 定的情況下,提高了TN去除率；減少污泥生成量可達(dá)50%；減少投堿量,縮短反應(yīng)時(shí)間。但是短程硝化反硝 化的缺點(diǎn)是不能夠長(zhǎng)久穩(wěn)定地維持HNO2積累。
綜上，生物法處理氨氮污水較穩(wěn)定,但一般要求氨氮濃度在400mg/L以下,總氮去除率可達(dá)70%～95%。生物 脫氮新工藝處理高濃度氨氮污水效率比較高,目前實(shí)際投入運(yùn)行的有短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工 藝,但它們的工藝條件要求嚴(yán)格,特別是對(duì)溶解氧的要求更為嚴(yán)格,在實(shí)際應(yīng)用中很難控制；