高氨氮废水处理技术与案例分析

一、高氨氮废水概况

1.1 定义与危害

高氨氮废水指氨氮含量在 200mg/L 以上的废水。大量氨氮废水排入水体，不仅会引发水体富营养化，导致藻类等过度繁殖，消耗水中溶解氧，造成水体黑臭，还会使给水处理难度和成本加大。同时，对鱼类及某些水生生物有毒害作用，甚至可能通过食物链对人群及生物产生毒害。例如，2001 年我国海域发生赤潮高达 77 次，氨氮便是重要污染原因之一 。

1.2 来源广泛

高氨氮废水来源极为广泛，涵盖多个行业：

• 化工行业：在生产过程中，原料的分解、反应、冷却等环节均可能产生含氨氮废水。像化肥生产，氨的合成与分解过程会使大量氮元素以氨氮形式进入废水，其氨氮浓度可达 400 - 700mg/L 。
• 制药行业：部分制药工艺会产生高氨氮废水，例如某些抗生素生产过程中，发酵、提取等环节会排放此类废水，水质复杂且氨氮含量高。
• 食品加工行业：如味精生产，其流程包括制糖、谷氨酸发酵、中和提取、精制等，其中谷氨酸发酵工艺产生的高氨氮废水，氨氮浓度高达 5000 - 6000mg/L ，同时也是典型的高浓度有机废水，化学需氧量（CODCr）为 20000 - 30000mg/L 。
• 养殖行业：畜禽养殖场的粪便和冲洗废水是高氨氮废水重要来源，这类废水中氨氮浓度通常在 800 - 2200mg/L ，CODCr 为 3000 - 12000mg/L 。
• 垃圾处理行业：城市化快速发展使生活垃圾增多，垃圾进入填埋场后，其中水分形成高浓度难降解的垃圾渗滤液，氨氮浓度可高达 2000mg/L 。
• 煤炭加工行业：原煤高温干馏、煤气净化产生的焦化废水，以及煤气生产过程中的煤气废水都含有大量氨氮。一般焦化废水中氨氮浓度为 200 - 700mg/L ，煤气废水中氨氮浓度为 200 - 250mg/L ，CODCr 为 1200 - 1400mg/L 。

1.3 成分复杂

高氨氮废水成分复杂，除含有较高浓度的游离氨（NH₃）与铵离子（NH₄⁺）外，常伴有大量有机物（反映为 CODCr、生化需氧量 BOD）、悬浮物（SS）、总磷等多种杂质，部分废水还具有高盐特性。例如化工废水，除高氨氮外，可能含有苯、酚等难降解有机物；养殖废水含有大量有机物和病原体；垃圾渗滤液不仅氨氮高，还含有重金属离子等 。

二、高氨氮废水处理方法

2.1 物化法

2.1.1 吹脱法

在碱性条件下，利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离。一般认为吹脱与温度、pH、气液比有关。通常将废水 pH 调节至 10 以上，通过曝气等方式使氨氮以氨气形式从液相转移至气相。但该方法效率受温度影响大，低温时效果不佳，且产生的氨气需后续吸收处理，否则会造成二次污染，同时存在设备腐蚀问题 。

2.1.2 沸石脱氨法

利用沸石中的阳离子与废水中的 NH₄⁺进行交换以达到脱氮目的。不过应用该方法必须考虑沸石的再生问题，通常有再生液法和焚烧法。采用焚烧法时，产生的氨气需处理，该法适合低浓度氨氮废水（氨氮含量在 10 - 20mg/L） 。

2.1.3 化学沉淀法（如 MAP 法）

向废水中投加镁盐和磷酸盐，与氨氮反应生成磷酸铵镁（MgNH₄PO₄，俗称鸟粪石）沉淀，从而去除氨氮。该方法可高效去除氨氮（去除率＞90%），产物鸟粪石可作为缓释肥。但药剂（Mg²⁺、PO₄³⁻）成本高，且引入大量磷酸盐，可能造成磷污染转移，对硝态氮无效，还会产生大量化学污泥 。

2.1.4 折点氯化法

理论上可将氨氮氧化为氮气，但氯耗巨大（Cl₂:NH₄⁺ - N ≈ 7.6 - 10:1），成本极高，且会产生氯胺、有机氯化物等有毒副产物，对总氮去除不彻底 。

2.2 生物法

2.2.1 传统生物脱氮工艺（如 A/O、A²/O 等）

A/O（厌氧 - 好氧）工艺中，厌氧段微生物将大分子有机物分解为小分子，同时利用硝酸盐进行反硝化脱氮；好氧段进行有机物降解和氨氮的硝化过程，将氨氮转化为硝酸盐氮。A²/O（厌氧 - 缺氧 - 好氧）工艺在此基础上增加了缺氧段，进一步强化反硝化作用。但这些常规生物法设计负荷有限，面对高氮冲击，硝化易崩溃，且碱度、碳源消耗巨大，池容需求大，抗冲击能力弱 。

2.2.2 短程硝化反硝化

传统硝化过程是氨氮先被氧化为亚硝酸盐氮，再进一步氧化为硝酸盐氮，反硝化时硝酸盐氮又逐步还原为氮气。短程硝化反硝化则是控制反应条件，使氨氮只氧化到亚硝酸盐氮阶段，然后直接进行反硝化生成氮气。该方法可节省曝气量约 25%，减少反硝化所需碳源约 40%，但反应条件控制要求高 。

2.2.3 同步硝化反硝化

传统理论认为硝化在好氧条件下进行，反硝化在缺氧条件下进行。而同步硝化反硝化是在同一个反应器中，通过创造合适微环境（如利用生物膜内部缺氧、外部好氧等），使硝化和反硝化同时发生，简化工艺流程，节省能量。但实现同步硝化反硝化对溶解氧、污泥浓度等控制要求严格 。

2.2.4 厌氧氨氧化

在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌将氨氮和亚硝酸盐氮直接转化为氮气。该方法无需外加碳源，能耗低，污泥产量少。但厌氧氨氧化菌生长缓慢，对环境条件（如温度、pH、溶解氧等）敏感，启动时间长 。

三、高氨氮废水处理案例分析

3.1 案例一：浙石化 4000 万吨 / 年炼化一体化项目二期高氨氮污水处理工程

3.1.1 项目背景

浙石化该炼化一体化项目是国内最大的炼化项目之一，总投资额达 2000 亿元。生产过程中产生大量高氨氮废水，若不妥善处理，将对周边水环境造成严重污染，且不符合环保要求，因此需建设高效污水处理工程 。

3.1.2 处理工艺

采用高密度沉淀池（除硬） + 溶气气浮池 + 五段 Bardenpho 生化池 + 二沉池工艺。高密度沉淀池去除废水中硬度，溶气气浮池去除悬浮物和部分有机物，五段 Bardenpho 生化池通过厌氧、缺氧、好氧交替环境，利用微生物进行脱氮除碳等反应，二沉池实现泥水分离 。

3.1.3 处理效果

处理水量为 12000 吨 / 天，进水总硬 1000mg/L，处理后出水＜200mg/L；进水 NH₃ - N 300mg/L，出水＜5mg/L。处理后出水作为回用水处理系统的水源，实现了水资源的循环利用，同时减少了污染物排放，对推动绿色石化基地建设具有重要意义 。

3.2 案例二：江苏某化工厂含氨废水处理案例

3.2.1 项目背景

江苏某化工股份有限公司化工总厂含氨污水总排放量为 173m³/h，甲醇残液排放量为 2m³/h，另有甲醇油废液 400kg/d（内含二甲醚、烷类等有机物 20％）。废水氨氮含量高，成分复杂，需有效处理以满足环保排放要求 。

3.2.2 处理工艺

对于氨氮高于 200mg/L、水量小的部分废水先在车间预处理回收部分氨，然后与综合污水一同处理。考虑到废水排放不稳定，设置事故池。利用调节池调节水质水量，使进入后续处理设施的废水稳定。采用 CASS 池处理，CASS 池运行分曝气、沉淀和排水三阶段，依次周期性进行，无需专设二沉池和污泥回流系统。CASS 池后设调节池调节水量，再经陶粒过滤罐进一步去除固体颗粒，最后采用二氧化氯消毒 。为提高氨去除率，CASS 池运行时通过调节曝气量改变运行方式。同时，CASS 池前投加碳源（甲醇 34.2kg/h）、磷（过磷酸钙 24.0kg/d），带式滤机前投加高分子絮凝剂（5.76kg/d），CASS 池根据 pH 值变化补充碱度（500kg/d） 。

3.2.3 处理效果

进水氨氮 180mg/L，COD100mg/L，处理后出水氨氮≤15mg/L，COD≤50mg/L，SS≤15mg/L，PH 值在 6.5 - 8.0 之间，总脱氮率达到 80% 以上。处理后回用水量为 3024m³/d，每年减少约 27156×10⁴t 氮排入环境 。

3.3 案例三：茂名石化高氨氮废水处理案例

3.3.1 项目背景

茂名石化在生产过程中产生高氨氮废水，原有处理方式难以满足生产平稳运行需求，需研发新处理技术 。

3.3.2 处理工艺

2018 年联合高校自研开发新型高效硝化菌剂。首先从处理高浓度氨氮污水的生化处理池活性污泥样本中，筛选出 100 多株潜在高效降解氨氮的菌株，经过反复筛选鉴定出 3 株优秀菌株。然后按特定比例配制成复合硝化菌剂，确保各菌比例最大化共同作用效率。经小试、中试等确定菌剂工业化生产工艺。目前已试生产 12 吨高效硝化菌用于处理茂名石化煤制氢高氨氮废水 。

3.3.3 处理效果

该复合硝化菌剂可在 48 小时内使氨氮去除效率达 98.25%，满足生产指标要求。在含盐量 20 克每升、氨氮浓度为 300 毫克每升的废水中，加入菌剂后 36 至 48 小时内，氨氮降解率能达到 95% 以上。正式投用后，有效提高高氨氮污水处理系统抗冲击性 。

四、结论

高氨氮废水由于来源广泛、成分复杂、危害严重，其处理一直是环保领域的重点和难点。物化法和生物法各有优缺点，在实际应用中常根据废水水质、水量、处理要求和成本等因素，选择合适的处理工艺或工艺组合。通过上述案例可以看出，针对不同行业的高氨氮废水，采用科学合理的处理工艺，能够实现废水达标排放甚至资源化利用。未来，随着环保要求的不断提高，高氨氮废水处理技术还需持续创新和优化，以应对更严峻的挑战，实现经济发展与环境保护的协调共进 。