孫據(jù)正

1. 氨氮治理技術(shù)

作為水環(huán)境質(zhì)量評價的典型指標，氨氮一直是人們關(guān)注的焦點。我國對氨氮廢水的處理處置一直非常重視，研究人員已經(jīng)開發(fā)出了多種成熟的治理技術(shù)，包括活性污泥法、折點加氯法、離子交換法、膜分離法、化學氧化法等。根據(jù)其實現(xiàn)原理的不同，這些技術(shù)可以歸結(jié)為富集分離法、氧化法以及生物法。

1.1氨氮富集分離

（1）離子交換與吸附

離子交換和吸附經(jīng)常一起討論，因為兩者去除氨氮的原理類似。離子交換和吸附是從廢水中去除氨氮的最可行方法，其優(yōu)點是高效、穩(wěn)定且成本低[1]。

沸石作為一種成本低廉的陽離子交換劑，對NH4+有極強的選擇性交換能力，因此被廣泛應(yīng)用于氨氮吸附領(lǐng)域。該技術(shù)的效果與pH有較大的關(guān)系，且該方法很難將氨氮濃度降至0.5 mg/L以下，面對微污染水源水中的氨氮時的表現(xiàn)并不盡如人意。

（2）膜富集

膜是具有特殊選擇性分離功能的無機或高分子材料。它可以將流體分成兩個未連接的部分，以便一種或多種物質(zhì)可以穿過膜并分離其他物質(zhì)。膜的材料和孔徑主要影響膜的性質(zhì)和化學結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的聚合膜材料表現(xiàn)出了較差的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，并且需要相對溫和的使用條件和反應(yīng)環(huán)境，從而導致對其應(yīng)用的某些限制。盡管陶瓷膜在某種程度上解決了上述問題，但是陶瓷膜（燒結(jié)溫度高于1500 ℃）的生產(chǎn)相對昂貴[2]。不過隨著膜技術(shù)的發(fā)展和工廠規(guī)模的擴大，成膜技術(shù)的建設(shè)和運營成本大大降低，因此，膜技術(shù)仍被認為是具有發(fā)展?jié)摿Φ募兓夹g(shù)。

（3）化學沉淀

該技術(shù)通過投加磷酸鹽、鎂鹽，使廢水中的NH4+與PO4+、Mg2+反應(yīng)生成沉淀物——磷酸銨鎂（MgNH4PO4·6H2O），達到氨氮去除的目的。該方法流程簡單易操作，去除速度快且較徹底，通過優(yōu)化pH與幾種離子的配比關(guān)系，其處理殘液的氨濃度可達1 ppm以下[3]。而且收集到的沉淀物可以用作農(nóng)作物所需的復合肥料，實現(xiàn)廢物利用。但該方法僅能實現(xiàn)對氨氮的富集，對總氮去除幫助不大，而且在處理較高濃度的氨氮廢水時會存在藥劑使用量大、污泥生成量多、成本偏高等問題。

1.2 生物技術(shù)

生物脫氮技術(shù)當前應(yīng)用最為廣泛，其采用基于活性污泥的順序硝化和反硝化的策略，通過形成硝酸鹽作為中間體將母體化合物轉(zhuǎn)化為氮。為了降低此類過程的凈能量需求，可以通過同時實現(xiàn)硝化和反硝化或使用厭氧氨氧化細菌來改進傳統(tǒng)工藝[4]。然而，生物需要較長的適應(yīng)周期，且過程中還需要對敏感變量（例如溫度、pH和溶解氧水平等）密切監(jiān)視。此外，該過程還存在有害氣體N2O的困擾。

1.3 氨氧化技術(shù)

（1）折點氯化法

折點氯化法是指通過將氯氣或次氯酸鈉加入到氨氮廢水中，將其氧化為N2的方法，隨著氯氣通入量的增加，會出現(xiàn)某一點，此時水中游離氯含量較低，氨的濃度降至零，該點稱為折點，因此該法被稱作折點氯化法。

該方法可以將氨氮降至很低的水平，而且可以實現(xiàn)完全脫氮，不必擔心硝酸鹽等的困擾，但該過程產(chǎn)生氯胺等有毒有害的副產(chǎn)物，尤其是當水中含有其他有機物時，諸多消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生將不可避免。

（2）電化學氧化

電化學氧化利用電能處理廢水，具有操作簡單，降解徹底，無二次污染的優(yōu)點[5]。當前的研究發(fā)現(xiàn)，電化學氧化可通過兩種方法凈化廢水：陽極直接氧化或利用生成的氧化介導中間體進行間接氧化，這主要受電極材料和溶液性質(zhì)的影響。先前的研究使用銅電極作為陰極，Ti/IrO2作為陽極，以選擇性地將溶液中的硝酸鹽還原為氮[6]。結(jié)合以上兩種思路，Song等采用單電池電化學系統(tǒng)，使用氯離子作為中間電子介體，以同時去除廢水中的氨和硝酸鹽。該方法還原了陰極中的硝酸鹽，并還原了陽極中的氨，最終產(chǎn)生了氮氣[5]。值得注意的是，CODcr也隨著電解過程而降解并轉(zhuǎn)化為二氧化碳。

2. 硝酸鹽治理技術(shù)

當前常見的治理硝酸鹽污染的方法包括使用零價鐵化學反硝化、離子交換（IX）、反滲透（RO）、電滲析（ED）、催化脫氮和生物脫氮等。世界衛(wèi)生組織（WHO）提出將生物脫氮和離子交換法作為硝酸鹽去除的首選，而美國環(huán)保局推薦將離子交換法、反滲透和電滲析作為去除飲用水硝酸鹽的最佳可行技術(shù)。但這些建議的最佳可行技術(shù)均比較昂貴，很難實現(xiàn)水源水的原位治理[7]。

零價鐵（ZVI）已被廣泛地用于不同污染物的降解，包括硝酸鹽。但是，諸多文章報道了該技術(shù)的局限性。例如，Cheng等報道了該方法的主要缺點是ZVI還原過程會產(chǎn)生更多的銨根離子以及要求控制反應(yīng)體系pH在低水平[8]。此外，生物反硝化工藝很難應(yīng)用于無機廢水處理，因為需要額外的有機基質(zhì)作為電子給體。

相比較而言，離子交換法由于便利、易于操作和設(shè)計簡單，而更有希望推廣使用。當前測試效果較好的離子交換材料包括碳基吸附劑、粘土、沸石、殼聚糖等[9]。但離子交換法僅實現(xiàn)了硝酸鹽的收集，無法將其轉(zhuǎn)化為無害的氮氣，處理過程容易形成二次污染。Doudrick等[10]將離子交換技術(shù)與光催化硝酸鹽還原結(jié)合，前者實現(xiàn)硝酸鹽的富集，后者實現(xiàn)完全脫氮，取得了很好的硝酸鹽完全去除效果。

3. 有機氮治理現(xiàn)狀

有機氮在我國水源水中的存在較為普遍。以長江口原水為例，根據(jù)盧寧等對長江口原水的溶解性有機氮的調(diào)查結(jié)果，長江口原水中溶解性有機氮（DON）占總?cè)芙庑缘═DN）的3%～24%，其濃度在0.07～0.45 mg/L之間變化[11]。

朱文倩等研究了常規(guī)工藝（過濾、沉淀）對長江原水的處理效果，發(fā)現(xiàn)溶解性有機氮的去除率僅16.7%，甚至在過濾工藝中溶解性有機氮的含量還略有增加（歸因于濾池生物膜的脫落）[12]。Lee等對美國28家水廠的進出水的溶解性有機氮的長期監(jiān)測結(jié)果顯示，水廠完整的處理工藝平均去除了20%的溶解性有機氮[13]。

Parkin和McCarty曾提出顆粒狀活性炭和化學沉淀可能是去除DON的最有效方法。但是，Pehlivanoglu Mantas和Sedlak的研究表明DON是相對親水的，因此不太可能通過吸附在活性炭上而被去除[14]。不過，明礬凝結(jié)已經(jīng)被證實能夠去除糖蜜廢水[15]和地表水[16]中存在的含氮有機化合物。

基金項目：陳行水庫避污蓄清優(yōu)化調(diào)度研究與應(yīng)用，編號為（04002531027）

同濟大學環(huán)境科學與工程學院 上海 200082