污水处理技术之各类除氨脱氮工艺的优缺点汇总

近20年来，对氨氮污水处理方面开展了较多的研究。其研究范围涉及生物法、物化法的各种处理工艺，目前氨氮处理实用性较好、国内运用最多的技术为：传统生物脱氮法、氨吹脱汽提法、折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、膜法等。

一、各类脱氮工艺简介

1. 传统生物脱氮

传统生物脱氮技术是通过氨化、硝化、反硝化以及同化作用来完成。传统生物脱氮的工艺成熟，脱氮效果较好。但存在工艺流程长、占地多、常需外加碳源、能耗大、成本高等缺点。

2. 氨吹脱

包括蒸汽吹脱法和空气吹脱法，其机理是将废水调至碱性，然后在吹脱塔中通入空气或蒸汽，经过气液接触将废水中的游离氨吹脱出来。此法工艺简单，效果稳定，适用性强，投资较低。但能耗大，有二次污染。

NH₄⁺ ＋ OH⁻ → NH₃↑ ＋ H₂O

• OH⁻一般由NaOH提供，NaOH分子量40；不考虑其他因素，理论上去除1kg NH₄⁺需要NaOH 2.86kg，按工业级NaOH 2.0元/kg计算，去除1kg NH₄⁺的药剂成本约5.72元（吹出氨气不吸收）。吹脱耗电约4度/吨。

3. 离子交换

离子交换法实际上是利用不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其它同性离子（NH₄⁺）发生交换反应，从而将废水中的NH₄⁺牢固地吸附在离子交换剂表面，达到脱除氨氮的目的。虽然离子交换法去除废水中的氨氮取得了一定的效果，但树脂用量大、再生难，导致运行费用高，有二次污染。

4. 膜过滤

利用膜的选择透过性进行氨氮脱除的一种方法。这种方法操作方便，氨氮回收率高，无二次污染，但投资成本太大，而且对废水的水质要求太高，尤其是盐度等。

5. 折点加氯法

折点加氯法是投加过量的氯或次氯酸钠，使废水中的氨氮氧化成氮气的化学脱氮工艺。该方法的处理效率可达到90%～100%，处理效果稳定，不受水温影响。但运行费用高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。

6. 磷酸铵镁沉淀法（鸟粪石法/MAP法）

向含氨氮废水中投加Mg²⁺和PO₄³⁻，三者反应生成MgNH₄PO₄·6H₂O（简称MAP）沉淀。此法工艺简单，操作简便，反应快，影响因素少，能充分回收氨实现废水资源化。该方法的主要局限性在于沉淀药剂用量较大，从而致使处理成本较高，沉淀产物MAP的用途有待进一步开发与推广。

Mg²⁺ ＋ PO₄³⁻ ＋ NH₄⁺ → MgNH₄PO₄

• Mg²⁺一般由MgCl₂提供，MgCl₂分子量95；PO₄³⁻一般由NaH₂PO₄提供，分子量145。不考虑其他因素，理论上去除1kg NH₄⁺需要MgCl₂ 7.6kg、NaH₂PO₄ 10.36kg，按工业级MgCl₂ 2.5元/kg、工业级NaH₂PO₄ 3.0元/kg计算，去除1kg NH₄⁺的药剂成本约50元，产生磷酸铵镁沉淀约18kg（不考虑结晶水）。

江西中跃环保设备有限公司（位于江西九江，主营一体化污水处理设备）在承接高氨氮废水（化肥、化工、养殖、垃圾渗滤液、污泥压滤液等）脱氮项目时，可根据氨氮浓度、水量、排放标准及客户预算，选用以下脱氮工艺：

1. 传统生物脱氮（A/O、A²O、氧化沟、SBR/CASS）

• 适用场景：氨氮＜200～500mg/L、BOD₅/TN≥3～5的城镇污水及部分工业废水，是目前应用最广泛、经济性最优的脱氮工艺。

• 工艺路线：格栅→调节池→厌氧/缺氧→好氧（硝化，DO＝2～4mg/L，SRT＞15～25d）→二沉池→（深度处理）→达标排放

• 关键设计：

  • 好氧池按每氧化1g NH₃‑N消耗7.1g CaCO₃碱度校核，不足配液碱/石灰乳自动加药装置（pH在线联动）；

  • 缺氧池DO＜0.5mg/L，内回流比Rₙ＝200%～400%，碳源不足时设乙酸钠/甲醇碳源储罐＋计量泵＋与出水NO₃⁻‑N或时间联动；

  • SRT按目标控制（硝化＞15d，除磷3.5～7d），通过剩余污泥排放量Qw调节。

• 设备配套：提供DO/pH/ORP在线仪、变频罗茨/回转风机、微孔刚玉/EPDM曝气器、碳源/碱液/营养盐(N/P)自动加药装置、污泥回流及排泥电动调节阀、PLC控制柜。

• 调试服务：协助接种驯化（先培菌→渐增进水氨氮浓度驯化硝化菌→确认NH₃‑N去除率＞90%后投加碳源驯化反硝化），镜检见钟虫/等枝虫且SV₃₀＝20～30%标志成熟。

2. 氨吹脱（适用氨氮500～5000mg/L的高浓废水）

• 工艺路线：调节池（pH调至10.5～11.5，用NaOH或石灰乳）→吹脱塔（空气吹脱，气液比≥3000:1）→氨气吸收（稀硫酸吸收生成(NH₄)₂SO₄回收）

• 设计要点：

  • 吹脱塔填料选用PP鲍尔环/阶梯环，比表面积大，气液接触充分；

  • 吹脱前预热至35～40℃可显著提高脱氨效率（每升温10℃氨气脱除率约提高1.5倍）；

  • 吹出的NH₃必须用稀硫酸（H₂SO₄）吸收塔回收为硫酸铵肥料，防止二次污染；

  • 按文中计算，NaOH消耗量约2.86kg/kg NH₄⁺，电费约4度/吨，适合高浓度小水量场景。

• 设备配套：提供PP/FRP填料吹脱塔、引风机、NaOH/石灰乳加药装置、H₂SO₄吸收塔及循环泵、pH在线仪＋自动加药联动。

3. 磷酸铵镁沉淀法/MAP法（适用氨氮100～5000mg/L，尤适合高磷高氨废水）

• 工艺路线：调节池→MAP沉淀反应池（投加MgCl₂＋NaH₂PO₄/Na₂HPO₄，pH＝8.5～9.5，搅拌反应15～30min）→沉淀分离→上清液进入后续生化处理

• 设计要点：

  • 按文中计算，去除1kg NH₄⁺需MgCl₂ 7.6kg＋NaH₂PO₄ 10.36kg，药剂成本约50元/kg NH₄⁺，产生MAP沉淀约18kg；

  • 实际工程中可利用废水中原有PO₄³⁻（如含磷废水），仅补加Mg²⁺，大幅降低成本；

  • 沉淀产物MAP（鸟粪石）是一种缓释肥原料，可资源化回收；

  • 反应pH控制在9.0左右为宜，过高易生成Mg(OH)₂副沉淀浪费药剂。

• 设备配套：提供MAP反应池（带搅拌）、MgCl₂/NaH₂PO₄/NaOH PE加药桶＋搅拌机＋计量泵、pH在线仪联动、沉淀池/斜管沉淀、污泥浓缩脱水系统。

4. 折点加氯法（适用小水量、深度除氨、出水要求极严的场合）

• 工艺路线：二级生化出水→折点加氯反应池（投加NaClO/Cl₂，CT值≥30mg·min/L）→脱氯池（投加Na₂SO₃/活性炭）→达标排放

• 设计要点：

  • 加氯量按Cl₂:NH₃‑N≈7.6:1～10:1（质量比）控制，确保折点完全氧化氨氮为N₂；

  • 处理后必须脱氯（投加Na₂SO₃或活性炭吸附），防止余氯对受纳水体的生态毒性；

  • 适合生化出水深度处理（氨氮＜50mg/L），运行成本较高，不适合大水量主力脱氮。

• 设备配套：提供NaClO/Cl₂加药装置、静态混合器、折点反应池、脱氯池/活性炭过滤器、余氯在线监测仪。

5. 膜过滤法（适用高品质回用或零排放预处理）

• 工艺路线：生化出水→UF（超滤）→RO/NF（反渗透/纳滤）→回用/零排放

• 设计要点：

  • 纳滤对二价离子（Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄²⁻）脱除率90%～98%，对单价离子（Na⁺、Cl⁻）脱除率20%～80%，对氨氮（NH₄⁺）脱除率约20%～50%；

  • 反渗透对NH₄⁺脱除率＞95%，可作为生化后的深度脱氮保障；

  • 进水需严格预处理（SDI₁₅＜3，余氯＜0.1mg/L，硬度/硅控制），否则膜污染严重；

  • 投资成本高，适合中水回用或排放标准极严的项目。

• 设备配套：提供多介质过滤器、活性炭过滤器、阻垢剂加药、5μm保安过滤器、高压泵、RO/NF膜元件及压力容器、CIP化学清洗系统。

6. 离子交换法（适用低浓度氨氮深度去除、小水量）

• 工艺路线：生化出水→离子交换柱（沸石/改性树脂吸附NH₄⁺）→再生（NaCl/NaOH溶液）→浓缩液处置

• 设计要点：

  • 常用天然沸石或改性离子交换树脂，对NH₄⁺选择性好，出水氨氮可降至＜1～5mg/L；

  • 树脂饱和后用NaCl溶液再生，再生废液含高浓度氨氮需另行处理（如蒸发浓缩/回流至前端生化）；

  • 适合电子、医药等行业超纯水制备的末端除氨，或作为生化后的精处理单元。

• 设备配套：提供离子交换柱（FRP/PE材质）、自动多路阀、再生液储罐及加药泵、电控柜。

7. 工艺选型建议总结

• 组合工艺推荐：实际工程中常采用"生物脱氮＋深度精处理"组合，如A/O→MAP沉淀（高氨氮时）→折点加氯/RO（精处理），兼顾达标与经济性。