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摘要：合成氨废水具有高氨氮的特点，高氨氮污水的治理是大家关注的焦点。文章介绍处理高氨氮废水的三种资源化回收技术，(1)以氨水形式回收氨氮的废水处理技术；(2)将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术；(3)既能高效脱氮又能充分回收氨氮的磷酸铵镁(俗称鸟粪石)结晶沉淀法，其中重点介绍鸟粪石结晶沉淀法回收氨氮技术。这些废水处理技术有效地治理了高氨氮废水，具有节能减耗、无二次污染和污染物可得到充分回收利用等特点，是处理高浓度氨氮废水的可持续发展方向。
关键词：氨氮；氨水；硫酸铵；磷酸铵镁
中图分类号：TV211.1 文献标识码：A 文章编号：
0引言
目前，含氨氮废水的处理技术，有空气蒸汽气提法、吹脱法、离子交换法、生物合成硝化法、化学沉淀法等，但均有不足之处，共同不足之处是处理后的氨氮无法回收利用。
基于可持续发展观念，在高浓度氨氮废水处理方面，不仅要追求高效脱氮的环境治理目标，还要追求节能减耗、避免二次污染、充分回收有价值的氨资源等更高层次的环境经济效益目标，才是治理高浓度氨氮废水的比较理想的技术发展方向。
1、以氨水形式回收氨氮的废水处理技术
去除氨氮的同时可获得浓氨水的氨氮回收技术，不仅可经济有效地分离与回收氨氮，而且能使处理后废水达标排放。通过电渗析法处理高浓度氨氮废水，氨氮浓度2000～3000mg/L，氨氮去除率可达到87.5%，同时可获得89%的浓氨水；此法工艺流程简单、处理废水不受pH与温度的限制、操作简便、投资省、回收率高、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。以氨水形式回收氨氮的污水处理技术，可使氨氮得到充分的回收利用，发挥良好的经济效益。
采用离子膜电解法对高浓度氨氮废水进行脱氨预处理是可行的，将一定量氨氮废水过滤澄清作为阳极区电解液，NaOH溶液作为阴极区支持电解质，在直流电场作用下，NH4+、H+等能通过阳离子交换膜，由阳室向阴室迁移，与阴室的OH-结合，分别生成NH3·H2O和水；同时，在两个电极上发生电化学反应，阳极生成H+以补充阳室迁移出去的阳离子，阴极生成OH-以补充阴室由于与阳室迁移来的NH4+等结合所消耗的OH-。对于氨氮浓度高达7500mg/L的废水，在4V、11L/h、60℃的操作条件下，电解1.5h平均去除率可稳定在58.1%左右，3h去除率接近63.8%，脱除的氨氮可以以浓氨水形式回收，降低处理成本，实现了废物资源化利用。
2、将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术
采用空气吹脱加硫酸吸收的闭气氨氮汽提系统是将废水中的氨氮去除，并将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术。此法不但有效地治理了高氨氮废水，还将氨氮回收利用。闭式硫酸吸收法处理技术的使用，将废水中氨氮浓度为5000~8500mg/L，用闭式硫酸吸收法处理后，废水中氨氮脱出率约为99%，排入水沟与不含氨氮的污水混合，进一步降低污水中的氨氮含量，送往污水处理厂进一步处理，有效地解决了原污水排放不合格的问题，极大地缓解了污水处理场的压力。也减少了氨气的外泄，改善了现场环境，同时得到硫酸铵溶液可回用利用。
聚丙烯(PP)中空纤维膜法处理高浓度氨氮废水，也可将氨氮制成硫酸铵回收利用。疏水微孔膜把含氨氮废水和H2SO4吸收液分隔于膜两侧，通过调节pH值，使废水中离子态的NH4+转变为分子态的挥发性NH3。聚丙烯塑料在拉丝过程中，将抽出的中空纤维膜拉出许多小孔，气体可以从孔中溢出，而水不能通过。当废水从中空膜内侧通过时，氨分子从膜壁中透出，被壁外的稀H2SO4吸收，而废水中的氨氮得以去除，同时氨以(NH4)2SO4的形式回收。聚丙烯中空纤维膜法脱氨技术先进，二级脱除率≥99.4%，适用于处理高浓度氨氮废水，处理后废水能够达标排放。采用酸吸收的方法，可以(NH4)2SO4的形式回收氨氮，且不产生二次污染。膜法脱氨工艺设备简单，能耗低，占地面积小，操作方便。
3、鸟粪石结晶沉淀法回收氨氮技术
磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)俗称鸟粪石，英文名称struvite(magnesium ammonium phosphate)，简称MAP，白色粉末无机晶体矿物，相对密度1.71。MAP是一种高效的缓释肥料，在沉淀过程中不吸收重金属和有机物。此外，它可用作饲料添加剂、化学试剂、结构制品阻火剂等。
关于鸟粪石结晶沉淀法处理氨氮废水的应用研究，很多研究者研究了影响鸟粪石形成的因素，主要有反应时间，pH值，沉淀剂投加摩尔配比，不同沉淀剂的选择等影响因素。
3.1反应时间
研究表明，鸟粪石结晶法反应时间对氨氮的去除率影响很小，因此鸟粪石结晶沉淀法的反应时间主要取决于鸟粪石晶体的成核速率和成长速率。应用MAP法处理氨氮废水时，使用适宜的搅拌速度和控制适当的反应时间，能使药剂充分作用，使MAP反应充分进行，有利于MAP的结晶作用和晶体的发育与沉淀析出。但反应时间不宜过长，否则会破坏鸟粪石的结晶沉淀体系，降低结晶沉淀性能。另外，反应时间越长，所需的动力消耗越多，处理费用越高，会影响MAP法的经济效益；搅拌速度过大，形成的絮凝体会再次被打散，反而影响了混凝沉淀的效果。显然，MAP法的反应时间需要结合被处理氨氮废水的水质特征，所用药剂种类、处理工艺等具体确定，一般都在1h以内。
实际应用中，由于废水含有各种颗粒物，成核过程所需的过饱和度较均相低，成核晶核数难以准确控制，形成大量细小的鸟粪石颗粒，难以回收，故结晶沉淀应在生长阶段加强控制，可在不饱和阶段添加适宜的晶种，从而培养出粒径分布均匀、品质较好的鸟粪石结晶体。
3.2 pH值
在一定范围内，鸟粪石在水中的溶解度随着pH的升高而降低；但当pH升高到一定值时，鸟粪石的溶解度会随pH的升高而增大。当pH<7时，溶液中PO43-离子浓度低，不利于生成鸟粪石沉淀反应的进行；当pH值8.0～9.5时，沉淀为鸟粪石；当pH值9.5～11时，氨氮会有一部分转化成气态氨挥发，此时沉淀为鸟粪石和Mg(OH)2；当pH值>11时,沉淀为鸟粪石和Mg3(PO4)2；当pH值为12时，沉淀为Mg3(PO4)。综合文献得知，鸟粪石沉淀法回收氨氮的最优pH范围为8～10之间，不同的研究得出的结论有所差别。
3.3沉淀剂投加的摩尔配比
鸟粪石结晶沉淀法去除氨氮，对于沉淀剂投加的摩尔配比，研究者主要研究了氮、镁和磷的不同摩尔配比对氨氮去除的影响以及鸟粪石的生成情况。要生成磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)沉淀，沉淀剂投加的摩尔配比n(Mg2+)：n(NH4+)：n(PO43-)理论比应为1∶1∶1。根据同离子效应，增大Mg2+、PO43-的配比，可促进反应的进行，从而提高氨氮的去除率与去除速率。虽然投加过量的镁盐和磷酸盐可提高氨氮的去除率，但过量到一定程度后，处理成本不经济，而且增加了水中磷的含量，由于磷本身也是污水处理的控制指标，添加过量会造成二次污染。通常在降低磷酸盐投加比例的同时，适当增加镁盐的投加量，可提高氨氮去除率。穆大刚等以MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O为化学沉淀剂处理高浓度氨氮废水(9500mg/L)，确定的最佳工艺条件为n(Mg2+)：n(NH4+)：n(PO43-)=1.25∶1∶1，氨氮去除率>95%。总的来说，适当增大Mg2+、PO43-的配比，可提高氨氮的去除率，但药剂最佳投配比受多方面因素的影響，应综合考虑各因素确定沉淀比的最佳配比。
3.4沉淀剂的选择
MAP法可选用多种含Mg2+的镁盐和含PO43-的磷酸盐作为化学沉淀药剂。例如，可作为镁盐药剂的有MgO、MgCl2、MgCl2·6H2O、MgSO4、MgCO3等，也可用卤水代替镁盐；作为磷酸盐药剂的有H3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4·12H2O、MgHPO4·3H2O等。但是，不同药剂对氨氮废水的处理效果与处理成本有明显的差异，氨氮去除率可在54.4%～98.2%之间波动，普遍认为以磷酸氢二钠和氯化镁为沉淀剂对高氨氮废水处理效果较好，氨氮的去除率>90%；镁盐的成本是处理的主要成本之一，使用不同的镁盐其成本占总处理成本的4.4%～40.2%之间，使用MgCO3比使用MgCl2成本低18.3%；磷酸盐较贵，寻找更为廉价高效的磷酸盐可大幅度降低废水处理成本。
4、结语
合成氨工业经过几十年来的不断技术革新改造，污水治理工作取得了一定的成果，但是由于各企业产品结构、工艺路线与管理水平不尽相同，部分企业外排水中COD、氨氮、硫化物等污染物质仍存在超标现象，水污染问题一直未得到有效的控制。经济有效的氨氮废水资源化处理技术还需要更深入的研究，使废水中氮、磷等营养物质的回收与再生成为可能。资源化技术的开发研究将使新技术在社会效益、经济效益和生态效益之间找到平衡点，实现可持续发展。
参考文献
[1]钟金松，闵育顺，肖贤明.浅谈高浓度氨氮废水处理的可持续发展方向[J].环境科学与技术,2008,31(2):92-94,147.
关键词：氨氮；氨水；硫酸铵；磷酸铵镁
中图分类号：TV211.1 文献标识码：A 文章编号：
0引言
目前，含氨氮废水的处理技术，有空气蒸汽气提法、吹脱法、离子交换法、生物合成硝化法、化学沉淀法等，但均有不足之处，共同不足之处是处理后的氨氮无法回收利用。
基于可持续发展观念，在高浓度氨氮废水处理方面，不仅要追求高效脱氮的环境治理目标，还要追求节能减耗、避免二次污染、充分回收有价值的氨资源等更高层次的环境经济效益目标，才是治理高浓度氨氮废水的比较理想的技术发展方向。
1、以氨水形式回收氨氮的废水处理技术
去除氨氮的同时可获得浓氨水的氨氮回收技术，不仅可经济有效地分离与回收氨氮，而且能使处理后废水达标排放。通过电渗析法处理高浓度氨氮废水，氨氮浓度2000～3000mg/L，氨氮去除率可达到87.5%，同时可获得89%的浓氨水；此法工艺流程简单、处理废水不受pH与温度的限制、操作简便、投资省、回收率高、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。以氨水形式回收氨氮的污水处理技术，可使氨氮得到充分的回收利用，发挥良好的经济效益。
采用离子膜电解法对高浓度氨氮废水进行脱氨预处理是可行的，将一定量氨氮废水过滤澄清作为阳极区电解液，NaOH溶液作为阴极区支持电解质，在直流电场作用下，NH4+、H+等能通过阳离子交换膜，由阳室向阴室迁移，与阴室的OH-结合，分别生成NH3·H2O和水；同时，在两个电极上发生电化学反应，阳极生成H+以补充阳室迁移出去的阳离子，阴极生成OH-以补充阴室由于与阳室迁移来的NH4+等结合所消耗的OH-。对于氨氮浓度高达7500mg/L的废水，在4V、11L/h、60℃的操作条件下，电解1.5h平均去除率可稳定在58.1%左右，3h去除率接近63.8%，脱除的氨氮可以以浓氨水形式回收，降低处理成本，实现了废物资源化利用。
2、将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术
采用空气吹脱加硫酸吸收的闭气氨氮汽提系统是将废水中的氨氮去除，并将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术。此法不但有效地治理了高氨氮废水，还将氨氮回收利用。闭式硫酸吸收法处理技术的使用，将废水中氨氮浓度为5000~8500mg/L，用闭式硫酸吸收法处理后，废水中氨氮脱出率约为99%，排入水沟与不含氨氮的污水混合，进一步降低污水中的氨氮含量，送往污水处理厂进一步处理，有效地解决了原污水排放不合格的问题，极大地缓解了污水处理场的压力。也减少了氨气的外泄，改善了现场环境，同时得到硫酸铵溶液可回用利用。
聚丙烯(PP)中空纤维膜法处理高浓度氨氮废水，也可将氨氮制成硫酸铵回收利用。疏水微孔膜把含氨氮废水和H2SO4吸收液分隔于膜两侧，通过调节pH值，使废水中离子态的NH4+转变为分子态的挥发性NH3。聚丙烯塑料在拉丝过程中，将抽出的中空纤维膜拉出许多小孔，气体可以从孔中溢出，而水不能通过。当废水从中空膜内侧通过时，氨分子从膜壁中透出，被壁外的稀H2SO4吸收，而废水中的氨氮得以去除，同时氨以(NH4)2SO4的形式回收。聚丙烯中空纤维膜法脱氨技术先进，二级脱除率≥99.4%，适用于处理高浓度氨氮废水，处理后废水能够达标排放。采用酸吸收的方法，可以(NH4)2SO4的形式回收氨氮，且不产生二次污染。膜法脱氨工艺设备简单，能耗低，占地面积小，操作方便。
3、鸟粪石结晶沉淀法回收氨氮技术
磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)俗称鸟粪石，英文名称struvite(magnesium ammonium phosphate)，简称MAP，白色粉末无机晶体矿物，相对密度1.71。MAP是一种高效的缓释肥料，在沉淀过程中不吸收重金属和有机物。此外，它可用作饲料添加剂、化学试剂、结构制品阻火剂等。
关于鸟粪石结晶沉淀法处理氨氮废水的应用研究，很多研究者研究了影响鸟粪石形成的因素，主要有反应时间，pH值，沉淀剂投加摩尔配比，不同沉淀剂的选择等影响因素。
3.1反应时间
研究表明，鸟粪石结晶法反应时间对氨氮的去除率影响很小，因此鸟粪石结晶沉淀法的反应时间主要取决于鸟粪石晶体的成核速率和成长速率。应用MAP法处理氨氮废水时，使用适宜的搅拌速度和控制适当的反应时间，能使药剂充分作用，使MAP反应充分进行，有利于MAP的结晶作用和晶体的发育与沉淀析出。但反应时间不宜过长，否则会破坏鸟粪石的结晶沉淀体系，降低结晶沉淀性能。另外，反应时间越长，所需的动力消耗越多，处理费用越高，会影响MAP法的经济效益；搅拌速度过大，形成的絮凝体会再次被打散，反而影响了混凝沉淀的效果。显然，MAP法的反应时间需要结合被处理氨氮废水的水质特征，所用药剂种类、处理工艺等具体确定，一般都在1h以内。
实际应用中，由于废水含有各种颗粒物，成核过程所需的过饱和度较均相低，成核晶核数难以准确控制，形成大量细小的鸟粪石颗粒，难以回收，故结晶沉淀应在生长阶段加强控制，可在不饱和阶段添加适宜的晶种，从而培养出粒径分布均匀、品质较好的鸟粪石结晶体。
3.2 pH值
在一定范围内，鸟粪石在水中的溶解度随着pH的升高而降低；但当pH升高到一定值时，鸟粪石的溶解度会随pH的升高而增大。当pH<7时，溶液中PO43-离子浓度低，不利于生成鸟粪石沉淀反应的进行；当pH值8.0～9.5时，沉淀为鸟粪石；当pH值9.5～11时，氨氮会有一部分转化成气态氨挥发，此时沉淀为鸟粪石和Mg(OH)2；当pH值>11时,沉淀为鸟粪石和Mg3(PO4)2；当pH值为12时，沉淀为Mg3(PO4)。综合文献得知，鸟粪石沉淀法回收氨氮的最优pH范围为8～10之间，不同的研究得出的结论有所差别。
3.3沉淀剂投加的摩尔配比
鸟粪石结晶沉淀法去除氨氮，对于沉淀剂投加的摩尔配比，研究者主要研究了氮、镁和磷的不同摩尔配比对氨氮去除的影响以及鸟粪石的生成情况。要生成磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)沉淀，沉淀剂投加的摩尔配比n(Mg2+)：n(NH4+)：n(PO43-)理论比应为1∶1∶1。根据同离子效应，增大Mg2+、PO43-的配比，可促进反应的进行，从而提高氨氮的去除率与去除速率。虽然投加过量的镁盐和磷酸盐可提高氨氮的去除率，但过量到一定程度后，处理成本不经济，而且增加了水中磷的含量，由于磷本身也是污水处理的控制指标，添加过量会造成二次污染。通常在降低磷酸盐投加比例的同时，适当增加镁盐的投加量，可提高氨氮去除率。穆大刚等以MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O为化学沉淀剂处理高浓度氨氮废水(9500mg/L)，确定的最佳工艺条件为n(Mg2+)：n(NH4+)：n(PO43-)=1.25∶1∶1，氨氮去除率>95%。总的来说，适当增大Mg2+、PO43-的配比，可提高氨氮的去除率，但药剂最佳投配比受多方面因素的影響，应综合考虑各因素确定沉淀比的最佳配比。
3.4沉淀剂的选择
MAP法可选用多种含Mg2+的镁盐和含PO43-的磷酸盐作为化学沉淀药剂。例如，可作为镁盐药剂的有MgO、MgCl2、MgCl2·6H2O、MgSO4、MgCO3等，也可用卤水代替镁盐；作为磷酸盐药剂的有H3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4·12H2O、MgHPO4·3H2O等。但是，不同药剂对氨氮废水的处理效果与处理成本有明显的差异，氨氮去除率可在54.4%～98.2%之间波动，普遍认为以磷酸氢二钠和氯化镁为沉淀剂对高氨氮废水处理效果较好，氨氮的去除率>90%；镁盐的成本是处理的主要成本之一，使用不同的镁盐其成本占总处理成本的4.4%～40.2%之间，使用MgCO3比使用MgCl2成本低18.3%；磷酸盐较贵，寻找更为廉价高效的磷酸盐可大幅度降低废水处理成本。
4、结语
合成氨工业经过几十年来的不断技术革新改造，污水治理工作取得了一定的成果，但是由于各企业产品结构、工艺路线与管理水平不尽相同，部分企业外排水中COD、氨氮、硫化物等污染物质仍存在超标现象，水污染问题一直未得到有效的控制。经济有效的氨氮废水资源化处理技术还需要更深入的研究，使废水中氮、磷等营养物质的回收与再生成为可能。资源化技术的开发研究将使新技术在社会效益、经济效益和生态效益之间找到平衡点，实现可持续发展。
参考文献
[1]钟金松，闵育顺，肖贤明.浅谈高浓度氨氮废水处理的可持续发展方向[J].环境科学与技术,2008,31(2):92-94,147.