高濃度氨氮廢水處理方法
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近年來，我國水體氨氮污染問題日益突出，氨氮已超越COD成為影響我國地表水水環境質量的首要目標。2011年全國排放廢水中氨氮排放量為260.4萬t〔1〕，相當于受納水體環境容量的4倍左右。跟著《“十二五”首要污染物總量操控規劃》的出臺，氨氮污染物作為繼COD之后的第二項約束性操控目標，是我國“十二五”期間污染物操控的要點。我國鋼鐵、煉油、化肥、石油化工、化學冶金等職業的氨氮排放量占全國工業氨氮排放總量的85.9%，氨氮去除率不到68%〔2〕。為了徹底管理污染，除改進現有工藝條件、下降本錢外，有必要尋覓經濟有用的氨氮廢水處理技能，在污染管理的一起節能降耗、防止二次污染。而微波技能作為一種新式的加熱技能日益遭到注重，并已成功使用于廢水、廢氣、固體廢棄物處理等污染操控范疇。筆者比較了氨氮的首要處理辦法，總結了微波技能在高濃度氨氮廢水處理中的研討使用，評論了進一步的研討方向。
1 氨氮的首要處理辦法
根據濃度的不同，工業氨氮廢水可劃分為3 類〔3〕：（1）高濃度氨氮廢水：NH3-N>500 mg/L；（2）中等濃度氨氮廢水：NH3-N為50~500 mg/L；（3）低濃度氨氮廢水：NH3-N<50 mg/L。其中高氨氮濃度廢水一般來源于焦炭、鐵合金、煤的氣化、濕法冶金、煉油、畜牧業、化肥、人造纖維和白熾燈等生產進程。
現在，常用的脫氮辦法包含氨吹脫法（空氣吹脫與蒸汽汽提）、生化法、折點氯化法、離子交流法和化學沉淀法。這些辦法普遍具有工藝簡略、脫氮效果安穩牢靠等特色，但也存在必定的局限性。
傳統生物脫氮技能是現在使用廣泛的脫氮辦法，但存在流程長、占地面積大、處理本錢高等問題。跟著人們對生物脫氮進程知道的深化，新的生物脫氮理論不斷涌現，包含一起硝化/反硝化〔4〕、亞硝酸型（短程）硝化/反硝化〔5〕、厭氧氨氧化〔6〕等，但現在這些理論使用于高濃度氨氮廢水處理的研討還很少〔7〕。氨吹脫法常用于高濃度氨氮廢水的預處理，但能耗大、運轉本錢高、出水氨氮仍偏高〔8〕。折點氯化法理論上能夠徹底去除廢水中的氨氮，但因為加氯量大、處理本錢高、產品存在危害性等問題，不適合處理許多的高濃度氨氮廢水。離子交流法因為吸附劑用量大、再生難，一般協同其他工藝處理高氨氮廢水。化學沉淀法用藥量大、本錢高，需求進一步開發廉價沉淀劑。
近年來跟著對氨氮排放要求越來越嚴厲，高濃度氨氮廢水處理日益遭到研討者注重。在原有處理辦法基礎上的改進工藝不斷涌現。趙賢廣等〔9〕針對工業上高濃度氨氮廢水吹脫法處理存在的缺點，經過改進和優化氨氮吹脫塔的結構和填料，開發了一種新式循環再生復合酸氨吸收溶液，完成廢水中氨的資源化。中國科學院進程工程所、天津大學等單位合作開發出高濃度氨氮廢水資源化處理的全進程工藝和工業化使用設備〔10〕。該技能經過精餾脫氨工藝量化規劃，完成了工業高濃度氨氮廢水的資源化處理。此外，還有電化學法、催化濕式氧化法、反滲透法以及物化法與生化法聯用等技能，但因為處理本錢高，大都用于高氨氮廢水的深度處理。
2 微波加熱的原理
微波是指頻率約在300 MHz~300 GHz，即波長為1 mm~1 m的超高頻電磁波。微波能被一些資料如水、碳、橡膠、食物、木材、濕紙等吸收，發作十分有用的即時深層加熱效果（內加熱）〔11〕。微波加熱技能與傳統加熱技能的不同之處在于使物體內部分子彼此摩擦發熱，但不引起分子結構改變，是直接加熱物質內部的辦法〔12〕。這種內加熱的原理是樣品承受微波輻照時，在電磁場的效果下首要發作離子傳導和偶極子滾動。一般情況下，兩種發熱辦法（離子傳導和偶極子滾動）一起存在〔13〕。微波的內加熱效果可在不同的深度一起加熱，使加熱更快速、更均勻、無溫度梯度、無滯后效應等，然后大大縮短了加熱時刻。劇烈的極性分子震蕩可使化學鍵斷裂，然后導致污染物的降解。關于氨氮廢水而言，微波對NH3分子與H2O分子的挑選性加熱使它們之間發作壓力差，進一步促進NH3分子與H2O分子脫離。
近年來，研討者用微波加速化學反響時發現了許多有別于傳統加熱的特別效應〔14〕。在這些特別效應中，有些特別效應不能用溫度的改變解說。這些難以用溫度改變和特別溫度分布來解說的現象即“非熱效應”〔15〕，并逐漸成為人們爭辯的焦點。
3 微波技能處理高濃度氨氮廢水研討進展
3.1 微波直接輻射技能
不少文獻報導了微波脫氮的顯著效果。針對高濃度氨氮廢水，Li Lin等〔16〕和陳燦等〔17〕別離展開了一系列研討，試驗定論根本一致。研討標明，微波效果對高濃度氨氮廢水有較好的去除效果；pH和微波效果時刻是影響氨氮去除率的關鍵要素，曝氣效果的影響效果次之，初始氨氮濃度的影響則不顯著。在上述試驗室研討的基礎上，Li Lin等〔18〕開發了一套中試規模的接連微波處理工藝，處理初始質量濃度為2 400~11 000 mg/L的武鋼焦化廢水，氨氮去除率到達80%左右，與空氣吹脫法比較經濟本錢較低。呂早生等〔19〕將微波加熱法用于脫除煉焦剩下氨水中的氨氮，試驗成果同樣標明強堿性是工藝條件。此外有研討發現，跟著溫度的升高氨氮去除率逐漸升高，但失水率也隨之升高，溫度到達80 ℃以上失水率顯著升高〔20〕。這一研討定論關于微波處理實踐焦化廢水（出水溫度已近80 ℃）具有重要的指導意義。
3.2 微波誘導催化
許多有機化合物都不直接顯著地吸收微波，但可使用某種激烈吸收微波的“敏化劑”把微波能傳給這些物質進而誘發化學反響〔21〕。這些“敏化劑”大都是一些吸收微波才能很強的物質，如鐵磁性金屬及其化合物、活性炭等。微波誘導催化技能（MIOP）的原理就是微波首要效果于含某種“敏化劑”的固體催化劑或其載體，因為其表面點位與微波能的激烈彼此效果，微波能被轉變為熱能，然后使某些表面點位挑選性地被很快加熱至很高的溫度（1 400 ℃），構成“熱門”。即便反響物不被微波直接加熱，但當它們與“熱門”觸摸時就可能被誘導發作化學催化反響。
為了進一步縮短微波輻照時刻、下降能耗，在微波處理高濃度氨氮廢水的研討中，微波誘導催化技能遭到更多的注重。
林莉等〔22〕選用MnO2作為催化劑，別離以武鋼焦化公司污水處理廠氨氮質量濃度為331 mg/L的生化外排水和焦化公司氨氮質量濃度為1 350 mg/L的蒸氨廢水原水為處理目標展開微波處理研討。研討成果標明，MnO2存鄙人微波可在很短時刻內將廢水加熱到較高溫度，到達快速脫氮的效果。本錢方面，微波處理費用約為12元/t，較現有的蒸氨工藝處理費用30元/t要經濟得多。李熠等〔23〕比較了有無催化劑及不同催化劑存鄙人，微波輻照法對鉭鈮生產進程排放的氨氮廢水（氨氮質量濃度為1 350 mg/L）的處理效果。成果標明，在無敏化劑條件下，微波處理的氨氮去除率顯著大于相同溫度下選用常規加熱辦法得到的去除率，參加敏化劑后大大進步了微波處理的氨氮去除率。一起，研討還發現不同的敏化劑對氨氮去除率的進步起伏不同，活性炭作敏化劑時的氨氮去除率要優于MnO2作敏化劑。
3.3 微波協同技能
微波協同活性炭吸附技能是現在使用比較成熟的廢水處理技能，首要用于難降解有機污染物的去除〔24〕。姚燕等〔25〕選用微波輻照和改性活性炭（堿液浸漬法改性）協同處理高濃度氨氮廢水。試驗發現，即便廢水初始pH為5.7（沒有調理），氨氮去除率也可到達95.4%，初始pH對氨氮去除率幾乎沒影響，即在改性活性炭和微波共同效果下，無需參加化學試劑調理pH也可高功率地去除氨氮。這進一步驗證了微波輻照技能處理高濃度氨氮廢水的可行性，并為工業化使用下降運轉本錢供給了新的思路。廢物滲濾液是一種高濃度難降解有機廢水，怎么一起去除COD、氨氮和色度是研討者研討的要點。龍騰銳等〔26〕使用微波催化氧化協同技能處理廢物滲濾液，首要調查不同催化劑的處理效果。試驗成果標明，負載型Fe-O/CeO2催化劑結合氧化劑對COD、氨氮和色度均有較好的去除效果。而催化劑的改性可從效果、效益及安全角度展開進一步研討。曹俐等〔27〕研討了微波強化氧化工藝處理廢物滲濾液的可行性。研討發現，微波強化氧化工藝彌補了微波對COD去除率低及氧化劑對氨氮去除率低的缺點，節省了氧化劑用量。上述研討為廢物滲濾液的處理供給了新的思路。
3.4 微波對吸附劑的改性、合成和再生
天然沸石對氨氮有較好的吸贊同離子交流功能，且價格低廉。為進一步改進沸石的吸附功能，周芳等〔28〕選用微波輻射辦法對天然沸石進行改性，然后使沸石對氨氮的交流容量和挑選性進一步增強。所得改性沸石對廢水中氨氮有良好的去除效果，去除率達80% 以上，有的乃至到達90%以上。聶錦旭等〔29〕選用水處理常見的聚合鋁有用成分Al3+聚合體為柱化劑，使用微波加熱辦法制備鋁柱撐膨潤土，并研討其對廢物滲濾液氨氮的處理效果和影響要素。研討成果標明，經微波強化后柱撐膨潤土的層距離、比表面積、離子交流量都比原土和傳統柱撐膨潤土有所增加，有利于對氨氮的吸附。
正如前文所述，活性炭在微波技能處理氨氮廢水中使用廣泛，但活性炭的經濟性首要取決于再生辦法〔30〕。微波輻照再生是在熱再生法基礎上開展起來的活性炭再生技能。微波加熱可使活性炭進一步活化，進步吸附容量。選用這種辦法再生活性炭，時刻短、耗能低、設備結構簡略，是一種比較抱負的活性炭再生辦法〔31〕。詳細拜見//www.biotan.cn更多相關技能文檔。
4 展望
作為高濃度氨氮廢水處理的一種新辦法，微波技能遭到廣泛注重。但是現在絕大大都研討還停留在試驗室階段，較少進行擴大性中試研討，要完成工業化使用有些問題還有待進一步研討：
（1）微波效果機理仍需深化研討。從現在的研討成果來看，研討者注重的多是處理效果，而對微波效果機理研討較少，致使相關研討定論短少科學指導意義。微波的非熱效應存在與否是現在研討者爭辯的焦點，怎么有用驗證非熱效應，以及怎么得到更均勻的微波場都需求進一步探究。
（2）高效廉價催化劑的制備。現在選用的催化劑大多是活性炭和過渡金屬氧化物，存在催化功率低和損耗等問題，亟待尋求高效廉價的催化劑，以下降處理本錢，進步處理功率。許多選用微波技能去除難降解有機污染物的研討成果值得參考學習。
（3）微波處理設備的研制。現在研討選用的微波發作設備大部分是將家用微波爐加以改裝，反響腔體多選用現有的玻璃儀器，短少高效、安穩、安全的專用微波設備〔32〕。應在充沛分析微波技能優勢的基礎上，學習相關范疇規劃經歷，合理立異規劃微波設備的反響腔體，進步設備反響進程的自動操控水平，研制能夠接連運轉、可組合的微波設備。
（4）完善氨收回設備。微波脫氮的機理是經過微波的熱效應將廢水中的氨氮敏捷以氨的形狀蒸騰去除，如果能收回使用，能夠完成變廢為寶。因而，在研制微波處理設備的一起，也要配套規劃專門的氨氣收回設備，下降微波處理的運轉本錢，更好地完成工業化使用。
信任跟著理論研討的深化，微波技能的開展，微波技能在高濃度氨氮廢水管理方面將具有寬廣的使用潛力和開展前景。