1、博泰達氨氮的主要處理方法

根據濃度的不同，工業(yè)氨氮廢水可劃分為3類(lèi)：(1)高濃度氨氮廢水：NH3-N>500mg/L；(2)中等濃度氨氮廢水：NH3-N為50~500mg/L；(3)低濃度氨氮廢水：NH3-N<50mg/L。其中高氨氮濃度廢水一般來(lái)源于焦炭、鐵合金、煤的氣化、濕法冶金、煉油、畜牧業(yè)、化肥、人造纖維和白熾燈等生產(chǎn)過(guò)程。

目前，常用的脫氮方法包括氨吹脫法(空氣吹脫與蒸汽汽提)、生化法、折點(diǎn)氯化法、離子交換法和化學(xué)沉淀法。這些方法普遍具有工藝簡(jiǎn)單、脫氮效果穩定可靠等特點(diǎn)，但也存在一定的局限性。

傳統生物脫氮技術(shù)是目前應用最廣泛的脫氮方法，但存在流程長(cháng)、占地面積大、處理成本高等問(wèn)題。隨著(zhù)人們對生物脫氮過(guò)程認識的深入，新的生物脫氮理論不斷涌現，包括同時(shí)硝化/反硝化、亞硝酸型(短程)硝化/反硝化、厭氧氨氧化等，但目前這些理論應用于高濃度氨氮廢水處理的研究還很少。氨吹脫法常用于高濃度氨氮廢水的預處理，但能耗大、運行成本高、出水氨氮仍偏高。折點(diǎn)氯化法理論上可以完全去除廢水中的氨氮，但由于加氯量大、處理成本高、產(chǎn)物存在危害性等問(wèn)題，不適合處理大量的高濃度氨氮廢水。離子交換法由于吸附劑用量大、再生難，一般協(xié)同其他工藝處理高氨氮廢水?；瘜W(xué)沉淀法用藥量大、成本高，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)廉價(jià)沉淀劑。

近年來(lái)隨著(zhù)國家對氨氮排放要求越來(lái)越嚴格，高濃度氨氮廢水處理日益受到研究者重視。在原有處理方法基礎上的改進(jìn)工藝不斷涌現。趙賢廣等針對工業(yè)上高濃度氨氮廢水吹脫法處理存在的缺點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化氨氮吹脫塔的結構和填料，開(kāi)發(fā)了一種新型循環(huán)再生復合酸氨吸收溶液，實(shí)現廢水中氨的資源化。中國科學(xué)院過(guò)程工程所、天津大學(xué)等單位合作開(kāi)發(fā)出高濃度氨氮廢水資源化處理的全過(guò)程工藝和工業(yè)化應用裝置。該技術(shù)通過(guò)精餾脫氨工藝量化設計，實(shí)現了工業(yè)高濃度氨氮廢水的資源化處理。此外，還有電化學(xué)法、催化濕式氧化法、反滲透法以及物化法與生化法聯(lián)用等技術(shù)，但由于處理成本高，多數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300MHz~300GHz，即波長(cháng)為1mm~1m的超高頻電磁波。微波能被一些材料如水、碳、橡膠、食品、木材、濕紙等吸收，產(chǎn)生非常有效的即時(shí)深層加熱作用(內加熱)。微波加熱技術(shù)與傳統加熱技術(shù)的不同之處在于使物體內部分子相互摩擦發(fā)熱，但不引起分子結構改變，是直接加熱物質(zhì)內部的方法。這種內加熱的原理是樣品接受微波輻照時(shí)，在電磁場(chǎng)的作用下主要發(fā)生離子傳導和偶極子轉動(dòng)。一般情況下，兩種發(fā)熱方式(離子傳導和偶極子轉動(dòng))同時(shí)存在。微波的內加熱作用可在不同的深度同時(shí)加熱，使加熱更快速、更均勻、無(wú)溫度梯度、無(wú)滯后效應等，從而大大縮短了加熱時(shí)間。劇烈的極性分子震蕩可使化學(xué)鍵斷裂，從而導致污染物的降解。對于氨氮廢水而言，微波對NH3分子與H2O分子的選擇性加熱使它們之間產(chǎn)生壓力差，進(jìn)一步促進(jìn)NH3分子與H2O分子脫離。

近年來(lái)，研究者用微波加快化學(xué)反應時(shí)發(fā)現了許多有別于傳統加熱的特殊效應。在這些特殊效應中，有些特殊效應不能用溫度的變化解釋。這些難以用溫度變化和特殊溫度分布來(lái)解釋的現象即“非熱效應”，并逐漸成為人們爭論的焦點(diǎn)。

3、微波技術(shù)處理高濃度氨氮廢水研究進(jìn)展

3.1 微波直接輻射技術(shù)

不少文獻報道了微波脫氮的顯著(zhù)效果。針對高濃度氨氮廢水，LiLin等和陳燦等分別開(kāi)展了一系列研究，實(shí)驗結論基本一致。研究表明，微波作用對高濃度氨氮廢水有較好的去除效果；pH和微波作用時(shí)間是影響氨氮去除率的關(guān)鍵因素，曝氣作用的影響效果次之，初始氨氮濃度的影響則不明顯。在上述實(shí)驗室研究的基礎上，LiLin等開(kāi)發(fā)了一套中試規模的連續微波處理工藝，處理初始質(zhì)量濃度為2400~11000mg/L的武鋼焦化廢水，氨氮去除率達到80%左右，與空氣吹脫法比較經(jīng)濟成本較低。呂早生等將微波加熱法用于脫除煉焦剩余氨水中的氨氮，實(shí)驗結果同樣表明強堿性是最佳工藝條件。此外有研究發(fā)現，隨著(zhù)溫度的升高氨氮去除率逐漸升高，但失水率也隨之升高，溫度達到80℃以上失水率明顯升高。這一研究結論對于微波處理實(shí)際焦化廢水(出水溫度已近80℃)具有重要的指導意義。

3.2 微波誘導催化

很多有機化合物都不直接明顯地吸收微波，但可利用某種強烈吸收微波的“敏化劑”把微波能傳給這些物質(zhì)進(jìn)而誘發(fā)化學(xué)反應。這些“敏化劑”大都是一些吸收微波能力很強的物質(zhì)，如鐵磁性金屬及其化合物、活性炭等。微波誘導催化技術(shù)(MIOP)的原理就是微波首先作用于含某種“敏化劑”的固體催化劑或其載體，由于其表面點(diǎn)位與微波能的強烈相互作用，微波能被轉變?yōu)闊崮?，從而使某些表面點(diǎn)位選擇性地被很快加熱至很高的溫度(1400℃)，形成“熱點(diǎn)”。即使反應物不被微波直接加熱，但當它們與“熱點(diǎn)”接觸時(shí)就可能被誘導發(fā)生化學(xué)催化反應。

為了進(jìn)一步縮短微波輻照時(shí)間、降低能耗，在微波處理高濃度氨氮廢水的研究中，微波誘導催化技術(shù)受到更多的關(guān)注。

林莉等采用MnO2作為催化劑，分別以武鋼焦化公司污水處理廠(chǎng)氨氮質(zhì)量濃度為331mg/L的生化外排水和焦化公司氨氮質(zhì)量濃度為1350mg/L的蒸氨廢水原水為處理對象開(kāi)展微波處理研究。研究結果表明，MnO2存在下微波可在很短時(shí)間內將廢水加熱到較高溫度，達到快速脫氮的效果。成本方面，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(jīng)濟得多。李熠等比較了有無(wú)催化劑及不同催化劑存在下，微波輻照法對鉭鈮生產(chǎn)過(guò)程排放的氨氮廢水(氨氮質(zhì)量濃度為1350mg/L)的處理效果。結果表明，在無(wú)敏化劑條件下，微波處理的氨氮去除率明顯大于相同溫度下采用常規加熱方法得到的去除率，加入敏化劑后大大提高了微波處理的氨氮去除率。同時(shí)，研究還發(fā)現不同的敏化劑對氨氮去除率的提高幅度不同，活性炭作敏化劑時(shí)的氨氮去除率要優(yōu)于MnO2作敏化劑。

3.3 微波協(xié)同技術(shù)

微波協(xié)同活性炭吸附技術(shù)是目前應用比較成熟的廢水處理技術(shù)，主要用于難降解有機污染物的去除。姚燕等采用微波輻照和改性活性炭(堿液浸漬法改性)協(xié)同處理高濃度氨氮廢水。實(shí)驗發(fā)現，即使廢水初始pH為5.7(沒(méi)有調節)，氨氮去除率也可達到95.4%，初始pH對氨氮去除率幾乎沒(méi)影響，即在改性活性炭和微波共同作用下，無(wú)需加入化學(xué)試劑調節pH也可高效率地去除氨氮。這進(jìn)一步驗證了微波輻照技術(shù)處理高濃度氨氮廢水的可行性，并為工業(yè)化應用降低運行成本提供了新的思路。垃圾滲濾液是一種高濃度難降解有機廢水，如何同時(shí)去除COD、氨氮和色度是研究者研究的重點(diǎn)。龍騰銳等應用微波催化氧化協(xié)同技術(shù)處理垃圾滲濾液，主要考察不同催化劑的處理效果。實(shí)驗結果表明，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、效益及安全角度開(kāi)展進(jìn)一步研究。曹俐等〕研究了微波強化氧化工藝處理垃圾滲濾液的可行性。研究發(fā)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陷，節省了氧化劑用量。上述研究為垃圾滲濾液的處理提供了新的思路。

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附和離子交換性能，且價(jià)格低廉。為進(jìn)一步改善沸石的吸附性能，周芳等采用微波輻射方法對天然沸石進(jìn)行改性，從而使沸石對氨氮的交換容量和選擇性進(jìn)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，有的甚至達到90%以上。聶錦旭等采用水處理常見(jiàn)的聚合鋁有效成分Al3+聚合體為柱化劑，利用微波加熱方法制備鋁柱撐膨潤土，并研究其對垃圾滲濾液氨氮的處理效果和影響因素。研究結果表明，經(jīng)微波強化后柱撐膨潤土的層間距、比表面積、離子交換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，活性炭在微波技術(shù)處理氨氮廢水中應用廣泛，但活性炭的經(jīng)濟性主要取決于再生方式。微波輻照再生是在熱再生法基礎上發(fā)展起來(lái)的活性炭再生技術(shù)。微波加熱可使活性炭進(jìn)一步活化，提高吸附容量。采用這種方法再生活性炭，時(shí)間短、耗能低、設備構造簡(jiǎn)單，是一種比較理想的活性炭再生方法。

4、展望

作為高濃度氨氮廢水處理的一種新方法，微波技術(shù)受到廣泛重視。然而目前絕大多數研究還停留在實(shí)驗室階段，較少進(jìn)行放大性中試研究，要實(shí)現工業(yè)化應用有些問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究：

(1)微波作用機理仍需深入研究。從目前的研究結果來(lái)看，研究者重視的多是處理效果，而對微波作用機理研究較少，以致相關(guān)研究結論缺乏科學(xué)指導意義。微波的非熱效應存在與否是目前研究者爭論的焦點(diǎn)，如何有效驗證非熱效應，以及如何得到更均勻的微波場(chǎng)都需要進(jìn)一步探究。

(2)高效廉價(jià)催化劑的制備。目前選用的催化劑大多是活性炭和過(guò)渡金屬氧化物，存在催化效率低和損耗等問(wèn)題，亟待尋求高效廉價(jià)的催化劑，以降低處理成本，提高處理效率。很多采用微波技術(shù)去除難降解有機污染物的研究成果值得參考借鑒。

(3)微波處理設備的研制。目前研究采用的微波發(fā)生裝置大部分是將家用微波爐加以改裝，反應腔體多采用現有的玻璃儀器，缺少高效、穩定、安全的專(zhuān)用微波設備。應在充分分析微波技術(shù)優(yōu)勢的基礎上，借鑒相關(guān)領(lǐng)域設計經(jīng)驗，合理創(chuàng )新設計微波設備的反應腔體，提高設備反應過(guò)程的自動(dòng)控制水平，研發(fā)能夠連續運行、可組合的微波設備。

(4)完善氨回收裝置。微波脫氮的機理是通過(guò)微波的熱效應將廢水中的氨氮迅速以氨的形態(tài)蒸發(fā)去除，如果能回收利用，可以實(shí)現變廢為寶。因此，在研發(fā)微波處理設備的同時(shí)，也要配套設計專(zhuān)門(mén)的氨氣回收裝置，降低微波處理的運行成本，更好地實(shí)現工業(yè)化應用。

相信隨著(zhù)理論研究的深入，微波技術(shù)的發(fā)展，微波技術(shù)在高濃度氨氮廢水治理方面將具有廣闊的應用潛力和發(fā)展前景。 

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