高浓度氨氮废水来源甚广且排放量大，如化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等均产生大量高浓度氨氮废水。这类废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，而且将增加给水处理的难度和成本，甚至对人体及生物产生毒害作用。因此，研究氨氮废水减排及资源化利用技术对于氨氮废水治理及达标排放具有非常重要的意义。
脱除废水中氨氮的方法较多，物化法有吹脱、气提、折点加氯、离子交换、混凝沉淀、反渗透、电渗析及各种高级氧化技术; 生化法有生物脱氮及种植水生植物等。一般对于低浓度氨氮废水采用生化处理，其处理费用较低；但对于含有高浓度氨或铵盐的废水，往往需要进行物化预处理脱氮。
1 废水来源及水质水量
天津某公司生产三元层状氧化镍锰钴锂，其中在过滤工艺后产生高浓度氨氮母液50m3/d，洗涤工艺后产生低浓度氨氮洗涤废水140 m3/d，无其他生产废水。设计进水水质及排放标准见表1。
设计出水水质执行天津市《污水综合排放标准》(DB 12/356-2008) 的三级标准。
2 工艺流程
该企业生产废水含氨氮浓度高，可生化性差，适合采用物化法处理。考虑到厂内有自用燃气锅炉制备蒸汽，其洗涤工艺中用到碱液和软水，因而可降低废水处理建设投资和运行成本。工艺流程见图1。
2. 1 混凝沉淀预处理
由于生产废水的排放属于间歇性排放，混凝沉淀罐采用碳钢防腐设备2 座(交替使用) ，单罐有效容积为10 m3。将氢氧化钠加入含铵盐的高氨氮废水中，调pH 值为11 左右，在过碱条件下进行碱析脱氨。此法属于碱性化学沉淀法，在碱性条件下降低重金属污染物的溶解度，形成氢氧化物沉淀析出，由此重金属与氨的络合形式被打破，使废水中的铵盐转化为游离氨和盐。再投加铁盐，形成矾花进行共沉淀，使金属氢氧化物有效沉淀分离。由于与混凝剂共同使用，混凝形成的矾花絮体对这些离子污染物可以有一定的电荷吸附、表面吸附等去除作用，对污染物的去除效果要优于单纯的化学沉淀法。同时向罐内通入蒸汽间接加热废水，调节水温≥35 ℃，由泵打入蒸氨塔上方。
2. 2 蒸氨处理
工艺参数: 进塔氨水流量为3 m3/h、温度≥35℃、氨氮浓度为3%、pH 值为11 左右; 进塔蒸汽流量为0．6 m3/h、压力为0．3 MPa、温度为150 ℃; 蒸氨塔顶部压力控制在0．01 MPa、底部压力控制在0．03 MPa; 塔顶温度控制在90 ～95 ℃; 分缩器后温度控制在68 ～75 ℃; 回收氨水浓度＞10%、温度＜35 ℃; 塔底采出水氨氮浓度＜150 mg/L。
蒸氨原理: 蒸氨工艺依据蒸发冷凝原理，利用过热蒸汽直接加热，氨水中的氨受热蒸发后，再经冷凝使气氨液化。本工程采用径向侧导垂直筛板蒸氨塔，蒸汽与氨水逆流接触，依靠气体动能，将液相破碎成大量小颗粒的液滴，有效缩短了氨分子在液相中的传递路径，大大增加了气液接触面积，强化了气液相界面的快速更新，蒸氨效率高达99．5%。
氨洗原理: 依据化学吸收原理，用软水(初始)或稀氨水吸收气态氨生成氨水，并放出大量热，利用冷却装置将热量移走，使氨水温度控制在35 ℃。来自蒸氨塔的氨蒸汽经塔顶分缩器冷凝后进入喷射器，与来自氨水吸收槽经冷却后的循环氨水混合吸收，生成浓度＞10%的氨水，在吸收槽顶部设置1 座二次吸收塔，补入系统的软水由塔顶加入，可进一步减少氨气排放量。塔顶分缩器和循环氨水冷却用水水源来自调节池。主要设备见表2。
2. 3 氨吹脱处理
工艺参数: 进塔氨水流量为10 m3/h、温度为25℃、氨氮浓度≤300 mg/L、pH 值约为11; 进塔压缩空气流量为19 517 m3/h; 塔底采出水氨氮浓度≤35mg/L。吹氨塔尺寸为1 800 mm × 18 000 mm，材质为S304，填料高度为6 m。
吹脱法去除氨氮具有效果较好、操作简便、易于控制等优点，是目前常用的物化脱氮技术。本工程自蒸氨塔底采出水与洗涤废水在调节池内混合，利用采出水的温度将混合水温预热到约25 ℃，因为洗涤废水pH 值很高，不需额外加碱调节，因而节省运行成本。废水由泵打入吹氨塔，塔内设置填料，以促进空气和水的充分接触。废水从塔的上部淋洒到填料上形成水滴，在填料间隙依次向下滴，同时用风机从塔底吹入空气，使水滴不断破碎、形成，气水充分接触，游离氨从水中逸出，高空排放，氨脱除率达到90%以上。
① pH 的影响。氨氮废液中存在如下反应:。提高pH 值破坏电离平衡，使平衡向左移，液体中游离氨浓度增大，推动界面的传质速率，能够提高废水中氨氮的吹脱效率。当pH 值＞11 后，废水中的氨氮90% 以上为游离氨，再提高pH 值对吹脱效率影响不大。在操作中，选取吹脱氨氮废水的pH 值为11，以避免因碱的大量加入而增大处理成本。
②温度的影响。氨氮脱除率随温度的升高单调上升。这是因为一方面温度提高增大了氨在水中的扩散系数，增加传质系数; 另一方面，在一定压力下温度的提高使氨的平衡分压增加，降低了氨在水中的溶解度，增加了传质推动力。但当pH 值达11时，氨氮的离解率高达90%以上，其脱除率受温度的影响甚微，25℃以后吹脱效率增加缓慢。在操作中选取吹脱温度为25 ℃，以避免为加热水温而消耗电能，增加废水处理成本。
③布水负荷率。水必须以滴状下落，如以膜状下落，则脱氮效果大减。当填料高度＞6 m时，布水负荷率不宜超过180 m3/(m2·d) ，在国外取值约为60 m3/(m2·d)。水力负荷过大时高效吹脱所需的点滴状况被破坏，会形成水幕而影响运行效果; 而当水力负荷过低时则填料湿润不够，会在填料上生成水垢并影响运行效果。此外，水力负荷过小也会增加处理成本，不利于在实际工程中的应用。本工程采用吹氨塔塔径为￠1 800 mm，其布水负荷率为75 m3/(m2·d) 。
④曝气量的影响。氨吹脱是一个相转移过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差。在逆流吹脱塔中，对确定的废水量而言，增大气体量，传质推动力相应增大，有利于氨氮吹脱去除。但气体流量过大会增大相关设备的容积，增加一次性投资，并且操作中容易引发液泛，增加操作费用。当填料高＞6 m时气液比宜在2 200 ～ 2 300 以下，空气流速上限为1 600m/min。在操作中，选取气液比为1 950，空气流速为128 m/min。
⑤吹脱时间的影响。增加水力停留时间可提高吹脱塔对氨氮的去除率，但废水的pH 值随着吹脱时间的增加而降低并影响对氨氮的去除效果。本工程采用吹脱时间为90 min。
2. 4 达标处理
因为洗涤废水中仍含有镍、锰等重金属离子及其氢氧化态沉淀物，致使废水的重金属离子浓度及SS 等指标不达标，因此脱氨后加设气浮+ 多介质过滤工艺予以去除，然后调节pH 值＜9，达标排放。系统产生的污泥经板框压滤机脱水，由于脱水污泥中含有重金属物质，因此必须请相关单位进行处理。。
3 结论
①本工程自2010 年运行以来，出水水质均达标，说明对高浓度氨氮废水进行蒸氨处理(脱除率＞99．5%) 、对低浓度氨氮废水进行空气吹脱处理(脱除率＞90%) 的两级脱氨处理方法是可行的。
②厂内有自用燃气锅炉制备蒸汽，节省了建设投资。废水处理所用蒸汽占其生产工艺所用蒸汽量比例很小，其耗电量可忽略不计。按照外购蒸汽价格为150 元/t 计算，节省蒸汽费为46 万元/a。厂内洗涤工艺中用到碱液和软水，节省了药剂量，降低了运行成本。
③蒸氨工艺回收10% 氨水回用于生产，制备量为15 t/d。按照外购氨水价格为2 000 元/t 计算，节省购氨水费为900 万元/a。
④本工程的设计因地制宜，充分考虑现有资源的合理分配利用，采用氨氮回收利用，实现优势互补，不仅减少排污量，有利于环保，而且产生了可观的经济效益。
