1. 应用和前景
       氨氮在水中可分为有机氮和无机氮两大类。污水中的有机氮种类很多，例如，尿素、蛋 白质、氨基酸、农药、皮革等中都含有很高浓度的有机氮，有机氮在生物作用下可以逐渐地 转化为氨氮，而氨氮又可以转化为亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和氮气。
水体中的氨氮也是以有机氮和无机氮两种形式存在，藻类中含有较高比例的氮，浮游生 物中也含有较高比例的氮，藻类代谢产物和一些天然有机物中也含有较高浓度的有机氮，生 活污水和工业废水中含有较高浓度的有机氮。
       目前现行的去除氨氮方法都存在着一些问题，例如，污水处理中采用的吹脱法难以去除有机氮，而有机氮随后还会转化为氨氮，因此氨氮总体去除效率不高；在城市污水深度处理 与资源化回收利用方面，二级处理出水中可生化的有机物浓度已很低，水中剩余的有机物主 要是难生物降解有机物和氨氮等，因此，采用一般的生物处理对有机氮去除效率不高，因此 总体氨氮去除效率相对较低。在给水处理中，一般的生物法对水中藻类及其代谢产物和大分 子天然有机物中的氮降解效率不高，导致总体氨氮去除效率不高。
       针对上述问题，我公司研发了去除水中氨氮的技术，对高浓度的含氨氮废水进行处理。

2．膜法处理氨氮废水技术
2.1 公司在高氨氮废水技术中的创新及专利
        高氨氮废水处理技术采用的氨氮疏水膜为专利技术（防断丝脱氨氮中空纤维膜组件ZL201220147460.3；防润浸的疏水膜装置ZL201220147440.6.），经发明人孙胜利技术授权并结合我公司膜分离专利技术（膜分离污水过滤系统ZL201520140606.5；污水循环过滤超滤系统ZL201520142420.3。），此两项专利技术的完整结合，彻底解决了以往实际项目应用中存在的氨氮疏水膜污堵、通量衰减、化学清洗、应用领域窄等问题，大大提高了氨氮疏水膜的水质适应能力及应用领域，通过多年项目实践与检验，研究开发出多行业用采用膜技术去除高氨氮设备，针对各行业的废水高氨氮含量高的问题进行了项目实施与实践，为污、废水中的高氨氮去除开辟了新的处理技术，同时也获得了良好的微观经济效益和宏观效益。
2.2 CMF连续超滤预处理技术原理
        CMF预处理系统（UF）是以中空纤维超滤膜为中心处理单元，当处理液在一定压力下通过超滤膜过滤，达到物理分离的目标。配以特殊设计的管路、阀门、自清洗单元、加药单元和自控单元等，形成一闭路连续操作系统，实现在线正洗、反洗、气水反洗、加药清洗、产水等程序，达到不停机在线清洗，从而做到对料液不间断连续处理，保证处理的高效、连续进行。
技术优势
◇CMF设计采用模块化，占地小、结构紧凑，模块化设计可根据用户需求灵活地扩大或缩小，每组每个模块除可由总控室主机控制外还有独立的现场控制系统。总产水量可由模块的增减来实现。
◇采用错流工艺设计，浓回水量根据水质进行调节，一般范围1～10%。
◇系统自动化控制程度高，可通过对整套水处理设备的全部工艺参数和工艺控制点的数据采集与控制，实现整个水处理设备的自动运行；
◇高抗污染的进口聚偏氟乙烯（PVDF）膜材料，耐氧化，使用寿命长；
◇独特的在线气水双洗方法，优异的膜通量恢复率；
◇产水水质高：浊度≤0.1 NTU，SDI≤3；
◇作为预处理系统，可替代传统的絮凝、机械过滤、精滤工艺，可大大减少设备占地面积，产水水质高并且水质稳定，可以延长后续膜系统的使用寿命，是新一代的高效水处理系统。
2.3 疏水分离膜处理氨氮废水技术原理
        疏水分离膜去除氨氮技术先进可靠，具有应用范围广、氨氮去除率高、设备投资省、运 行维护方便、实现清洁生产、并有副产品优质铵盐产生从而获得收益等特点。该项技术被列为科技型中小企业技术创新资金项目，另外应用气水分离膜处理氨氮废水及垃圾渗沥液的工程技术经中国环保机械工业联合会鉴定达到国内领先水平。可处理氨氮含量在2～60000mg/L的高氨氮废水，出水氨氮值＜1mg/L。
       氨氮分离膜(疏水分离膜）去除氨氮的工作原理如下：氨氮在水中存在着离解平衡，随着pH升高，氨在水中NH₃形态比例升高，在一定的温度和压力下，根据化学平衡移动的原理，即吕．查德里（A.L.LE Chatelier）原理：在自然界中一切平衡都是相对的和暂时的，化学平衡只是在一定条件下才能保持。“假若改变平衡系统的条件之一，如浓度、压力或温度，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。”遵从这一原理进行了如下设计理念（见图1）。 
                                                                                                 
                                                                                                               图1  氨氮分离膜去除氨氮的原理图
                                                                                           T₁、T₂  —  是膜两侧的温度。          P₁、P₂  —  是膜两侧的压力。
                                                                                           PH₁、PH₂  —  分别是膜两侧的溶液的PH值。
                
       在膜的一侧是含氨氮的废水，另一侧是酸性水溶液或水。当氨氮废水的温度T₁＞20℃，PH₁＞9，P₁＞P₂保持一定的压力差，那么废水中的铵根NH₄⁺就变为游离氨NH₃，并经废水侧界面扩散至膜表面，在膜两侧氨分压差的作用下，穿越膜孔，进入汲取液，立即与酸性溶液中的H⁺反应生成非挥发性的、不能逆扩散的NH₄⁺。反应方程式如下：

2NH₃ + H₂SO₄  = （NH₄）₂SO₄
NH₃ + HCl  =  NH₄Cl
NH₃ + HNO₃  =  NH₄NO₃

        该过程的实质是膜蒸发、扩散与吸收的连续过程，解吸与吸收在膜的两侧同时完成。副产品铵盐的质量浓度可达20%～30%，成为清洁的工业原料，而废水中的氨氮可以降至1mg/L以下或任意要求指标。
在气水分离膜的一侧是高浓度氨氮废水（也称料液），另一侧是酸性水溶液或水（也称汲取液，多采用酸）。当在料液侧温度 T1＞20℃,PH1＞9,P1＞P2 保持一定压力差的条件下，废水中的NH⁺就变为氨分子NH ,经料液侧界面扩散至气水分离膜表面，在膜表面两侧氨分压差的作用下，氨分子穿越膜孔进入汲取液，迅速与酸性溶液中的H⁺反应生成铵盐。反应方程式如下：

2NH₃ + H₂SO₄ =（NH4）₂SO₄
NH₃  + HNO₃   = NH₄NO₃

        生成的铵盐质量浓度可达 20%～30%，成为清洁的工业原料。而废水中的氨氮可以降至≤1mg/L，也可以根据生物处理的需要，将氨氮浓度降到任意设定值。基本工艺流程如下：
                                       
        影响氨氮去除效果的工艺条件主要包括：①废水的预处理情况；②设备进水温度，一般 控制在 20℃～40℃为脱除率最佳；③废水的 pH 值，去除氨氮过程中需要保证废水为碱性，将其中的 NH4+变成 NH3，提供去除氨氮的推动力，但同时要保证设备出水 PH 为 6～9；④废水和汲取液的流速；⑤汲取液中酸的浓度；⑥膜两侧的操作压力。实际操作过程中，需要根据水质的具体情况调整处理工艺参数。
 
                                              
                                                                                                             疏水膜脱氨氮工艺系统设备

应用行业：
城镇污水厂、化工行业废水、稀土、农药、催化剂、AC生产、化工、电厂、膜组件制作、
NF、RO浓水、钢铁企业、垃圾渗滤液等各种含高氨氮废水处理。
    
3. 工艺特点
★  与其它处理系统技术相比，可节省50%的占地面积；以废水进水氨氮5000mg/Ｌ，处理量500m³/d为例，占地面积约100～200m²。
★  可处理2～60000mg/L的高氨氮废水，出水氨氮值＜1mg/L或达到任意设定值；
★  对不同的进水，有稳定的产水水质和去除率；
★  针对不同的氨氮含量，可根据要求达到任意值；
★  可获得纯度为99.99%分析纯铵盐，实现回收利用收益；
★  能耗低，可达到清洁化运行，运行费用低；废水在封闭的气水分离膜系统运转，被去除的 氮转化成铵盐，没有氨气外溢，实现清洁生产。
★  采用在线监测、控制仪表，高度自控、运行可靠、实现无人管理。
★  模块化或集装箱式设计，增量扩容方便。
 
  
                                                   工艺处理系统PLC控制及触摸屏系统实际照片

4.环境效益和经济效益
        通过气水分离膜处理氨氮废水工程应用技术的实施，会有利于解决水污染控制与治理面 临的紧迫难题，促进主要水污染物总量控制指标的完成，也会对推进国家“十三五”期间环 境保护目标的实现提供切实保障。具体表现为优良水体数量增加、可用优质水资源总量加大、 水环境生态向良好趋势转变，生物多样性得到恢复。因此，本项目的环境效益显著，对保证 社会经济可持续发展和生态系统良性循环具有积极作用。
经济效益则表现为投资运行中不再是只投入无收益，其副料为纯度很高的氨产品，应用 甚广，可实现明显的经济收入，为污染治理抵消了运行成本负担。

5．运行成本分析
以废水NH₃-N：800ppm；处理量：1500m³/d；出水NH₃-N≤15mg/L；(NH4)₂SO4：25%为例：
5.1 吨水消耗：
【1】电量消耗：2.09 度/吨 ，折合人民币 1.46 元/吨
【2】H₂SO4（98%）消耗 2.4kg/吨，折合人民币 1.68 元/吨
5.2 吨水收益：
液体(NH4)₂SO4（25%）：18 吨，相当于固体硫酸铵 4.5 吨，折合人民币 2.4 元/吨
5.3 吨水消耗合计：
合计=吨水消耗-吨水收益=0.74 元/吨
※注：每度电 0.7 元，每吨H₂SO4（98%）700 元，每吨硫酸铵 800 元，不包含 pH调节费用及蒸发费用（每天蒸发 18m³/d 硫铵液）。
综合以上分析，气水分离膜处理氨氮技术具有显著的微观经济效益和宏观社会效益，是利国利民的大事。