从污水中技术氮回收——不具经济性！-北极星水处理网

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回收资源与能源日益成为当今世界污水处理技术发展的重要方向。污水目前似乎已从昔日万人“嫌”的废弃物变成如今的众人“爱”聚宝盆。更甚之，有人还提出了对污水进行全元素回收的说辞，并将氮回收与磷回收相提并论，试图以直接元素回收或营养物回收的方式一并将氮、磷从污水中去除并回收，以实现污水脱氮和营养物人工循环的双重目标。国际上之所以要磷回收的一个重要原因是磷在自然界呈直线式流动，是从陆地(磷矿)向海洋不断运动的过程，日益枯竭的磷矿(不足100年的开采期限)最终流向大海而固封难取，单向流动、难以再生的磷资源着实给了人类永续生存之幻想一个下马威。

然而，氮与磷的本源和归宿截然不同。如图1所示，氮来源于大气，最终依靠氮循环依然回归大气。众所周知，大气成分中78%均为氮气(N2)成分，无论是氮的自然循环还是人工循环，从大气中被固定到植物或残留在土壤、水体中的氮最终都会藉硝化/反硝化、甚至是厌氧氨氧化(ANAMMOX)而回归大气。正因如此，大气中的氮才是名副其实“取之不尽用之不竭”的一种宏量营养物，无论人类怎样“折腾”也无消耗殆尽之虞。所以，氮回收并不具有与磷回收一样的资源急迫性。对此，是否需要从污水中技术回收氮?这需要详细分析其适用技术的经济性，在能耗方面的信息和数据，并与目前盛行的工业合成氮肥技术进行比较。否则，高成本回收的氮产品可能无“下家”愿意接受，甚至成为一种造成二次污染的新污染物。

为此，本研究试图通过对不同污水技术氮回收的经济性进行梳理与总结，并估算技术氮回收所创造的综合经济效益，并将之与传统工业合成氮肥相比较，以说明从污水中技术氮回收的经济可行性。

污水氮回收实际上是将不同存在形式氮元素进行技术处理/转移，最后将氮从污水中分离，达到脱氮并回收氮的双重目的。现今氮回收技术多种、多样、且各具特点，但从回收产品形式无外乎液态(含NH4+营养液)、气态(NH3)、固态(晶体，主要是各类氨化合物晶体)三种形式。本文即从回收这三种形式产品的技术入手，分析他们各自的技术、经济性。

从污水中技术氮回收

图1 氮素自然与人工循环过程

1 液态回收——污水直接利用

液态回收氮的最简单形式便是污水直接用于农业灌溉，这也是中华民族五千年文明史对人类进化的最大生态贡献，被有识之士称之为“原生态文明”。其实，污水农灌不仅回收的是氮，其他营养元素磷/钾、氨基酸、植物激素等亦一并回收、利用。然而，这一原生态文明的做法在化肥大量使用的今天正在被农民逐渐抛弃，再加上卫生、农业部门的负面宣传和技术人员的私益，污水中存在的病原菌、重金属等成为阻碍污水农灌的借口和理论根据。

实际上，非工业废水介入的污水，特别是农村生活污水基本不存在重金属的问题;关于病原菌的问题，在原生态文明下的沤肥方法已能解决大部分病菌。否则，中国绝不可能成为目前的世界人口大国。其实，这种最简单的污水营养物利用形式之所以不被农民看好，主要是其施用作物的产量不高、只有环境效益而不具经济效益。因此，污水直接农灌这种无技术含量的方式显然不在本文讨论的范围。换句话说，以液态回收氮的似乎只有浓缩方式可行，如，沼气池残留的沼液、沼渣等，但施肥时需谨慎，否则过高浓度NH4+会在植物根区造成酸化、NH4+被微生物硝化转化为NO3-而进入地下水，形成污染。无论怎样，以液态形式回收氮的前景暗淡，一无技术、二无效益，亦常常被工程技术人员嘲讽。

2 气态回收—NH3

因此，研究人员将污水氮回收的视野转向气态回收，即，形成NH3后去生产氮肥，以减少工业合成氨的成本。其中，最具代表性的技术就是氨氮吹脱法。

氨氮吹脱法的基本原理就是反应式中NH3/ NH4+化学平衡。在中性pH或低温环境下，氨氮主要主要以NH4+形式存在，而在碱性或中高温环境中氨氮则以游离NH3的形式存在。据此，可以通过提高液体温度或pH的方式提高氨离解率，再通过曝空气或水蒸气等载气方式将形成的NH3与液体分离。被收集的混合气体富含NH3，可用于氮肥生产，亦可借助其他吸收剂转化为化工原料，如，(NH4)2SO4等而予以回收。图2显示了某养猪场污泥消化液利用氨氮吹脱法回收氨氮装置示意图。

根据计算(过程见原文，此处省)，当pH≥11、液体温度虽为5 ℃时，氨解离率达92%;但当pH=7时，即使温度上升至55 ℃，其解离率也仅为3.9%。所以，pH对氨氮吹效率影响最大，次要影响因素还有温度、气水比、氨氮浓度等。

从污水中技术氮回收