A. 廢水中含氨和有機胺怎麼去除
用化學沉澱法對厭氧處理後有機胺廢水中的氨氮進行處理研究,考察回pH、n(Mg2+)∶n(NH4+)、n(PO34-)∶n(NH4+)、反應答時間等影響因素。結果表明,在pH=10,反應時間10min,n(Mg)∶n(N)∶n(P)=1.2∶1∶1.2時氨氮由659.03mg/L降至58.52mg/L,去除效率達到91.12%。
B. 氨氮高了,高氨氮廢水有哪些處理方法
隨著我國經濟的高速發展,產生了大量高濃度氨氮廢水。氨氮廢水的大量排放,導致水體中氨氮大量富集,引起水體的富營養化與惡化,對水環境造成巨大危害,不僅嚴重影響了人們的正常生活,甚至危害了人們的身體健康,社會影響巨大。因此,國家在氨氮廢水的排放要求方面也制定了越來越嚴格的法規與排放標准。目前,除了合成氨、肉類加工、鋼鐵等12個行業執行相應的國家行業標准(通常一級標准為25mg/L)外,其他均需遵守國家標准GB8978-1996«污水綜合排放標准»。該標准明確1998年後新建單位氨氮最高允許排放濃度為15mg/L。
氨氮廢水的處理方法和工藝有很多種,主要有物化法和生物法。物化法包括吹脫法、離子交換法、折點氯化法、化學沉澱法、膜分離法、高級氧化法、電解法、土壤灌溉法等。生物法包括硝化—反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、A/O、A2/O、SBR、氧化溝等。
1、物化法
1.1 吹脫法
在廢水中氨氮多以銨離子(NH+4)和游離氨(NH3)的狀態存在,兩者保持平衡,平衡關系為:NH3+H2O→NH+4+OH-。這個平衡受pH值影響。當廢水pH值升高時,OH-離子增多,該平衡反應向左移動,有利於NH+4生成游離態的NH3,從而使得游離氨所佔比例增大,游離氨易於從水中逸出。當廢水的pH值升高到11左右時,廢水中的氨氮幾乎全部以NH3的形式存在,再加上曝氣吹脫的物理作用,則可促使NH3更容易從水中逸出,向大氣轉移。此外,該反應為放熱反應,溫度升高,反應方程向左移動,也有利於NH3從水中逸出。依據此原理,可以採用吹脫法來去除廢水中氨氮,吹脫法一般分為空氣吹脫法、水蒸汽吹脫法(汽提法)和超重力吹脫法。
1.1.1 空氣吹脫法
空氣吹脫法去除氨氮的原理是:在鹼性條件下,通過外力將空氣鼓入需要脫氨處理的廢水中,同時在廢水中使鼓入的空氣和廢水充分接觸,廢水中溶解的游離態氨將穿過廢水界面,向外界空氣轉移,從而達到去除氨氮的目的。
目前,空氣吹脫法在高濃度氨氮廢水處理中的應用較多,吹脫速率高,處理費用相對較低,但隨著氨氮濃度的降低,特別是當氨氮質量濃度低於1g/L以下時,吹脫速率顯著降低。氣液比、pH值、氣體流速、溫度、初始濃度等是影響吹脫法處理效果的主要因素。
現有吹脫裝置主要有吹脫池和吹脫塔,由於前者效率低,易受外界環境影響,因此多採用吹脫塔裝置。通常採用逆流操作,塔內裝有一定高度的填料以增加氣—液傳質面積,從而有利於氨氣從廢水中解吸。常用填料有拉西環、聚丙烯鮑爾環、聚丙烯多面空心球等。
空氣吹脫法的優點是:具有穩定的氨氮去除率,工藝操作簡單,氨氮容積負荷大等。缺點是:吹脫過程中易使填料層結垢,使廢水流通不暢,從而影響設備的正常運行;同時,吹脫工藝需要調節廢水pH值,需投加大量鹼,從而使廢水處理成本增高;另外,經空氣吹脫處理後,廢水中還含有少量氨氮,處理後的廢水時常不能達到國家排放標准。因此,吹脫法通常與其他方法聯合使用。
1.1.2 水蒸汽吹脫法(汽提法)
汽提法去除氨氮的原理是:大量蒸汽與廢水接觸,將廢水中游離氨蒸餾出來,以達到去除氨氮的目的。當向廢水中通入水蒸汽時,兩液相在填料表面上逆流接觸進行熱和物質交換,當水溶液的蒸汽壓超過外界的壓力時,廢水就開始沸騰,氨就加速轉為氣相。此外,氣泡表面之間形成自由表面,廢水中的氨不斷向氣泡內蒸發擴散,當氣泡上升到液面上破裂釋放出其中的氨,大量的氣泡擴大了蒸發表面,強化了傳質過程,通入的蒸汽升高了廢水的溫度,從而也提高了一定pH值時被吹脫的分子氨的比率。
汽提法適用於處理連續排放的高濃度氨氮廢水,操作條件與空氣吹脫法類似,氨氮去除率高,但汽提法工藝處理成本高,操作條件難控制,消耗動力高等。
1.1.3 超重力吹脫法
空氣吹脫法和水蒸汽吹脫法一般採用填料塔作為吹脫設備,而超重力吹脫法是利用超重力設備———超重機取代傳統的填料塔作為吹脫設備,以空氣為氣提劑,將水中的游離氨解吸到氣相中的氨氮廢水治理方法。
氨氮廢水加鹼調節pH值為10~11後進入超重機處理。廢水經超重機分布器均勻噴灑在填料內緣,在超重力作用下,液體被填料粉碎成液滴,沿填料徑向甩出,經筒壁匯集後從超重機底部流出。同時,空氣經超重機進氣口進入超重機殼體,在一定風壓下,由超重機轉子外腔沿徑向進入內腔。在填料層內,氣液兩相在大的氣液接觸面積的情況下完成氣液接觸,將水中的游離氨吹出。氣體送至除霧器,將夾帶的少量液體分離後,至吸收裝置,脫氨後排空。利用超重機的水力學特性與傳遞特性,可獲得良好的吹脫效果並減少設備投資與運行費用。
與工業上傳統僅使用塔設備的吹脫法相比,超重力法吹脫法具有以下幾點優勢:
(1)設備體積質量小,設備及基建費用少,過程放大容易,啟動、停車迅速,運行更穩定;
(2)擺脫了重力場的影響,對物料粘度適應性廣,操作彈性大;
(3)氣相動力消耗小,物料停留時間短,傳質系數大;
(4)去除氨氮效率高,有利於氣相中氨的回收利用:
(5)能夠增加水中的溶解氧,為可能的後續生化處理提供充足氧源。但是目前超重力法吹脫氨氮技術的大規模工業應用較少,主要是因為該技術不夠成熟。特別是大型的結構,仍需要根據具體的物系進行合理設計和試驗。
1.2 離子交換法
離子交換法是一種特殊的吸附過程即交換吸附。其主要機理是:利用離子間的濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和力作為推動力達到吸附特定離子的目的。吸附過程是可逆的,吸附飽和的交換劑通過添加特定的解吸液可對交換劑上吸附的離子進行解吸,從而實現交換劑的循環使用。常見的交換劑有沸石等天然交換劑和人工合成的離子交換樹脂兩大類,而後者還可根據樹脂上功能團的不同分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。
天然沸石(主要是斜發沸石)對NH+4具有強的選擇吸附能力,並且天然沸石的價格低於人工合成的離子交換樹脂。因此,工程上常用沸石對NH+4的強選擇性,將NH+4截留於沸石表面,從而去除廢水中的氨氮。pH值=4~8是沸石離子交換的最佳范圍。當pH值<4時,H+與NH+4發生競爭;pH值>8時,NH+4變為NH3,從而失去離子交換性能。但是沸石交換容量容易飽和,吸附容量低,更換頻繁,飽和後的沸石需再生才能再次使用。
離子交換樹脂主要是利用特定陽離子交換樹脂與水中的NH+4進行交換,交換後的樹脂再通過解吸而還原。與沸石相比,強酸型陽離子交換樹脂吸附容量大,處理效果穩定,但目前對強酸型陽離子交換樹脂的研究多處於實驗室階段。
離子交換法的優點是去除率高,適用於處理中低濃度的氨氮廢水。處理含氨氮10mg/L~20mg/L的城市污水,出水濃度可達1mg/L以下。但對於高濃度的氨氮廢水,會造成短時間交換劑飽和,從而再生頻繁,使處理成本增大,且再生液仍為高濃度氨氮廢水,仍需進一步處理。在實際工程應用中,離子交換法常結合其它污水處理工藝來處理高濃度氨氮廢水,先用其它方法作預處理,使經預處理後的廢水濃度在100mg/L左右,然後再用離子交換法處理剩餘氨氮廢水。
1.3 折點氯化法
折點氯化法是將氯氣通入氨氮廢水中達到某一點,在該點時水中游離氯含量最低,而氨氮的濃度降為零。當通入的氯氣量超過該點時,水中的游離氯就會增多,該點稱為折點,該狀態下的氯化稱為折點氯化,折點氯化法的原理就是氯氣與氨反應生成了無害的氮氣。加氯量對反應有很大影響,當氯的投加量與氨的摩爾比為1∶1時,化合余氯增加,主要為氯氨。當該比例為1.5∶1時余氯下降至最低點即「折點」,反應方程式為:NH+4+1.5HClO→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-。pH值也是主要影響因素,pH值高時產生NO-3,低時產生NCl3。為了保證完全反應,通常pH值控制在6~8,一般加9mg~10mg的氯氣可氧化1mg氨氮。
折點加氯法的優點是氨氮去除率高(可達90%~100%),不受水溫影響,處理效果穩定,反應迅速完全,設備投資少,並有消毒作用。缺點是由於在處理氨氮廢水中要調節pH值,處理成本較高。同時液氯使用安全要求高且貯存時要求的環境條件高。另外,折點加氯法處理氨氮廢水後會產生副產物氯代有機物和氯胺,會給環境帶來二次污染。因此,折點氯化法多用於較低濃度氨氮廢水,適用於廢水的深度處理,工業上一般用於給水處理,對於大水量高濃度氨氮廢水不適合。
1.4 化學沉澱法
化學沉澱法去除廢水中氨氮的原理是:向氨氮廢水中投加磷酸鹽和鎂鹽,使廢水中的氨氮與磷酸鹽和鎂鹽生成一種難溶性的磷酸氨鎂沉澱(MgNH4PO4•6H2O),從而達到去除廢水中氨氮的目的。
磷酸銨鎂(MAP)又稱鳥糞石,可溶於熱水和稀酸,不溶於醇類、磷酸氨以及磷酸鈉的水溶液,遇鹼易分解、在空氣中不穩定,升溫至100℃時便會失水變為無機鹽,繼續加熱至融化(約600℃)則會分解成焦磷酸鎂。MAP可以用作飼料和肥料的添加劑,是一種很好的長效復合肥;也可用於塗料生產、氨基甲酸酯、軟泡阻燃劑製造和醫葯行業。因此,磷酸銨鎂脫氮除磷技術既可以去除廢水中的氨氮,又可回收較有經濟價值的MAP,達到變廢為寶的目的。
化學沉澱法的優點是工藝簡單、效率高,經處理後產生的沉澱物MAP經進一步加工處理後,能成為性能優良的農家復合肥料。缺點是處理成本高。在處理氨氮廢水過程中需加入大量價格昂貴的混凝劑。此外,去除1gNH+4-N可產生8.35gNaCl,由此帶來的高鹽度將會影響後續生物處理的微生物活性。因此,該方法一直停留在實驗室規模未在工程上運用,較少用於實際氨氮廢水處理。
1.5 膜分離法
膜分離法包括反滲透法、液膜法、電滲析法等。
1.5.1 反滲透法
反滲透就是藉助外界的壓力使膜內部的壓力大於膜外的壓力,使小於膜孔徑的分子(水)透過,大於膜孔徑的分子截留在膜內,這種作用現象稱作反滲透。其作用機理關鍵在於半透膜的選擇透過性,半透膜上有好多細小的微孔,像水分子這樣的小分子可以自由的透過,而大於半透膜上微孔的NH+4則不能通過。當溶液進入膜系統後,在外加壓力的作用下半透膜就會選擇性的讓某些小分子物質透過,大分子物質NH+4則會留在半透膜內側通過管道另外的出口排出。
反滲透裝置處理廢水需要對原水進行預處理,不然會損壞裝置內的膜件,並且該裝置需要高質量的膜。
1.5.2 液膜法
液膜法又稱氣態膜法,目前已應用於水溶液中揮發性物質的脫除、回收富集和純化,如NH3、CO2、SO2、Cl2、Br2等。液膜法去除氨氮的機理是:採用疏水性中空纖維微孔膜,膜一側是待處理的氨氮廢水,另一側是酸性吸收液,疏水的微孔結構在兩液相間提供一層很薄的氣膜結構。廢水中NH3在廢水側通過濃度邊界層擴散至疏水微孔膜表面,隨後在膜兩側NH3分壓差的推動下,NH3在廢水和微孔膜界面處氣化進入膜孔,然後擴散進入吸收液發生快速不可逆反應,從而達到脫除氨氮的目的。
液膜法具有比表面積大,傳質推動力高,操作彈性大,氨氮脫除率高,無二次污染等優勢,適合處理含鹽量較高、油性污染物含量低的高氨氮廢水。氨氮或含鹽量較高時,能有效抑制水的滲透蒸餾通量,減弱對吸收液的稀釋作用;但當廢水中含有油性污染物時,會造成膜的污染,使膜的傳質系數不能得到完全恢復。由於廢水的復雜性、膜材料的研發更新換代、可逆吸收劑的研發以及後續副產品的生產應用等多種原因,氣態膜法脫氨工業化進程很慢,國內生產應用實例較少。不過對於高鹽高濃度氨氮廢水,氣態膜處理成本較低,其應用前景廣闊。
1.5.3 電滲析法
電滲析法的原理是:當進水通過多組陰陽離子滲透膜時,NH+4在施加的電壓影響下,透過膜到達膜另一側濃水中並集聚,從而從進水中分離出來,實現溶液的淡化、濃縮、精製和提純。國內外專家在電滲析法處理氨氮廢水方面作了大量研究,並取得了一定成績。但由於高選擇性的防污膜仍在發展中,且對廢水預處理的要求很高,電滲析法用於工業尚需時日。
1.6 高級氧化法
高級氧化法是通過化學、物理化學方法將廢水中污染物直接氧化成無機物,或將其轉化為低毒、易降解的中間產物。應用於脫除廢水中氨氮的高級氧化法主要有濕式催化氧化法和光催化氧化法。
1.6.1 濕式催化氧化法
濕式催化氧化法是20世紀80年代國際上發展起來的一種治理廢水的新技術,其原理是:在特定的溫度、壓力下,通過催化劑作用,經空氣氧化可使污水中的有機物和氨氮分別氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質,達到凈化的目的。
濕式催化氧化法技術優點是:氨氮負荷高,工藝流程簡單,氨氮去除率高,佔地面積少等。缺點是:在處理氨氮廢水中會使用大量催化劑,造成催化劑的流失和增加對設備的腐蝕,使氨氮廢水處理成本增大。
濕式催化氧化法從處理效果上來說適合高濃度氨氮廢水的處理,但這種方法對溫度、壓力、催化劑等條件要求非常嚴格,反應設備須抗酸抗鹼耐高壓,一次性投資巨大,而且處理水量較大時費用很高,經濟上不劃算,目前在國內還鮮有工程應用的實例。
1.6.2 光催化氧化法
光催化氧化法是最近發展起來的一種處理廢水的高級氧化技術,它可以使廢水中的有機物在特定氧化劑的作用下完全分解為簡單的無機物CO2和H2O,達到降解污染物的目的,處理方法簡單高效,沒有二次污染。但由於反應過程中需要的催化劑難以分離回收,使該方法在實際工程中一定程度上受到了限制。
1.7 電解法
電解法利用陽極氧化性可直接或間接地將NH+4氧化,具有較高的氨氮去除率,該方法操作簡便,自動化程度高,其缺點是耗電量大,因此並不適用於大規模含氨氮廢水的處理。
1.8 土壤灌溉法
土壤灌溉法是把低濃度的氨氮廢水(50mg/L)作為農作物的肥料來使用,該法既為污灌區農業提供了穩定的水源,又避免了水體富營養化,提高了水資源利用率。土壤灌溉法只適合處理低濃度氨氮廢水,當廢水中的氨氮濃度低於50mg/L左右時,廢水中的氨氮在土壤表層發生硝化作用,在土壤深度30cm左右達到峰值,隨後由於脫氮等作用,在100cm處減小到10mg/L左右,在400cm以下土壤中未測出NH+4,直接污染到地下水的可能性幾乎為零。
2、生物法
生物脫氨氮的原理:首先通過硝化作用將氨氮氧化成亞硝酸氮(NO-2-N),再通過硝化作用將亞硝酸氮進一步氧化為硝酸氮(NO3-N),最後通過反硝化作用將硝酸氮還原成氮氣(N2)從水中逸出。
生物法的優點是:可去除多種含氮化合物,對氨氮可以徹底降解,總氨氮去除率可達95%以上,二次污染小且運行費用低。然而生物法對水質有嚴格的要求,高濃度的氨氮對微生物活性有抑製作用,會降低生化系統對有機污染物的降解效率,從而導致出水難於達標排放。
因此,生物法主要用來處理低濃度的氨氮廢水,且沒有或少有毒害物質存在,主要在處理生活污水以及垃圾滲濾液等方面應用較廣泛。常見的氨氮廢水生物處理工藝有傳統硝化反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、A/O、A2/O、氧化溝和SBR。
3、方法比較
根據廢水中氨氮濃度不同可將廢水分為三類:
(1)低濃度氨氮廢水:氨氮濃度小於50mg/L;
(2)中濃度氨氮廢水:氨氮濃度為50mg/L~500mg/L;
(3)高濃度氨氮廢水:氨氮濃度大於500mg/L。
C. 高濃度氨氮廢水的處理現狀與發展
高濃度氨氮廢水對環境的危害非常大,一旦進入水體,和棚備會對環境造成嚴重污染,其主要表現有:(1)引起水體富營養化;(2)消耗水體中的溶解氧。氨對生物體還會造成一定的毒害作用,氨可通過皮膚、呼吸道及消化道引起中毒。氨濃度在0.1mg/L時,人可感覺到刺激作用,濃度在0.7mg/L時可能危及生命。水中的氨氮在微生物作用下轉變為硝態氮和亞硝態氮,二者均為強化學致癌物質亞硝基化合物的前體物質,有致癌、致突變、致畸的性質,對人體危害十分嚴重。因為氨氮污染的種種危害和出水排放標準的不斷提高,高濃度氨氮廢水的處理受到了社會各界的重視。在高濃度氨氮廢水處理技術的研究、開發和應用中涌現了一大批行之有效的處理工藝,這些脫氮技術可分為物理化學脫氮技術和生物脫氮技術兩大類。
1 高濃度氨氮廢水處理的現狀
1.1 物理化學脫氮技術
目前我國常用的物化法脫氮技術主要和氏有吹脫法、折點加氯法、選擇性離子交換法、化學沉澱法等。
1.1.1 吹脫法。吹脫法是通過向廢水中加入鹼調節pH值,使水中離子氨(NH4+)轉為游離氨(喚毀NH3),再通入蒸汽或空氣進行吹脫,將廢水中氨轉化為氣相,從而達到去除氨氮的目的。一般採用NaOH或CaO調節廢水pH,採用冷卻塔作為吹脫裝置。吹脫法操作靈活,佔地面積小,脫氮效率高,對於處理濃度較高的氨氮廢水得到了較為廣泛的推廣和使用。但吹脫法也存在一些問題,比如冬季(低溫)氨吹脫效率不高;若以石灰調節pH,易在吹脫塔內形成水垢;逸出的氨會污染空氣,形成二次污染。
1.1.2 折點加氯法。折點加氯法是向廢水中投加足量氯氣,使水中離子氨(NH4+)氧化成氮氣的廢水脫氮技術。其化學反應式為:
NH4++1.5HClO→0.5N2↑+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-(1-1)
在折點加氯法中,余氯濃度和殘留氨氮濃度與氯氣、氨氮質量之比有關。最佳理論投氯量(以Cl2計)與氨氮的質量之比為7.6:1。折點加氯法對於氨氮濃度低的廢水來說比較經濟適用,常常作為廢水深度處理的一個步驟連接在其他脫氮工藝之後。
1.1.3 化學沉澱法。化學沉澱法中應用較多的是磷酸銨鎂沉澱法,它是向廢水中投加磷酸鹽和氧化鎂,使氨形成磷酸銨鎂沉澱而被去除的廢水脫氮技術。其化學反應式為:
NH4++Mg2++PO43-→MgNH4PO4•6H2O↓ (1-2)
化學沉澱法工藝簡單、效率高,但投加葯劑量大,從而致使處理成本較高。另外,產生的磷酸銨鎂容易造成二次污染。研究開發磷酸銨鎂的回用和綜合利用技術,對於磷酸銨鎂沉澱法在高濃度氨氮廢水處理工程中的應用具有重要意義。
1.2 生物脫氮技術
生物脫氮技術是利用微生物的代謝作用使廢水中的氨氮轉化為氮氣從水體中逸出。氨氮的去除過程主要包括兩個步驟:硝化作用和反硝化作用。
硝化作用。包括兩個基本的反應步驟:(1)由亞硝酸菌參與的將氨氮轉化為亞硝酸鹽(NO2-)的反應;(2)由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽(NO3-)的反應。硝化作用過程需要在好氧條件下進行,並且以氧作為電子受體。其反應方程式如下:
亞硝化反應:2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+ (1-3)
硝化反應:2NO2-+2O2→2NO3- (1-4)
反硝化作用。將硝化過程中產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮氣的過程。反應過程中反硝化菌利用各種有機基質作為電子受體,以硝酸鹽作為電子受體而進行缺氧呼吸。
硝化菌是好氧、自養菌,反硝化菌是兼性、異養菌,因此硝化反應和反硝化反應實現的環境條件不同。現行的生物脫氮工藝一般是將缺氧(厭氧)和好氧區分開,如A/O工藝和A/A/O工藝,氨氮在好氧區被亞硝化菌和硝化菌氧化成亞硝態氮和硝態氮,然後將混合液迴流到前置缺氧段;在缺氧條件下,亞硝態氮和硝態氮被反硝化菌還原為氮氣,達到脫氮目的。另一種工藝是後置反硝化工藝,即把反硝化反應器放在硝化反應器之後,因混合液中缺乏有機物,一般需人工投加碳源。
2 高濃度氨氮廢水處理的未來發展
2.1 研究組合式的脫氮技術
物理化學脫氮技術和生物脫氮技術各自有其優勢及局限性。組合式處理技術就是把兩種及兩種以上的處理方法結合起來對高濃度氨氮廢水進行綜合處理。例如,當污水中氨氮濃度較高而營養物質較少時,先對高濃度氨氮污水進行吹托,可以提高去除效率;在低濃度條件下進行吸附可以減少吸附劑的用量和再生次數,提高出水水質。也可用生物法作後續處理,通過前面的吹脫處理,降低氨氮的濃度後,可減輕氨氮對微生物的抑製作用,降低營養物的投加量,提高出水水質。
2.2 對現有處理技術進行改進研究
現有的高濃度氨氮廢水處理工藝還有改進的潛力,應開展對現有工藝的改進研究。比如吹脫法中,可通過試驗考察各個處理因素(pH值、溫度、鼓風量、吹托時間等)對處理結果的影響,根據試驗結果分析得到最佳工藝參數,並對現有的氨吹脫設備進行改造。磷酸銨鎂沉澱法中,通過試驗選定沉澱效果最好的組合葯劑,確定其最佳反應條件,並對磷酸銨鎂晶體中營養物質的緩釋性能和磷酸銨鎂的循環性能進行研究。
2.3 研究和發展新型脫氮技術
操作簡便、處理性能穩定高效、運行費用低廉、能實現氨氮回收利用的處理技術是高濃度氨氮廢水處理的發展方向。物理化學脫氮技術方面,國內外研究者對超聲技術、電化學法、微波技術、高級氧化技術處理高濃度氨氮廢水進行了研究,部分工藝已有工程實例且取得了良好的處理效果。生物脫氮技術方面,隨著生物學機理的深入揭示和相關學科的發展和滲透,為高濃度氨氮廢水的高效生物脫氮提供了可能的途徑,發展出了一些新型的脫氮工藝,包括短程硝化反硝化工藝、同步硝化反硝化工藝和好氧反硝化工藝等。
3 結語
高濃度氨氮廢水對環境具有很大的危害性。目前,針對高濃度氨氮廢水的處理技術雖然眾多,且各具特點,但仍存在一定的局限性。操作簡便、處理性能穩定高效、運行費用低廉、能實現氨氮回收利用的處理技術是高濃度氨氮廢水處理的發展方向。
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D. 含氨氮廢水處理,試試這3個方法
最近很多人跟我抱怨說氨氮廢水處理總是不達標,試過很多方法還是失敗,總是降不下,各種抱怨。在此,我想跟大家說不著急,我們慢慢看。
氨氮廢水處理總是不達標,一定是你方法沒有用對;下面我就氨氮廢水處理方法來講講常用的以下幾種。
1:化學氧化法
化學氧化法是通過投加氨氮去除劑去處理,加葯後不會產生沉澱物,分解物也不會重新結合。不過因為它的氧化性強,所以需要在生化的後端投加,因為它的氧化性強,所以反應時間很快,一般在5~6分鍾左右就反應完全,直接把氨氮降下來,去除率高達96%以上。
小結:適用於中高濃度的氨氮超標處理。
2:化學沉澱法
化學沉澱法是往水中投加某種化學葯劑,與水中的溶解性物質發生反應,生成難溶於水的鹽類,形成沉渣易去除,從而降低水中溶解性物質的含量。
採用的常見沉澱劑是Mg(OH)2和H3PO4,適宜的pH值范圍為9.0~11,投加質量H3PO4/Mg(OH)2為1.5~3.5。
廢水中氨氮濃度小於900mg/L時,去除率在90%以上,沉澱物是一種很好的復合肥料。由於Mg(OH)2和H3PO4的價格比較貴,成本較高,處理高濃度氨氮廢水可行,但該法向廢水中加入了PO43-,易造成二次污染。
小結:適用於高濃度氨氮廢水處理。
3:吹脫法
吹脫法是將廢水調節至鹼性,然後在汽提塔中通入空氣或蒸汽,通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣中。通入蒸汽,可升高廢水溫度,從而提高一定pH值時被吹脫的氨的比率。用該法處理氨時,需考慮排放的游離氨總量應符合氨的大氣排放標准,以免造成二次污染。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫,而煉鋼、石油化工、化肥、有機化工有色金屬冶煉等行業的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。
小結:適用於高濃度氨氮廢水處理。
總結
國內外氨氮廢水處理的各種技術與工藝過程,都有各自的優勢與不足,由於不同廢水性質上的差異,還沒有一種通用的方法能處理所有的氨氮廢水。
因此,必須針對不同工業過程的廢水性質,以及廢水所含的成分進行深入系統地研究,選擇和確定處理技術及工藝。
E. 我公司的廢水含有有機氨,經過生化池,由於氨化作用,氨氮就會上升,請問有什麼好的解決方法么
該考慮化學生物聯用
本文作者: 陳昭考
隨著工農業生產的發展和人民生活水平的提高,含氮化合物的排放量急劇增加,已成為環境的主要污染源,並引起各界的關注。經濟有效地控制氨氮廢水污染已經成為當今環境工作者所面臨的重大課題。
1 氨氮廢水的來源
含氮物質進入水環境的途徑主要包括自然過程和人類活動兩個方面。含氮物質進入水環境的自然來源和過程主要包括降水降塵、非市區徑流和生物固氮等。人類的活動也是水環境中氮的重要來源,主要包括未處理或處理過的城市生活和工業廢水、各種浸濾液和地表徑流等。人工合成的化學肥料是水體中氮營養元素的主要來源,大量未被農作物利用的氮化合物絕大部分被農田排水和地表徑流帶入地下水和地表水中。隨著石油、化工、食品和制葯等工業的發展,以及人民生活水平的不斷提高,城市生活污水和垃圾滲濾液中氨氮的含量急劇上升。近年來,隨著經濟的發展,越來越多含氮污染物的任意排放給環境造成了極大的危害。氮在廢水中以有機態氮、氨態氮(NH4+-N)、硝態氮(NO3--N)以及亞硝態氮(NO2--N)等多種形式存在,而氨態氮是最主要的存在形式之一。廢水中的氨氮是指以游離氨和離子銨形式存在的氮,主要來源於生活污水中含氮有機物的分解,焦化、合成氨等工業廢水,以及農田排水等。氨氮污染源多,排放量大,並且排放的濃度變化大。
2 氨氮廢水的危害
水環境中存在過量的氨氮會造成多方面的有害影響:
(1)由於NH4+-N的氧化,會造成水體中溶解氧濃度降低,導致水體發黑發臭,水質下降,對水生動植物的生存造成影響。在有利的環境條件下,廢水中所含的有機氮將會轉化成NH4+-N,NH4+-N是還原力最強的無機氮形態,會進一步轉化成NO2--N和NO3
--N。根據生化反應計量關系,1gNH4+-N氧化成NO2--N消耗氧氣3.43 g,氧化成NO3--N耗氧4.57g。
(2)水中氮素含量太多會導致水體富營養化,進而造成一系列的嚴重後果。由於氮的存在,致使光合微生物(大多數為藻類)的數量增加,即水體發生富營養化現象,結果造成:堵塞濾池,造成濾池運轉周期縮短,從而增加了水處理的費用;妨礙水上運動;藻類代謝的最終產物可產生引起有色度和味道的化合物;由於藍-綠藻類產生的毒素,家畜損傷,魚類死亡;由於藻類的腐爛,使水體中出現氧虧現象。
(3)水中的NO2--N和NO3--N對人和水生生物有較大的危害作用。長期飲用NO3--N含量超過10mg/L的水,會發生高鐵血紅蛋白症,當血液中高鐵血紅蛋白含量達到70mg/L,即發生窒息。水中的NO2--N和胺作用會生成亞硝胺,而亞硝胺是「三致」物質。NH4+-N和氯反應會生成氯胺,氯胺的消毒作用比自由氯小,因此當有NH4+-N存在時,水處理廠將需要更大的加氯量,從而
增加處理成本。近年來,含氨氮廢水隨意排放造成的人畜飲水困難甚至中毒事件時有發生,我國長江、淮河、錢塘江、四川沱江等流域都有過相關報道,相應地區曾出現過諸如藍藻污染導致數百萬居民生活飲水困難,以及相關水域受到了「牽連」等重大事件,因此去除廢水中的氨氮已成為環境工作者研究的熱點之一。
3 氨氮廢水處理的主要技術
目前,國內外氨氮廢水處理有折點氯化法、化學沉澱法、離子交換法、吹脫法和生物脫氨法等多種方法,這些技術可分為物理化學法和生物脫氮技術兩大類。
3.1 生物脫氮法
微生物去除氨氮過程需經兩個階段。第一階段為硝化過程,亞硝化菌和硝化菌在有氧條件下將氨態氮轉化為亞硝態氮和硝態氮的過程。第二階段為反硝化過程,污水中的硝態氮和亞硝態氮在無氧或低氧條件下,被反硝化菌(異養、自養微生物均有發現且種類很多)還原轉化為氮氣。在此過程中,有機物(甲醇、乙酸、葡萄糖等)作為電子供體被氧化而提供能量。常見的生物脫氮流程可以分為3類,分別是多級污泥系統、單級污泥系統和生物膜系統。
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根據廢水中氨氮濃度的不同,可將廢水分為3類:高濃度氨氮廢水(NH3-N>500mg/l),中等濃度氨氮廢水(NH3-N:50-500mg/l),低濃度氨氮廢水(NH3-N<50mg/l)。然而高濃度的氨氮廢水對微生物的活性有抑製作用,制約了生化法對其的處理應用和效果,同時會降低生化系統對有機污染物的降解效率,從而導致處理出水難以達到要求。故本工程的關鍵之一在於氨氮的去除,去除氨氮的主要方法有:物理法、化學法、生物法。物理法含反滲透、蒸餾、土壤灌溉等處理技術;化學法含離子交換、氨吹脫、折點加氯、焚燒、化學沉澱、催化裂解、電滲析、電化學等處理技術;生物法含藻類養殖、生物硝化、固定化生物技術等處理技術。目前比較實用的方法有:折點加氯法、選擇性離子交換法、氨吹脫法、生物法以及化學沉澱法。1. 折點氯化法去除氨氮折點氯化法是將氯氣或次氯酸鈉通入廢水中將廢水中的NH3-N氧化成N2的化學脫氮工藝。當氯氣通入廢水中達到某一點時水中游離氯含量最低,氨的濃度降為零。當氯氣通入量超過該點時,水中的游離氯就會增多。因此該點稱為折點,該狀態下的氯化稱為折點氯化。處理氨氮廢水所需的實際氯氣量取決於溫度、pH值及氨氮濃度。氧化每克氨氮需要9~10mg氯氣。pH值在6~7時為最佳反應區間,接觸時間為0.5~2小時。折點加氯法處理後的出水在排放前一般需要用活性碳或二氧化硫進行反氯化,以去除水中殘留的氯。1mg殘留氯大約需要0.9~1.0mg的二氧化硫。在反氯化時會產生氫離子,但由此引起的pH值下降一般可以忽略,因此去除1mg殘留氯只消耗2mg左右(以CaCO3計)。折點氯化法除氨機理如下: Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- NH4++HOCl→NH2Cl+H++H2O NHCl2+H2O→NOH+2H++2Cl- NHCl2+NaOH→N2+HOCl+H++Cl- 折點氯化法最突出的優點是可通過正確控制加氯量和對流量進行均化,使廢水中全部氨氮降為零,同時使廢水達到消毒的目的。對於氨氮濃度低(小於50mg/L)的廢水來說,用這種方法較為經濟。為了克服單獨採用折點加氯法處理氨氮廢水需要大量加氯的缺點,常將此法與生物硝化連用,先硝化再除微量殘留氨氮。氯化法的處理率達90%~100%,處理效果穩定,不受水溫影響,在寒冷地區此法特別有吸引力。投資較少,但運行費用高,副產物氯胺和氯化有機物會造成二次污染,氯化法只適用於處理低濃度氨氮廢水。2. 選擇性離子交換化去除氨氮離子交換是指在固體顆粒和液體的界面上發生的離子交換過程。離子交換法選用對NH4+離子有很強選擇性的沸石作為交換樹脂,從而達到去除氨氮的目的。沸石具有對非離子氨的吸附作用和與離子氨的離子交換作用,它是一類矽質的陽離子交換劑,成本低,對NH4+有很強的選擇性。O.Lahav等用沸石作為離子交換材料,將沸石作為一種把氨氮從廢水中分離出來的分離器以及硝化細菌的載體。該工藝在一個簡單的反應器中分吸附階段和生物再生階段兩個階段進行。在吸附階段,沸石柱作為典型的離子交換柱;而在生物再生階段,附在沸石上的細菌把脫附的氨氮氧化成硝態氮。研究結果表明,該工藝具有較高的氨氮去除率和穩定性,能成功地去除原水和二級出水中的氨氮。沸石離子交換與pH的選擇有很大關系,pH在4~8的范圍是沸石離子交換的最佳區域。當pH<4時,H+與NH4+發生競爭;當pH>8時,NH4+變為NH3而失去離子交換性能。用離子交換法處理含氨氮10~20mg/L的城市污水,出水濃度可達1mg/L以下。離子交換法具有工藝簡單、投資省去除率高的特點,適用於中低濃度的氨氮廢水(<500mg/L),對於高濃度的氨氮廢水會因樹脂再生頻繁而造成操作困難。但再生液為高濃度氨氮廢水,仍需進一步處理。3. 空氣吹脫法與汽提法去除氨氮空氣吹脫法是將廢水與氣體接觸,將氨氮從液相轉移到氣相的方法。該方法適宜用於高濃度氨氮廢水的處理。吹脫是使水作為不連續相與空氣接觸,利用水中組分的實際濃度與平衡濃度之間的差異,使氨氮轉移至氣相而去除廢水中的氨氮通常以銨離子(NH4+)和游離氨(NH3)的狀態保持平衡而存在。將廢水pH值調節至堿性時,離子態銨轉化為分子態氨,然後通入空氣將氨吹脫出。吹脫法除氨氮,去除率可達60%~95%,工藝流程簡單,處理效果穩定,吹脫出的氨氣用鹽酸吸收生成氯化銨可回用於純堿生產作母液,也可根據市場需求,用水吸收生產氨水或用硫酸吸收生產硫酸銨副產品,未收尾氣返回吹脫塔中。但水溫低時吹脫效率低,不適合在寒冷的冬季使用。用該法處理氨氮時,需考慮排放的游離氨總量應符合氨的大氣排放標准,以免造成二次污染。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫,而煉鋼、石油化工、化肥、有機化工、有色金屬冶煉等行業的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。該方法比較適合處理高濃度氨氮廢水,但吹脫效率影響因子多,不容易控制,特別是溫度影響比較大,在北方寒冷季節效率會大大降低,現在許多吹脫裝置考慮到經濟性,沒有回收氨,直接排放到大氣中,造成大氣污染。汽提法是用蒸汽將廢水中的游離氨轉變為氨氣逸出,處理機理與吹脫法一樣是一個傳質過程,即在高pH值時,使廢水與氣體密切接觸,從而降低廢水中氨濃度的過程。傳質過程的推動力是氣體中氨的分壓與廢水中氨的濃度相當的平衡分壓之間的差。延長氣水間的接觸時間及接觸緊密程度可提高氨氮的處理效率,用填料塔可以滿足此要求。塔的填料或充填物可以通過增加浸潤表面積和在整個塔內形成小水滴或生成薄膜來增加氣水間的接觸時間汽提法適用於處理連續排放的高濃度氨氮廢水,操作條件與吹脫法類似,對氨氮的去除率可達97%以上。但汽提塔內容易生成水垢,使操作無法正常進行。吹脫和汽提法處理廢水後所逸出的氨氣可進行回收:用硫酸吸收作為肥料使用;冷凝為1%的氨溶液。4. 生物法去除氨氮生物法去除氨氮是在指廢水中的氨氮在各種微生物的作用下,通過硝化和反硝化等一系列反應,最終形成氮氣,從而達到去除氨氮的目的。生物法脫氮的工藝有很多種,但是機理基本相同。都需要經過硝化和反硝化兩個階段。硝化反應是在好氧條件下通過好氧硝化菌的作用將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽,包括兩個基本反應步驟:由亞硝酸菌參與的將氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應。由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的反應。亞硝酸菌和硝酸菌都是自養菌,它們利用廢水中的碳源,通過與NH3-N的氧化還原反應獲得能量。反應方程式如下: 亞硝化: 2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+ 硝化 : 2NO2-+O2→2NO3-硝化菌的適宜pH值為8.0~8.4,最佳溫度為35℃,溫度對硝化菌的影響很大,溫度下降10℃,硝化速度下降一半;DO濃度:2~3mg/L;BOD5負荷:0.06-0.1kgBOD5/(kgMLSS•d);泥齡在3~5天以上。在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從廢水中逸出由於兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用,將硝化過程中產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇為碳源為例,其反應式為: 6NO3-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O 6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-反硝化菌的適宜pH值為6.5~8.0;最佳溫度為30℃,當溫度低於10℃時,反硝化速度明顯下降,而當溫度低至3℃時,反硝化作用將停止;DO濃度<0.5mg/L;BOD5/TN>3~5。生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達70%~95%,二次污染小且比較經濟,因此在國內外運用最多。其缺點是佔地面積大,低溫時效率低。常見的生物脫氮流程可以分為3類:⑴多級污泥系統多級污泥系統通常被稱為傳統的生物脫氮流程。此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果,其缺點是流程長,構築物多,基建費用高,需要外加碳源,運行費用高,出水中殘留一定量甲醇;⑵單級污泥系統單級污泥系統的形式包括前置反硝化系統、後置反硝化系統及交替工作系統。前置反硝化的生物脫氮流程,通常稱為A/O流程。與傳統的生物脫氮工藝流程相比,該工藝特點:流程簡單、構築物少,只有一個污泥迴流系統和混合液迴流系統,基建費用可大大節省;將脫氮池設置在去碳源,降低運行費用;好氧池在缺氧池後,可使反硝化殘留的有機污染物得到進一步去除,提高出水水質;缺氧池在前,污水中的有機碳被反硝化菌所利用,可減輕其後好氧池的有機負荷。此外,後置式反硝化系統,因為混合液缺乏有機物,一般還需要人工投加碳源,但脫氮的效果高於前置式,理論上可接近100%的脫氮效果。交替工作的生物脫氮流程主要由兩個串聯池子組成,通過改換進水和出水的方向,兩個池子交替在缺氧和好氧的條件下運行。它本質上仍是A/O系統,但利用交替工作的方式,避免了混合液的迴流,其脫氮效果優於一般A/O流程。其缺點是運行管理費用較高,必須配置計算機控制自動操作系統;⑶生物膜系統將上述A/O系統中的缺氧池和好氧池改為固定生物膜反應器,即形成生物膜脫氮系統。此系統中應有混合液迴流,但不需污泥迴流,在缺氧的好氧反應器中保存了適應於反硝化和好氧氧化及硝化反應的兩個污泥系統。由於常規生物處理高濃度氨氮廢水還存在以下:為了能使微生物正常生長,必須增加迴流比來稀釋原廢水;硝化過程不僅需要大量氧氣,而且反硝化需要大量的碳源,一般認為COD/TKN至少為9。5. 化學沉澱法去除氨氮化學沉澱法是根據廢水中污染物的性質,必要時投加某種化工原料,在一定的工藝條件下(溫度、催化劑、pH值、壓力、攪拌條件、反應時間、配料比例等等)進行化學反應,使廢水中污染物生成溶解度很小的沉澱物或聚合物,或者生成不溶於水的氣體產物,從而使廢水凈化,或者達到一定的去除率。化學沉澱法處理NH3-N是始於20世紀60年代,在90年代興起的一種新的處理方法,其主要原理就是NH4+、Mg2+、PO43-在堿性水溶液中生成沉澱。在氨氮廢水中投加化學沉澱劑Mg(OH)2、H3PO4與NH4+反應生成MgNH4PO4•6H2O(鳥糞石)沉澱,該沉澱物經造粒等過程後,可開發作為復合肥使用。整個反應的pH值的適宜范圍為9~11。pH值<9時,溶液中PO43-濃度很低,不利於MgNH4PO4•6H2O沉澱生成,而主要生成Mg(H2PO4)2;如果pH值>11,此反應將在強堿性溶液中生成比MgNH4PO4•6H2O更難溶於水的Mg3(PO4)2的沉澱。同時,溶液中的NH4+將揮發成游離氨,不利於廢水中氨氮的去除。利用化學沉澱法,可使廢水中氨氮作為肥料得以回收。
F. 污水處理氨氮高怎麼辦
含有氨氮污水的處理:
進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法,混凝沉澱法,砂濾法,活性炭吸附法,離子交換法和電滲析法等。
整個過程為通過粗格柵的原污水經過污水提升泵提升後,經過格柵或者篩率器,之後進入沉砂池,經過砂水分離的污水進入初次沉澱池,以上為一級處理(即物理處理),初沉池的出水進入生物處理設備,有活性污泥法和生物膜法。
生物處理設備的出水進入二次沉澱池,二沉池的出水經過消毒排放或者進入三級處理,一級處理結束到此為二級處理,三級處理包括生物脫氮除磷法,混凝沉澱法,砂濾法,活性炭吸附法,離子交換法和電滲析法。
二沉池的污泥一部分迴流至初次沉澱池或者生物處理設備,一部分進入污泥濃縮池,之後進入污泥消化池,經過脫水和乾燥設備後,污泥被最後利用。
(6)有機胺廢水氨氮倒掛擴展閱讀:
生活污水處理:
1、農村生活污水治理方法
生活污水→化糞池→厭氧池→人工濕地(種植根系發達、喜濕、吸收能力強的美人蕉、水蔥、菖蒲等植物)經「過濾」後排放的方法進行處理,主要適用於農村分散生活污水處理,建成後運行費用基本為零,使用壽命在10年以上。
2、城市生活污水治理方法
將城市生活污水輸送到城市周圍的農村,利用農村廣闊的土地來凈化城市生活污水。將是一勞永逸與一舉多得的好方法。以日供應生活用自來水100W立方的大中型城市為例:普通的污水處理設施造價1000元/立方。
建設成本10億,年運營成本100W立方/天×365×0.5元/立方=1.8億.採用土壤凈化法建設成本1000元/立方,年運營成本100W立方/天×365×0.1元/立方=0.4億.同時年節約農用水資源3.6億立方,節約化肥約1萬噸/年,減少農葯用量5噸/年。
3、生活污水處理新技術:分散式處理
生活污水分散式生物集成處理系統是針對生活污水的一種新型、經濟環保的處理系統。該系統具備設備投資少、運行成本低、安裝簡便等優勢,利用生物強化技術對污染物進行高效降解,可實現對生活污水就地、就近處理,並達到水資源循環再生利用的目的。
分散式污水處理技術具有設備佔地面積小、無須鋪設管網、設備集成度高等特點,因此基礎設施費用及土建費用在整體投資中佔比較小,僅30%左右,而約有70%的投資主要用於對污水處理設備的采購和安裝。
G. 高氨氮廢水如何處理
高氨氮廢水處理方法如下:
1、吹脫法
吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質速度理論。將氨氮廢水pH 調節至鹼性,此時,銨離子轉化為氨分子,再向水中通入氣體,使其與液體充分接觸,廢水中溶解的氣體和揮發性氨分子穿過氣液界面,轉至氣相,從而達到去除氨氮的目的。常用空氣或水蒸氣作載氣,前者稱為空氣吹脫,後者稱為蒸汽吹脫。
2、離子交換法
應用離子交換法處理含氨氮廢水,為常見的就是以沸石作為交換載體,提高氨氮脫除率。基於歷史實踐數據可知,每克沸石可以吸附15.5mg的氨氮,且對於粒徑在30~60目的沸石其脫除氨氮的效率可以達到78%。但是相比其他處理技術,利用沸石交換脫除工藝操作比較復雜,並且再生液為需要再次處理的高濃度氨氮廢水,因此更適用於低濃度氨氮廢水處理。
吹脫法處理氨氮技術參數
(1)吹脫法普遍適宜的pH 在11 附近;
(2)考慮經濟因素,溫度在30~40 ℃附近較為可行,且處理率高;
(3)吹脫時間為3 h左右;
(4)氣液比在5 000∶1 左右效果較好,且吹脫溫度越高,氣液比越小;
(5)吹脫後廢水的濃度可降低到中低濃度;
(6)脫氮率基本保持90%以上。盡管吹脫法可以將大部分氨氮脫除, 但處理後的廢水中氨氮仍然高達100 mg/L 以上,無法直接排放,還需要後續深度處理。
H. 氨氮廢水處理的處理方法
高氨氮廢水如何處理,我們著重介紹一下其處理方法: 1. 吹脫法
在鹼性條件下,利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關系進行分離的一種方法,一般認為吹脫與溫度、PH、氣液比有關。
2. 沸石脫氨法
利用沸石中的陽離子與廢水中的NH4+進行交換以達到脫氮的目的。應用沸石脫氨法必須考慮沸石的再生問題,通常有再生液法和焚燒法。採用焚燒法時,產生的氨氣必須進行處理。
3.膜分離技術
利用膜的選擇透過性進行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便,氨氮回收率高,無二次污染。例如:氣水分離膜脫除氨氮。氨氮在水中存在著離解平衡,隨著PH升高,氨在水中NH3形態比例升高,在一定溫度和壓力下,NH3的氣態和液態兩項達到平衡。根據化學平衡移動的原理即呂.查德里(A.L.LE Chatelier)原理。在自然界中一切平衡都是相對的和暫時的。化學平衡只是在一定條件下才能保持「假若改變平衡系統的條件之一,如濃度、壓力或溫度,平衡就向能減弱這個改變的方向移動。」遵從這一原理進行了如下設計理念在膜的一側是高濃度氨氮廢水,另一側是酸性水溶液或水。當左側溫度T1>20℃,PH1>9,P1>P2保持一定的壓力差,那麼廢水中的游離氨NH4+,就變為氨分子NH3,並經原料液側介面擴散至膜表面,在膜表面分壓差的作用下,穿越膜孔,進入吸收液,迅速與酸性溶液中的H+反應生成銨鹽。
4.MAP沉澱法
主要是利用以下化學反應:Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4
理論上講以一定比例向含有高濃度氨氮的廢水中投加磷鹽和鎂鹽,當[Mg2 + ][NH4+][PO43 -]>2.5×10–13時可生成磷酸銨鎂(MAP),除去廢水中的氨氮。
5.化學氧化法
利用強氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣進行脫除的一種方法。折點加氯是利用在水中的氨與氯反應生成氨氣脫氨,這種方法還可以起到殺菌作用,但是產生的余氯會對魚類有影響,故必須附設除余氯設施。 傳統和新開發的脫氮工藝有A/O,兩段活性污泥法、強氧化好氧生物處理、短程硝化反硝化、超聲吹脫處理氨氮法方法等。
1.A/O工藝將前段缺氧段和後段好氧段串聯在一起,A段DO不大於0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧段異養菌將污水中的澱粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸,使大分子有機物分解為小分子有機物,不溶性的有機物轉化成可溶性有機物,當這些經缺氧水解的產物進入好氧池進行好氧處理時,提高污水的可生化性,提高氧的效率;在缺氧段異養菌將蛋白質、脂肪等污染物進行氨化(有機鏈上的N或氨基酸中的氨基)游離出氨(NH3、NH4+),在充足供氧條件下,自養菌的硝化作用將NH3-N(NH4+)氧化為NO3-,通過迴流控制返回至A池,在缺氧條件下,異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態氮(N2)完成C、N、O在生態中的循環,實現污水無害化處理。其特點是缺氧池在前,污水中的有機碳被反硝化菌所利用,可減輕其後好氧池的有機負荷,反硝化反應產生的鹼度可以補償好氧池中進行硝化反應對鹼度的需求。好氧在缺氧池之後,可以使反硝化殘留的有機污染物得到進一步去除,提高出水水質。BOD5的去除率較高可達90~95%以上,但脫氮除磷效果稍差,脫氮效率70~80%,除磷只有20~30%。盡管如此,由於A/O工藝比較簡單,也有其突出的特點,目前仍是比較普遍採用的工藝。
2.兩段活性污泥法能有效的去除有機物和氨氮,其中第二級處於延時曝氣階段,停留時間在36小時左右,污水濃度在2g/l以下,可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費用。
3.強氧化好氧生物處理其典型代表有粉末活性炭法(PACT工藝)
粉末活性碳法的主要特點是向曝氣池中投加粉末活性炭(PAC)利用粉末活性炭極為發達的微孔結構和更大的吸附能力,使溶解氧和營養物質在其表面富集,為吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活環境從而提高有機物的降解速率。
近年來國內外出現了一些全新的脫氮工藝,為高濃度氨氮廢水的脫氮處理提供了新的途徑。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厭氧氨氧化等。
4. 短程硝化反硝化
生物硝化反硝化是應用最廣泛的脫氮方式,是去除水中氨氮的一種較為經濟的方法,其原理就是模擬自然生態環境中氮的循環,利用硝化菌和反硝化菌的聯合作用,將水中氨氮轉化為氮氣以達到脫氮目的。由於氨氮氧化過程中需要大量的氧氣,曝氣費用成為這種脫氮方式的主要開支。短程硝化反硝化是將氨氮氧化控制在亞硝化階段,然後進行反硝化,省去了傳統生物脫氮中由亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽,再還原成亞硝酸鹽兩個環節(即將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進行反硝化)。該技術具有很大的優勢:①節省25%氧供應量,降低能耗;②減少40%的碳源,在C/N較低的情況下實現反硝化脫氮;③縮短反應歷程,節省50%的反硝化池容積;④降低污泥產量,硝化過程可少產污泥33%~35%左右,反硝化階段少產污泥55%左右。實現短程硝化反硝化生物脫氮技術的關鍵就是將硝化控制在亞硝酸階段,阻止亞硝酸鹽的進一步氧化。
5. 厭氧氨氧化(ANAMMOX)和全程自養脫氮(CANON)
厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽為電子受體直接被氧化成氮氣的過程。
厭氧氨氧化(Anaerobicammoniaoxidation,簡稱ANAMMOX)是指在厭氧條件下,以Planctomycetalessp為代表的微生物直接以NH4+為電子供體,以NO2-或NO3-為電子受體,將NH4+、NO2-或NO3-轉變成N2的生物氧化過程。該過程利用獨特的生物機體以硝酸鹽作為電子供體把氨氮轉化為N2,最大限度的實現了N的循環厭氧硝化,這種耦合的過程對於從厭氧硝化的廢水中脫氮具有很好的前景,對於高氨氮低COD的污水由於硝酸鹽的部分氧化,大大節省了能源。目前推測厭氧氨氧化有多種途徑。其中一種是羥氨和亞硝酸鹽生成N2O的反應,而N2O可以進一步轉化為氮氣,氨被氧化為羥氨。另一種是氨和羥氨反應生成聯氨,聯氨被轉化成氮氣並生成4個還原性[H],還原性[H]被傳遞到亞硝酸還原系統形成羥氨。第三種是:一方面亞硝酸被還原為NO,NO被還原為N2O,N2O再被還原成N2;另一方面,NH4+被氧化為NH2OH,NH2OH經N2H4,N2H2被轉化為N2。厭氧氨氧化工藝的優點:可以大幅度地降低硝化反應的充氧能耗;免去反硝化反應的外源電子供體;可節省傳統硝化反硝化反應過程中所需的中和試劑;產生的污泥量極少。厭氧氨氧化的不足之處是:到目前為止,厭氧氨氧化的反應機理、參與菌種和各項操作參數不明確。
全程自養脫氮的全過程實在一個反應器中完成,其機理尚不清楚。Hippen等人發現在限制溶解氧(DO濃度為0.8·1.0mg/l)和不加有機碳源的情況下,有超過60%的氨氮轉化成N2而得以去除。同時Helmer等通過實驗證明在低DO濃度下,細菌以亞硝酸根離子為電子受體,以銨根離子為電子供體,最終產物為氮氣。有實驗用熒光原位雜交技術監測全程自養脫氮反應器中的微生物,發現在反應器處於穩定階段時即使在限制曝氣的情況下,反應器中任然存在有活性的厭氧氨氧化菌,不存在硝化菌。有85%的氨氮轉化為氮氣。鑒於以上理論,全程自養脫氮可能包括兩步第一是將部分氨氮氧化為煙硝酸鹽,第二是厭氧氨氧化。
6. 好氧反硝化
傳統脫氮理論認為,反硝化菌為兼性厭氧菌,其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。所以若進行反硝化反應,必須在缺氧環境下。近年來,好氧反硝化現象不斷被發現和報道,逐漸受到人們的關注。一些好氧反硝化菌已經被分離出來,有些可以同時進行好氧反硝化和異養硝化(如Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5)。這樣就可以在同一個反應器中實現真正意義上的同步硝化反硝化,簡化了工藝流程,節省了能量。
7.超聲吹脫處理氨氮
超聲吹脫法去除氨氮是一種新型、高效的高濃度氨氮廢水處理技術,它是在傳統的吹脫方法的基礎上,引入超聲波輻射廢水處理技術,將超聲波和吹脫技術聯用而衍生出來的一種處理氨氮的方法。將這兩種方法聯用不僅改進了超聲波處理廢水成本較高的問題,也彌補了傳統吹脫技術去除氨氮不佳的缺陷,超生吹脫法在保證處理氨氮的效果的同時還能對廢水中有機物的降解起到一定的提高作用。技術特點(1)高濃度氨氮廢水採用90年代高新技術——超聲波脫氮技術,其總脫氮效率在70~90%,不需要投加化學葯劑,不需要加溫,處理費用低,處理效果穩定。(2)生化處理採用周期性活性污泥法(CASS)工藝,建設費用低,具有獨特的生物脫氮功能,處理費用低,處理效果穩定,耐負荷沖擊能力強,不產生污泥膨脹現象,脫氮效率大於90%,確保氨氮達標。
I. 高濃度氨氮如何處理
氨氮廢水處理技術有:高效ZU脫氮菌技術、氨氮循環吹脫回收工藝、厭氧氨氧化技術.
①高效ZU脫氮菌技術:
一般的生物脫氮技術採用A/O、SBR、生物活性炭等工藝對水質水量穩定的低濃度氨氮廢水具有良好的效果,但當廢水中COD、氨氮和TN含量高時,微生物代謝活性顯著降低.對於高COD、高TN的化工廢水,利用新型短程硝化技術結合傳統成熟的A/O工藝可迅速有效地降解目標污染物,獲得比傳統工藝更經濟、更有效的處理結果.高效生物脫氮技術的難點是高效脫氮菌的培養.其需經歷三個過程,首先是從自然生境中獲得高效脫氮菌菌源;其次是富集高效脫氮菌培養物,從中分離高效脫氮菌株;最後是復配高效脫氮菌劑,並以目標廢水為基質馴化高效脫氮菌群.近年來,我公司聯合浙江大學展開了大量研究,經過脫氮群落的結構分析、功能試驗和反復篩選,獲得了高效ZU脫氮菌,並在相關廢水處理工程(氨氮最高達1000mg/L)得到應用,取得了理想的效果,出水氨氮穩定達標(15mg/L以下).
特點:1、環境友好,最終產物為N2,無二次污染.
2、成本低,不需要投加吸附劑或其他化學葯劑,尤為適合改造工程.
3、系統穩定,高效ZU脫氮菌具有很強的耐受性和適應性.
4、高效ZU脫氮菌生長增殖性好,一次投加,長期有效.
②厭氧氨氧化技術:
厭氧氨氧化是指在厭氧條件下,厭氧氨氧化菌直接以NH4+為電子供體,以NO2¯為電子受體,將NH4+、NO2¯轉變成N2的生物氧化過程.傳統生物法脫氮技術通過硝化/反硝化方式去除廢水中的氨氮,其對廢水氨氮濃度具有一定要求,同時氨氮的硝化消耗大量的氧氣,需求動力費用較高,生物脫氮過程需求一定的碳氮比,外加碳源增加了廢水處理設施的運行費用.厭氧氨氧化利用獨特的生物機體以亞硝酸鹽作為電子供體把氨氮轉化為N2,最大限度的實現了N的循環厭氧硝化,對於高氨氮低COD的污水由於硝酸鹽的部分氧化,大大節省了能源.
特點:1、依託浙江大學科研成果,國際領先的厭氧氨氧化技術.
2、無需外加碳源,節約運行成本.
3、只需將部分氨氧化成NO2¯,節約了供氧所需的動力消耗.
③氨氮循環吹脫回收工藝
高濃度氨氮廢水來源甚廣且排放量大.如化肥、焦化、石化、制葯、食品、垃圾填埋場等均產生大量高濃度氨氮廢水.大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體富營養化、造成水體黑臭,而且將增加給水處理的難度和成本,甚至對人群及生物產生毒害作用.
我司結合多年的工程經驗,針對高濃度氨氮廢水處理難度大、處理能耗高、投資較大的情況,開發出一種新型氨吹脫資源化利用的新技術-兩級循環吹氨回收技術.新技術採用創新性工藝流程設計高效脫氨技術及設備、節能降耗技術和設備,適用於多種工況的氨氮廢水處理技術.不僅有很好的環境效益,而且具有一定的經濟效益.
本工藝採用雙塔循環吹脫,填料塔吸收吹脫出的氨氣,可根據工藝要求,回收氨水或者硫酸銨.處理後廢水可排放或進入後續生化系統.
技術特點:雙塔循環脫氨更徹底(相較單塔),去除率高;回收硫酸銨或者氨水,循環經濟利用,避免二次污染;工藝簡單,操作方便,運行穩定
J. 氨氮廢水有什麼便捷的處理方法嗎
氨氮廢水現在處理方法有:
1.汽提法,將氨氮蒸出來,適用於氨氮含量較高的廢水;
2.精餾法,可以適當加液鹼,精餾去除氨氮,適用於中性或鹼性含氨氮廢水;
3.膜分離法,利用膜的選擇透過性,通過適當調鹼、加熱,使氣態的氨選擇性透過膜,從而達到處理目的,適用於有機物含量不高的廢水;
4.生物法處理,利用硝化和反硝化工藝去除氨氮,適用於氨氮含量低的廢水。