氨氮廢水處理

1、氨氮廢水處理2 氨氮廢水的危害水環(huán)境中存在過量的氨氮會造成多方面的有害影響。(1)由于 NH4+-N 的氧化，會造成水體中溶解氧濃度降低， 導致水體發(fā)黑發(fā)臭， 水質(zhì)下降， 對水生動植物的生存造成影響。在有利的環(huán)境條件下，廢水中所含的有機氮將會轉(zhuǎn)化成NH4+-N, NH4+-N是還原力最強的無機氮形態(tài)，會進一步轉(zhuǎn)化成N02-N和N03-N。根據(jù)生化反應計量關(guān)系，1gNH4+-N氧化成N02-N消耗氧氣3.43g，氧化成N03-N耗氧4.57g。(2)水中氮素含量太多會導致水體富營養(yǎng)化，進而造成一系列的嚴重后果。 由于氮的存在，致使光合微生物 (大多數(shù)為藻類 )的數(shù)量增加，即水體發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，

2、結(jié)果造成：堵塞濾 池，造成濾池運轉(zhuǎn)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(chǎn) 物可產(chǎn)生引起有色度和味道的化合物；由于藍-綠藻類產(chǎn)生的毒素，家畜損傷， 魚類死亡； 由于藻類的腐爛，使水體中出現(xiàn)氧虧現(xiàn)象。水中的N02-N和N03-N對人和水生生物有較大的危害作用。長期飲用N03-N含量超過10mg/L的水，會發(fā)生高鐵血紅蛋白癥，當血液中高鐵血紅蛋白含量達到70mg/L,即發(fā)生窒息。水中的N02-N和胺作用會生成亞硝胺，而亞硝胺是“三致”物質(zhì)。 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

3、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(fā)生，我國長江、淮河、錢塘江、四川沱江等流域都有過相關(guān)報道，相應地區(qū)曾 出現(xiàn)過諸如藍藻污染導致數(shù)百萬居民生活飲水困難， 以及相關(guān)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(huán)境工作者研究的熱點之一。1 氨氮廢水的來源含氮物質(zhì)進入水環(huán)含氮物質(zhì)進入水環(huán)境的途徑主要包括自然過程和人類活動兩個方面。境的自然來源和過程主要包括降水降塵、非市區(qū)徑流和生物固氮等。人類的活動也是水環(huán)境各種浸濾液和地表徑流中氮的重要來源， 主要包括未處理或處理過的城市生活和工業(yè)廢水、 等。人工合成的化學肥料是水體中氮營養(yǎng)元素的主要來源

4、， 大量未被農(nóng)作物利用的氮化合物絕大部分被農(nóng)田排水和地表徑流帶入地下水和地表水中。隨著石油、 化工、 食品和制藥等工 業(yè)的發(fā)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(jīng)濟的發(fā)展，越來越多含氮污染物的任意排放給環(huán)境造成了極大的危害。氮在廢水中以有機態(tài)氮、 氨態(tài)氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（N03-N）以及亞硝態(tài)氮（N02-N）等多種形式 存在，而氨態(tài)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，主要來源于生活污水中含氮有機物的分解， 焦化、合成氨等工業(yè)廢水， 以及農(nóng)田排水等。 氨氮污染源多，排放量大，并且排放的濃度

5、變化大。3 氨氮廢水處理的主要技術(shù)目前， 國內(nèi)外氨氮廢水處理有折點氯化法、化學沉淀法、 離子交換法、 吹脫法和生物脫 氨法等多種方法，這些技術(shù)可分為物理化學法和生物脫氮技術(shù)兩大類。3.1 生物脫氮法微生物去除氨氮過程需經(jīng)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(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的過程。 第二階段為反硝化過程， 污水中的硝態(tài)氮和 亞硝態(tài)氮在無氧或低氧條件下，被反硝化菌（異養(yǎng)、自養(yǎng)微生物均有發(fā)現(xiàn)且種類很多）還原轉(zhuǎn)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(tǒng)、單級污泥系統(tǒng)

6、和生物膜系統(tǒng)。3.1.1 多級污泥系統(tǒng)此流程可以得到相當好的 B0D5 去除效果和脫氮效果，其缺點是流程長、構(gòu)筑物多、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等。3.1.2 單級污泥系統(tǒng)單級污泥系統(tǒng)的形式包括前置反硝化系統(tǒng)、 后置反硝化系統(tǒng)及交替工作系統(tǒng)。 前置反硝 化的生物脫氮流程， 通常稱為 A/0 流程與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程相比， A/0 工藝具有流程 簡單、構(gòu)筑物少、基建費用低、不需外加碳源、出水水質(zhì)高等優(yōu)點。后置式反硝化系統(tǒng)，因 為混合液缺乏有機物， 一般還需要人工投加碳源， 但脫氮的效果可高于前置式， 理論上可接 近 100%的脫氮。交替工作的生物脫氮流程主要

7、由兩個串聯(lián)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。 該系統(tǒng)本質(zhì)上仍是 A/0 系統(tǒng)， 但其利用 交替工作的方式， 避免了混合液的回流， 因而脫氮效果優(yōu)于一般 A/0 流程。 其缺點是運行管 理費用較高，且一般必須配置計算機控制自動操作系統(tǒng)。3.1.3 生物膜系統(tǒng)將上述 A/O 系統(tǒng)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(tǒng)。 此系統(tǒng)中應有混合液回流， 但不需污泥回流， 在缺氧的好氧反應器中保存了適應于反硝化和 好氧氧化及硝化反應的兩個污泥系統(tǒng)。3.2 物化除氮物化除氮常用的物理化學方法有折點氯化法、 化學沉淀法、離子交換法、吹脫法、 液

8、膜 法、電滲析法和催化濕式氧化法等。3.2.1 催化濕式氧化法催化濕式氧化法是 20 世紀 80 年代國際上發(fā)展起來的一種治理廢水的新技術(shù)。在一定 溫度、壓力和催化劑作用下，經(jīng)空氣氧化，可使污水中的有機物和氨分別氧化分解成CO2、N2 和 H2O 等無害物質(zhì)， 達到凈化的目的。 該法具有凈化效率高 （廢水經(jīng)凈化后可達到飲用水 標準）、流程簡單、 占地面積少等特點。 經(jīng)多年應用與實踐， 這一廢水處理方法的建設及運行 費用僅為常規(guī)方法的 60%左右，因而在技術(shù)上和經(jīng)濟上均具有較強的競爭力。3.2.2 折點氯化法不連續(xù)點氯化法是氧化法處理氨氮廢水的一種， 利用在水中的氨與氯反應生成氮氣而將 水中氨去

9、除的化學處理法。 該方法還可以起到殺菌作用， 同時使一部分有機物無機化， 但經(jīng) 氯化處理后的出水中留有余氯，還應進一步脫氯處理。在含有氨的水中投加次氯酸HCIO,當pH值在中性附近時，隨次氯酸的投加，逐步進行下述主要反應：NH3+HC3 NH2CI+H2ONH2CI+HCIS NHCI2+H2ONH2CI+NHCIM N2+3H+3CI投加氯量和氨氮之比（簡稱CI/N）在5.07以下時，首先進行式反應，生成一氯胺（NH2CI）, 水中余氯濃度增大，其后，隨著次氯酸投加量的增加，一氯胺按式進行反應，生成二氯胺（NHCI2），同時進行式反應， 水中的N呈N2被去除。其結(jié)果是，水中的余氯濃度隨 CI

10、/N的 增大而減小， 當 CI/N 比值達到某個數(shù)值以上時， 因未反應而殘留的次氯酸 （即游離余氯 ）增多，水中殘留余氯的濃度再次增大，這個最小值的點稱為不連續(xù)點（ 習慣稱為折點 ）。此時的 Cl/N比按理論計算為 7.6；廢水處理中因為氯與廢水中的有機物反應，C1/N 比應比理論值 7.6 高些，通常為 10。此外，當 pH 不在中性范圍時，酸性條件下多生成三氯胺，在堿性條件下生 成硝酸，脫氮效率降低。在pH值為6 7、每mg氨氮氯投加量為10mg、接觸0.5 2.0h的情況下，氨氮的 去除率為 90%100%。因此此法對低濃度氨氮廢水適用。處理時所需的實際氯氣量取決于溫度、pH及氨氮濃度。

11、氧化每mg氨氮有時需要910mg氯氣折點，氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2進行反氯化，以除去水中殘余的氯。雖然氯化法反應迅速，所需設備投資少，但液氯的安全使用和貯存要求高， 且處理成本也較高。 若用次氯酸或二氧化氯發(fā)生裝置代替液氯， 會更安全且運行費用可以降 低，目前國內(nèi)的氯發(fā)生裝置的產(chǎn)氯量太小， 且價格昂貴。 因此氯化法一般適用于給水的處理， 不太適合處理大水量高濃度的氨氮廢水。3.2.3 電滲析法電滲析是一種膜法分離技術(shù)， 其利用施加在陰陽膜對之間的電壓去除水溶液中溶解的固 體。在電滲析室的陰陽滲透膜之間施加直流電壓， 當進水通過多對陰陽離子滲透膜時， 銨離 子及其他離子在

12、施加電壓的影響下， 通過膜而進入另一側(cè)的濃水中并在濃水中集， 因而從進 水中分離出來。3.2.4 吹脫法吹脫法是將廢水調(diào)節(jié)至堿性， 然后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準，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(yè)的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。3.2.5 離子交換法離子交換法的實質(zhì)是不溶性離子化合物（離子交換劑 ）上的可交換離子與廢水中的其它同性離子的交換反應， 是

13、一種特殊的吸附過程， 通常是可逆性化學吸附。 沸石是一種天然離 子交換物質(zhì)，其價格遠低于陽離子交換樹脂，且對 NH4+-N 具有選擇性的吸附能力，具有較高的陽離子交換容量，純絲光沸石和斜發(fā)沸石的陽離子交換容量平均為每 100g 相當于 213 和 223mg 物質(zhì)的量 (m.e) 。但實際天然沸石中含有不純物質(zhì)，所以純度較高的沸石交換容量 每 100g 不大于 200m.e ，一般為 100 150m.e 。沸石作為離子交換劑，具有特殊的離子交 換特性，對離子的選擇交換順序是： Cs(I )>Rb(I )>K(I )>NH4+>Sr(I )>Na( I )>

14、Ca(n )>Fe(川)>AI(川)>Mg( n )>Li( I )。工程設計應用 中，廢水 pH 值應調(diào)整到 6 9，重金屬大體上沒有什么影響；堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響，尤其是 Ca 對沸石的離子交換能力影響比 Na 和 K 更大。沸石吸附飽和后必 須進行再生，以采用再生液法為主，燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCI。由于廢水中含有Ca2+,致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低，要考慮補充和更新。3.2.6 化學沉淀法化學沉淀法是往水中投加某種化學藥劑， 與水中的溶解性物質(zhì)發(fā)生反應， 生成難溶于水 的鹽類，形成沉渣易去除，從而降低水中溶解性物質(zhì)的含

15、量。當在含有NH4+的廢水中加入PO43-和Mg2+離子時，會發(fā)生如下反應：NH4+PO43-+Mg2+ MgNH4PO4 J生成難溶于水的 MgNH4PO4沉淀物，從而達到去 除水中氨氮的目的。采用的常見沉淀劑是 Mg(OH)2和H3PO4，適宜的pH值范圍為9.0 11，投加質(zhì)量比 H3PO4/Mg(OH)2 為 1.53.5。廢水中氨氮濃度小于 900mg/L 時，去除率 在90%以上，沉淀物是一種很好的復合肥料。由于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。3.2.7 液膜法自從 1986 年黎念之發(fā)現(xiàn)乳狀