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氨氮废水处理技术 多样化选择各具优势

作者:小编时间:2022-05-12 13:02:47次浏览

信息摘要:

目前,污水中氨氮含量过高的问题已引起人们的重视,相关的处理技术也纷纷涌现。生物脱氮法、物理化学脱氮法、断点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法各有优势。随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高,氮化合物的排放量急剧增加。它已成为环境的主要污染源,引起了社会各界的广泛关注。经济有效地控制废水中的氨氮污染已成为环保工作者面临的重大问题。1. 氨氮废水的来源含氮物质进入水环境的途径主要包括自然过程和人

目前,污水中氨氮含量过高的问题已引起人们的重视,相关的处理技术也纷纷涌现。生物脱氮法、物理化学脱氮法、断点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法各有优势。

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高,氮化合物的排放量急剧增加。它已成为环境的主要污染源,引起了社会各界的广泛关注。经济有效地控制废水中的氨氮污染已成为环保工作者面临的重大问题。


1. 氨氮废水的来源

含氮物质进入水环境的途径主要包括自然过程和人类活动。含氮物质进入水环境的自然来源和过程主要包括降水降尘、非城市径流和生物固氮。合成化肥是水体氮素营养的主要来源。农作物未使用的大量氮化合物大多通过农田排水和地表径流进入地下水和地表水。近年来,随着经济的发展,任意排放越来越多的含氮污染物对环境造成了很大的危害。废水中氮以多种形式存在,如有机氮、氨氮(NH4 + - n)、硝态氮(NO3——n)和亚硝酸盐氮(NO2——n),其中氨氮是主要形式之一。废水中的氨氮是指以游离氨和离子铵形式存在的氮,主要来自生活污水、焦化、合成氨等工业废水以及农田排水中含氮有机物的分解。氨氮污染源多,排放量大,排放浓度变化大。


2 .氨氮废水的危害

水环境中氨氮超标会造成很多有害影响:

(1)由于NH4 + - N的氧化,水体中的溶解氧浓度会降低,导致水体发黑发臭,水质下降,影响水生动植物的生存。在适宜的环境条件下,有机氮废水中包含将被转换为NH4 + - N,这是一种无机氮具有较强的还原能力和将进一步转化为NO2——N和NO3——N。根据生化反应的化学计量关系,1gnh4 + - n氧化为NO2——n需要消耗3.43 g氧气,而氧化为NO3——n需要消耗4.57 g氧气。

(2)水体中氮含量过高会导致水体富营养化,造成一系列严重后果。由于氮的存在,光合微生物(主要是藻类)的数量增加,即水体发生富营养化。结果造成过滤器堵塞,缩短了过滤器的运行周期,从而增加了水处理的成本;妨碍水上运动;藻类新陈代谢的产物可以产生导致颜色和味道的化合物;由于蓝藻产生的毒素,牲畜受损,鱼类死亡;由于藻类腐烂,水体出现缺氧现象。

(3)水体中的No2—N和NO3—N对人体和水生生物有害。长期饮用NO3—N含量超过10mg / L的水会导致高铁血红蛋白综合征。当血液中高铁血红蛋白含量达到70mg / L时,会发生窒息。水中NO2—N与胺的作用会产生亚硝胺,是一种“三致”物质。NH4 + - N与氯反应生成氯胺,其消毒效果不如游离氯。因此,当NH4 + - N存在时,水处理厂需要更多的氯,从而增加了处理成本。


3. 氨氮废水处理的主要技术

目前国内外处理氨氮废水的方法很多,如断点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法和生物脱氨法等。这些技术可分为物理化学法和生物脱氮技术。

生物脱氮

微生物脱除氨氮的过程需要经过两个阶段。这个阶段就是硝化过程。硝化细菌和硝化细菌在好氧条件下将氨氮转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。二阶段是反硝化过程。在无氧或低氧条件下,污水中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮通过反硝化细菌(发现异养和自养微生物,种类繁多)还原转化为氮。在这个过程中,有机物质(甲醇、乙酸、葡萄糖等)被氧化为电子给体提供能量。常见的生物反硝化工艺可分为多级污泥系统、单级污泥系统和生物膜系统三大类。

多级污泥系统

该工艺可获得较好的BOD5去除效果和反硝化效果。其缺点是工艺时间长、结构多、基本建设成本高、附加碳源、运行成本高、废水中有残余甲醇等。

单级污泥系统

单级污泥系统的形式有预脱氮系统、后脱氮系统和交替作业系统。预反硝化的生物反硝化过程通常称为a / O过程。与传统的生物反硝化工艺相比,a / O工艺具有工艺简单、结构少、基本建设成本低、无额外碳源、出水水质好等优点。后脱氮系统由于混合液缺乏有机质,一般需要手动添加碳源,但脱氮效果可以高于预脱氮系统,理论上可以接近100%的脱氮。交替操作的生物脱氮过程主要由两个串联槽组成。通过改变进口和出口的方向,两个储罐在缺氧和好氧条件下交替运行。该系统本质上仍是A / O系统,但采用了交替做功的方式,避免了混液回流,因此脱氮效果优于一般A / O工艺。其缺点是运行管理成本高,一般须配置计算机控制的自动操作系统。

生物膜系统

将上述a / O系统中的缺氧池、好氧池转化为固定式生物膜反应器,形成生物膜反硝化系统。该系统应有混合液回流,但不要求污泥回流。厌氧好氧反应器中保存了适合反硝化、好氧氧化和硝化的两种污泥系统。

物理化学脱氮

物理化学脱氮常用的物理化学方法有:断点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法、液膜法、电渗析法和催化湿式氧化法。

断点氯化

间断点氯化是一种氧化法处理氨氮废水。它使用水中的氨与氯反应产生氮,并从水中除去氨。这种方法也可以起到杀菌和有机物无机部分的作用,但氯化处理后的出水中存在余氯,需要进一步脱氯。

在含氨的水中加入次氯酸HClO。当pH值接近中性时,随着次氯酸的加入,将逐步进行以下主要反应:

NH3 + HClO→NH2Cl + H2O①

②NH2Cl + HClO→NHCl2 + H2O

NH2Cl + NHCl2→N2 + 3H+ + 3Cl-③

当氯用量与氨氮之比(简称CL / N)低于5.07时,先进行式①反应生成一氯胺(NH2Cl),水中余氯浓度增加。然后,随着次氯酸用量的增加,一氯胺按式②反应生成二氯胺(nhcl2)。同时进行式③反应,将水中的N以N2的形式去除。因此,余氯在水中的浓度随Cl / N的增加Cl / N比达到一定值时,剩余次氯酸(即自由余氯)由于非反应增加,和余氯在水中的浓度增加了。这个小值的点称为不连续点(通常称为断点)。此时,根据理论计算CL / N为7.6;在废水处理中,由于氯与废水中的有机物发生反应,C1 / N应高于7.6的理论值,通常为10。此外,当pH不在中性范围时,酸性条件下生成的三氯胺较多,碱性条件下生成的硝酸较多,反硝化效率降低。

当pH值为6-7时,每mg氨氮氯的投加量为10mg,接触时间为0.5-2.0h,氨氮去除率为90% - 100%。因此,该方法适用于低浓度氨氮废水。

实际处理所需的氯量取决于温度、pH值和氨氮浓度。有时需要9-10毫克氯来氧化每毫克氨氮。氯化法处理的出水一般需要活性炭或SO2进行反氯化处理后排放,以去除水中的余氯。氯化反应虽然速度快,设备投资少,但对液氯的安全使用和储存要求高,处理成本也高。用次氯酸或二氧化氯发生器代替液氯,既安全又能降低运行成本。目前国内氯气发生器的氯气生产规模过小,价格昂贵。因此,氯化法一般适用于供水的处理,不适合处理大量高浓度氨氮废水。


化学沉淀的方法

化学沉淀的方法是某些化学剂添加到水和与水中的可溶性物质反应形成盐,很难溶于水,形成沉积物,很容易去除,以减少水中的可溶性物质的内容。当向含NH4 +的废水中加入PO43 -和Mg2 +离子时,会发生以下反应:

NH4 + + PO43 - + Mg2 +→MgNH4PO4↓④生成不溶于水的MgNH4PO4沉淀,从而达到去除水中氨氮的目的。常用沉淀剂为Mg (OH) 2和H3PO4,适宜的pH范围为9.0-11,H3PO4 / Mg (OH) 2的质量比为1.5-3.5。当废水中氨氮浓度小于900MG / L时,去除率可达90%以上,底泥是较好的复合肥。由于Mg (OH) 2和H3PO4价格高、成本高,处理高浓度氨氮废水是可行的,但该方法在废水中添加了PO43 -,容易造成二次污染。


离子交换法

离子交换法的实质是废水中可交换离子对不溶性离子化合物(离子交换剂)与其他同性离子之间的交换反应。它是一种特殊的吸附过程,通常是可逆的化学吸附。沸石是一种天然离子交换材料。其价格远低于阳离子交换树脂,且对NH4 + - N有选择性吸附能力,阳离子交换容量大。纯丝光沸石和斜发沸石的平均阳离子交换量分别为213和223mg / 100g (M.E)。但是实际的天然沸石含有不纯物质,所以高纯度沸石的交换容量每100g e不超过200m,一般为100-150m e。沸石作为一种离子交换剂,具有特殊的离子交换特性。离子交换的顺序是CS (I) > Rb (I) > k (I) > > NH4 + Sr (I) > Na (I) > Ca (II) >铁(III) > Al Mg(2)(3) > >李(I)。在工程设计和应用,废水的pH值应该调整到6 - 9,和重金属对整个没有影响;除沸石中的碱和Na外,K对金属离子交换容量的影响较大,尤其是Na。沸石吸附达到饱和后,须进行再生。主要采用再生液法,很少采用燃烧法。再生液主要采用NaOH和NaCl。由于废水中含有Ca2 +,沸石对氨的去除率不可逆转地降低,应考虑补充更新。


吹洗方法

吹脱法是将废水调至碱性,然后将空气或蒸汽引入汽提塔,通过气液接触将废水中的游离氨吹至大气中。当引入蒸汽时,可以提高废水的温度,从而提高在一定pH值下氨的脱氨率。采用该方法处理氨时,应考虑排放的游离氨总量应达到氨的大气排放标准,避免二次污染。低浓度废水一般采用常温吹出,高浓度废水在炼钢、石化、化肥、有机化工、有色金属冶炼等行业常采用蒸汽吹出。


液膜法

许多人认为液膜分离可能成为继萃取之后的二代分离净化技术,尤其适用于低浓度金属离子的净化和废水处理。乳状液膜法脱氨机理为:氨氮NH3-N易溶于膜相的油相中。它通过膜相的扩散和迁移,从膜相外高浓度的外部移动到内相与内相的界面,在膜内相与酸解离。生成的NH4 +在膜油相不溶,在膜内相稳定。在膜内外两侧氨氮浓度差异的驱动下,氨分子继续吸附,渗透扩散迁移到膜相内侧进行解吸,从而达到分离脱除氨氮的目的。


电渗析

电渗析是一种膜分离技术,利用正负膜对之间施加的电压去除水溶液中的溶解固体。在电渗析室的阳离子和阴离子透膜之间施加直流电压。当进水通过多对阳离子和阴离子透膜时,铵离子等离子在外加电压的影响下通过膜进入另一侧浓水中,聚集在浓水中,从而与进水分离。


催化湿式氧化

催化湿式氧化是20世纪80年代国际上发展起来的一种污水处理新技术。污水中的有机物和氨在一定的温度、压力和催化剂的作用下,通过空气氧化,分别被氧化分解为CO2、N2和H2O等无害物质,从而达到净化的目的。该方法具有净化效率高(废水净化后可达到饮用水标准)、工艺简单、占地面积小的特点。经过多年的应用和实践,该污水处理方法的建设和运行成本仅为常规方法的60%左右,具有很强的技术和经济竞争力。

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