據流體展,廢水中氨氮的構成主要有兩種,一種是氨水形成的氨氮,一種是無機氨形成的氨氮,主要是硫酸銨、氯化銨等。氨氮是造成水體富營養化的重要因素之一, 對這類污水進行回收利用時還會對管道中的金屬產生腐蝕作用, 縮短設備和管道的壽命,增加維護成本。
目前常用于處理低濃度氨氮工業廢水的技術主要有吸附法、折點氯化法、生物法、膜技術等。
01吸 附 法
吸附是一種或幾種物質(稱為吸附物)的濃度在另一種物質(稱為吸附劑)表面上自動發生變化的過程, 其實質是物質從液相或氣相到固體表面的一種傳質現象。
吸附法是處理低濃度氨氮廢水較有發展前景的方法之一。吸附法常利用多孔性固體作為吸附劑,根據吸附原理不同可分為物理吸附、化學吸附和交換吸附。
處理低濃度氨氮廢水較為理想的是離子交換吸附法,它屬于交換吸附方法的一種,利用吸附劑上的可交換離子與廢水中的NH4+ 發生交換并吸附NH3 分子以達到去除水中氨的目的, 這是一個可逆過程, 離子間的濃度差和吸附劑對離子的親和力為吸附過程提供動力。
具有良好吸附性能且常用的吸附劑有:沸石、活性炭、煤炭、離子交換樹脂等,根據其吸附原理的不同,這些吸附材料對不同吸附物的吸附效果不同。
該法一般只適用于低濃度氨氮廢水, 而對于高濃度的氨氮廢水,使用吸附法會因吸附劑更換頻繁而造成操作困難, 因此需要結合其他工藝來協同完成脫氮過程。
對于傳統的吸附劑如沸石、交換樹脂等, 其對氨氮的處理率較高, 一般能達到90%以上。
02折點氯化法
折點氯化法是污水處理工程中常用的一種脫氮工藝,其原理是將氯氣通入氨氮廢水中達到某一臨界點,使氨氮氧化為氮氣的化學過程,其反應方程式為:NH4++1.5HOCl→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
折點氯化法的優點為:處理效率高且效果穩定,去除率可達100%;該方法不受鹽含量干擾,不受水溫影響,操作方便;有機物含量越少時氨氮處理效果越好,不產生沉淀;初期投資少,反應迅速完全;能對水體起到殺菌消毒的作用。
但是折點氯化法僅適用于低濃度廢水的處理, 因此多用于氨氮廢水的深度處理。該方法的缺點是:液氯消耗量大,費用較高,且對液氯的貯存和使用的安全要求較高, 反應副產物氯胺和氯代有機物會對環境造成二次污染。
03生 物 法
生物法是指廢水中的氨氮在各種微生物作用下,通過硝化、反硝化等一系列反應最終生成氮氣,從而達到去除的目的。對于可生化性高的廢水(BOD/COD>0.3),氨氮可通過生物法脫除。
生物法具有操作簡單、效果穩定、不產生二次污染且經濟的優點,其缺點為占地面積大,處理效率易受溫度和有毒物質等的影響且對運行管理要求較高。
同時,在工業運用中應考慮某些物質對微生物活動和繁殖的抑制作用。此外,高濃度的氨氮對生物法硝化過程具有抑制作用, 因此當處理氨氮廢水的初始質量濃度<300 mg/L 時,采用生物法效果較好。
1、傳統生物硝化反硝化技術
傳統生物硝化反硝化脫氮處理過程包括硝化和反硝化兩個階段。硝化過程是指在好氧條件下,在硝酸鹽和亞硝酸鹽菌的作用下, 氨氮可被氧化成硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮;再通過缺氧條件,反硝化菌將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原成氮氣, 從而達到脫氮的目的。
傳統生物硝化反硝化法中,較成熟的方法有A/O 法、A2/O 法、SBR 序批式處理法、接觸氧化法等。
它們具有效果穩定、操作簡單、不產生二次污染、成本較低等優點。但該法也存在一些弊端,如必須補充相應的碳源來配合實現氨氮的脫除, 使運行費用增加;碳氮比較小時,需要進行消化液回流,增加了反應池容積和動力消耗;硝化細菌濃度低,系統投堿量大等。
2、新型生物脫氮技術
(1)短程硝化反硝化技術。短程硝化反硝化是在同一個反應器中,先在有氧的條件下,利用氨氧化細菌將氨氧化成亞硝酸鹽,阻止亞硝酸鹽進一步氧化,然后直接在缺氧的條件下, 以有機物或外加碳源作為電子供體,將亞硝酸鹽進行反硝化生成氮氣。
短程硝化反硝化與傳統生物脫氮相比具有以下優點:對于活性污泥法,可節省25%的供氧量,降低能耗;節省碳源,一定情況下可提高總氮的去除率;提高了反應速率, 縮短了反應時間, 減少反應器容積。
但由于亞硝化細菌和硝化細菌之間關系緊密,每個影響因素的變化都同時影響到兩類細菌, 而且各個因素之間也存在著相互影響的關系, 這使得短程硝化反硝化的條件難以控制。
(2)同時硝化反硝化技術。當硝化與反硝化在同一個反應器中同時進行時, 即為同時硝化反硝化(SND)。
廢水中溶解氧受擴散速度限制,在微生物絮體或者生物膜的表面,溶解氧濃度較高,利于好氧硝化菌和氨化菌的生長繁殖,越深入絮體或膜內部,溶解氧濃度越低,形成缺氧區,反硝化細菌占優勢,從而形成同時硝化反硝化過程。
有實驗表明當DO 為1mg/L,C/N=30,pH=7.2 時,COD、NH4+-N、TN 去除率分別為96%、95%、92%, 并發現在一定的范圍內,升高或降低反應器內DO 濃度后,TN 去除率都會下降。
同時硝化反硝化法節省反應器, 縮短了反應時間,且能耗低、投資省。
(3)厭氧氨氧化技術。厭氧氨氧化是指在缺氧或厭氧條件下,微生物以NH4+為電子受體,以NO2- 或NO3- 為電子供體進行的將NH4+。
厭氧氨氧化技術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過程中所需的中和試劑, 產生的污泥量少。
但目前為止,其反應機理、參與菌種和各項操作參數均不明確。
04膜 技 術
1、反滲透技術
反滲透技術是在高于溶液滲透壓的壓力作用下,借助于半透膜對溶質的選擇截留作用,將溶質與溶劑分離的技術,具有能耗低、無污染、工藝先進、操作維護簡便等優點。
利用反滲透技術處理氨氮廢水的過程中, 設備給予足夠的壓力,水通過選擇性膜析出,可用作工業純水,而膜另一側氨氮溶液的濃度則相應增高,成為可以被再次處理和利用的濃縮液。
在實際操作中,施加的反滲透壓力與溶液的濃度成正比, 隨著氨氮濃度的升高,反滲透裝置所需的能耗就越高,而效率卻是在下降。
2、電滲析法
電滲析是在外加直流電場的作用下, 利用離子交換膜的選擇透過性, 使離子從電解質溶液中分離出來的過程。電滲析法可高效地分離廢水中的氨氮,并且該方法前期投入小,能量和藥劑消耗低,操作簡單,水的利用率高,無二次污染副產物。
采用自制電滲析設備對進水電導率為2920 μS/cm, 氨氮質量濃度為534.59 mg/L 的氨氮廢水進行處理,通過實驗得到在電滲析電壓為55V,進水流量為24 L/h 這一最佳工藝參數條件下,可對實驗用水有效脫氮的結論,出水氨氮質量濃度為13 mg/L。
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