氨氮廢水處理七大技術
氨氮廢水處理七大技術
氨氮廢水的一般形成是由氨和無機氨的共同存在引起的。廢水中的氨氮主要有兩種，一種是氨形成的氨氮，另一種是無機氨形成的氨氮，主要是硫酸銨、氯化銨等。氨氮廢水主要來自化工、冶金、化肥、煤氣、煉焦、鞣革、味精、肉類加工養殖等行業。廢水及垃圾滲濾液等。氨氮廢水對魚類和某些生物也有毒。此外，當含有少量氨氮的廢水回用于工業時，會腐蝕一些金屬，尤其是銅，促進輸水管道和用水設備中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和設備。氨氮廢水的處理方法有很多，如化學沉淀、吹脫、化學氧化、生物、膜分離、離子交換、土壤灌溉等。本文總結了氨氮廢水處理方法的優缺點。
一、化學沉淀法
化學沉淀法稱為MMAP沉淀法，通過向含有氨氮的廢水中添加鎂化物磷酸或磷酸氫鹽，在廢水中添加鎂化物磷酸氫鹽，在NH4和Mg中進行反向沉淀，在PO4和Mg中進行反向沉淀反向沉淀，分子型為MgNH4P04.6H20，從而達到去除氨氮的目的。磷酸按鎂俗稱鳥糞石，可用作堆肥、土壤添加劑或建筑結構產品的阻火劑。反應方式如下：Mg²﹢＋NH4﹢＋PO4³﹣＝MgNH4P04
影響化學沉淀處理效果的主要因素有pH值、溫度、氨氮度和摩爾比(ng以及Mg濃度:n(NH4):n(P0)等。氨氮廢水以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑處理，結果表明，當pH值為10時，鎂.氮.磷的摩爾比為1.2:1:1.2時，處理效果更好。結果表明，MgC12+Na3PO4.12H20明顯優于其他沉淀劑組合。當pH值為10.0，溫度為30℃時，N(Mg/L):nn4+:n(PH4+)=1:1:1:1攪拌30min廢水中氨氮質量濃度從處理前的22mg/L降至17mg/L，去除率為92.3%。高濃度工業氨氮廢水處理采用化學沉淀法與液膜法相結合。在優化沉淀法工藝的條件下，氨氮去除率達到98.1%，再采用液膜法進一步處理，將氨氮濃度降低到0.005g/L，達到國家一級排放標準。對化學沉淀進行了改進研究，考察Mg²﹢以外的二價金屬離子（Ni²﹢，Mn²﹢，Zn²﹢，Cu²﹢，Fe²﹢）在磷酸根作用下對氨氮的去除效果。對硫酸銨廢水體系提出了CaSO4沉淀—MAP沉淀新工藝。結果表明，可以實現以石灰取代傳統的NaOH調節劑。
化學沉淀法的優點是，當氨氮廢水濃度較高時，生物法、折點氯化法、膜分離法、離子交換法等其他方法受到限制。此時可采用化學沉淀法進行預處理；化學沉淀法去除效率好，不受溫度限制，操作簡單；含磷酸灰鎂的沉淀污泥可用作復合肥，實現廢物利用，抵消部分成本；如果能與一些產生磷酸鹽廢水的工業企業和產生鹽鹵的企業合作，可以節約藥品成本，有利于大規模應用。化學沉淀法的缺點是受磷酸鐵鎂溶解度積的限制。廢水中氨氮達到一定濃度后，去除效果不明顯，投入成本大大增加。因此，化學沉淀法應與其他適合深度處理的方法一起使用；藥劑量大，污泥多，處理成本高；添加藥劑時，氯離子和余磷容易造成二次污染。
二.吹脫法
吹脫法去除氨氮是通過調節pH值到堿性，將廢水中的氨離子轉化為氨，使其主要以游離氨的形式存在，然后通過載氣將游離氨從廢水中帶出，從而達到去除氨氮的目的。影響吹脫效率的主要因素有pH值、溫度、氣液比、氣流速度、初始濃度等。目前，吹脫法廣泛應用于高濃度氨氮廢水處理中。研究了去除垃圾滲濾液中氨氮的方法，發現控制吹脫效率的關鍵因素是溫度、氣液比和pH值。水溫大于2590，氣液比約3500，pH=10.5，氨氮濃度高達2000-4000mg/L的垃圾滲濾液去除率可達90%以上。
結果表明，當pH=11.5時，吹脫溫度為80cc，吹脫時間為120min時，廢水中氨氮的去除率可達99.2%。高濃度氨氮廢水采用逆流吹脫塔吹脫，結果表明吹脫效率隨pH值增加；氣液比越大，氨吹脫傳質的驅動力越大，吹脫效率也越高。去除氨氮效果好，操作簡單，控制方便。對于吹出的氨氮，硫酸可用作吸收劑，硫酸錢可用于化肥。吹脫法是目前常用的物化脫氮技術。但吹脫法存在一些缺點，如吹脫塔內經常結垢、低溫氨氮去除效率低、吹脫氣體二次污染等。吹脫法一般與其他氨氮廢水處理方法結合使用，高濃度氨氮廢水采用吹脫法進行預處理。
氨氮廢水處理工藝如圖所示：
三、化學氧化法。
3.1折點氯化法。
折點氯化法除氨的機理是氯氣與氨反應產生無害氮氣，N2逸人大氣，使反應源源不斷向右。反應類型為：NH4﹢＋1.5HOCl→0.5N2＋1.5H20＋2.5H﹢＋1.5Cl﹣
當氯通人廢水達到一定點時，水中游離氯含量較低，氨濃度降至零；當氯通量超過這一點時，水中游離氯的量就會增加。因此，這一點被稱為折點，這種狀態下的氯化被稱為折點氯化。氨氮吹脫后含鉆廢水采用折點氯化法處理，其處理效果直接受到前置氨氮吹脫工藝效果的影響。廢水中70%的氨氮經吹脫工藝去除后，經折點氯化處理，出水氨氮濃度為15mg/L。以質量濃度為100mg/L的氨氮模擬廢水為研究對象，研究結果表明，影響次氯酸鈉氧化和去除氨氮的主次因素順序為氯和氨氮的量比。反應時間和pH值。折點氯化法脫氮效率高，去除率可達100%，使廢水中氨濃度降至零；效果穩定，不受溫度影響；投資設備少，反應快速完整；對水體起到殺菌作用。折點氯化法適用于氨氮廢水濃度為40mg/L，因此折點氯化法多用于氨氮廢水的深度處理。液氯安全使用和儲存要求高，處理成本高，副產物氯胺和氯代有機物會造成二次污染。
3.2催化氧化法
催化氧化法是在一定溫度和壓力下，通過催化劑的作用，將污水中的有機物和氨氧化分解成CO2.N2、H2O等無害物質，達到凈化的目的。影響催化氧化處理效果的因素包括催化劑特性、溫度、反應時間、pH值、氨氮濃度、壓力、攪拌強度等。臭氧氧化氨氮的降解過程表明，當pH值增加時，產生高氧化能力的HO自由基，氧化速率顯著加快。臭氧可以將氨氮氧化成亞硝酸鹽，將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。隨著時間的推移，水中氨氮的濃度降低，氨氮的去除率約為82%。氨氮廢水由CuO-Mn02-Ce02處理。復合催化劑的氧化活性顯著提高，適宜的工藝條件為255℃，4.2MPa和pH=10.8。初始濃度為1023mg/L的氨氮廢水，氨氮去除率可達98%，達到國家二級(50mg/L)排放標準。硫酸錢溶液中的氨氮降解率調查了沸石負載TiO2光催化劑的催化性能。結果表明，Ti02/沸石光催化劑的最佳輸送量為1.5g/L，在紫外線照射下反應4小時。廢水氨氮去除率可達98.92%。高鐵和納米二氧化欽在紫外線下結合去除難降解有機苯酚和氨氮。結果表明，對于濃度為50mg/L的氨氮溶液，當pH=9.0時，實施納米二氧化欽與高鐵聯用，氨氮的去除率為97.5%，比單獨用高鐵或單獨用納米二氧化欽分別提高了7.8%和22.5%。催化氧化法具有凈化效率高、流程簡單、占底面積少等有點，多用于處理高濃度氨氮廢水。應用難點在于如何防止催化劑流失以及對設備的腐蝕防護。
3.3電化學氧化法
電化學氧化法是指利用具有催化活性的電極氧化去除水中污染物的方法。影響因素有電流密度、進水流量、出水放置時間和點解時間等。含氨氮廢水在循環流動式電解槽中的電化學氧化，其中陽極為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網狀電極，陰極為網狀鈦電極。結果表明，在氯離子濃度為400mg/L，初始氨氮濃度為40mg/L，進水流量為600mL/min，電流密度為20mA/cm²，電解時間為90min時，氨氮去除率為99.37%。表明電解氧化含氨氮廢水具有較好的應用前景。
四、生物法
4.1傳統生物脫氮技術
傳統生物法是在各種微生物作用下，經過硝化、反硝化等一系列反應將廢水中的氨氮轉化為氮氣，從而達到廢水治理的目的。傳統生物法去除氨氮需要經過兩個階段，第一階段為硝化過程，在有氧條件下硝化菌將氨轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽;第二階段為反硝化過程，在無氧或低氧條件下，反硝化菌將污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽轉化為氮氣。傳統生物法去除氨氮的機理如下:工程應用中主要有A/0、A~2/O,UCT,氧化溝以及SBR工藝等，是生物脫氮工業中應用較為成熟的方法。影響生物脫氮技術的因素主要有:PH值、溫度、溶解氧、有機碳源等。采用物化一水解酸化一A/0(厭氧/好氧)組合法處理焦化廢水，工程實踐表明，運行穩定且處理效果好，出水水質達到GB8978-1996規定中的二級標準。采用A/0法處理綜合廢水，氨氮去除率達到68%。二級缺氧一好氧生物脫氮技術在味精行業廢水處理中的應用進行檢測，結果表明，處理效果持續穩定，氨氮的去除率可達到94%以上，實現了味精廢水氨氮達標排放要求。傳統生物法處理氨氮廢水具有效果穩定、操作簡單、不產生二次污染、成本較低等優點。該法也存在一些弊端，如當廢水中C/N比值較低時必須補充碳源，對溫度要求相對嚴格，低溫時效率低，占地面積大，需氧量大，有些有害物質如重金屬離子等對微生物有壓制作用，需在進行生物法之前去除，此外，廢水中，氨氮濃度過高對硝化過程也產生抑制作用，所以在處理高濃度氨氮廢水前應進行預處理，使氨氮廢水濃度小于300mg/L。傳統生物法適用于處理含有有機物的低濃度氨氮廢水，如生活污水、化工廢水等。
4.2新型生物脫氮技術
4.2.1同時硝化反硝化（SND）
當硝化與反硝化在同一個反應器中同事進行時，稱為同時消化反硝化（SND）。廢水中的溶解氧受擴散速度限制在微生物絮體或者生物膜上的微環境區域產生溶解氧梯度，使微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧梯度，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，產生缺氧區，反硝化菌占優勢，從而形成同時消化反硝化過程。影響同時消化反硝化的因素有PH值、溫度、堿度、有機碳源、溶解氧及污泥齡等。Carrousel氧化溝中有同時硝化/反硝化現象存在，在Carrousel氧化溝曝氣葉輪之間的溶解氧濃度是逐漸降低的，且Carrousel氧化溝下層溶解氧低于上層。在溝道的各部分硝態氮的形成和消耗速度幾乎相等，溝道中氨氮始終保持很低的濃度，這就表明硝化及反硝化反應在Carrousel氧化溝中同時發生。生活污水的處理。認為CODCr越高，反硝化越完全，TN去除效果越好。溶解氧對同時硝化反硝化的影響較大，溶解氧控制在0.5~2mg/L時，總氮去除效果好。同時硝化反硝化法節省反應器，縮短反應時間，能耗低，投資省，易保持pH值穩定。
4.2.2短程消化反硝化
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，然后在缺氧的條件下，以有機物或外加碳源作電子供體，將亞硝酸鹽直接進行反硝化生成氮氣。短程硝化反硝化的影響因素有溫度、游離氨、pH值、溶解氧等。溫度對不含海水的城市生活污水和含30%海水的城市生活污水短程硝化的影響。結果表明:對于不含海水的城市生活污水，提高溫度有利于實現短程硝化，生活污水中海水比例為30%時中溫條件下可以較好地實現短程硝化。SHARON工藝，利用高溫(大約30-4090)有利于亞硝酸菌增殖的特點，使硝酸菌失去競爭，同時通過控制污泥齡淘汰硝酸菌，使硝化反應處于亞硝化階段。根據亞硝酸菌與硝酸菌對氧親和力的不同，OLAND工藝，通過控制溶解氧淘汰硝酸菌，來實現亞硝酸氮的積累。采用短程硝化反硝化處理焦化廢水的中試結果表明，進水COD,氨氮,TN和酚的濃度分別1201.6,510.4,540.1和110.4mg/L時，出水COD,氨氮,TN和酚的平均濃度分別為197.1,14.2,181.5和0.4mg/L，相應的去除率分別為83.6%,97.2%、66.4%和99.6%。短程硝化反硝化過程不經歷硝酸鹽階段，節約生物脫氮所需碳源。對于低C/N比的氨氮廢水具有一定的優勢。短程硝化反硝化具有污泥量少，反應時間短，節約反應器體積等優點。但短程硝化反硝化要求穩定、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑制硝化菌的活性成為關鍵。
4.2.3厭氧氨氧化
厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝態氮或硝態氮為電子受體，利用自養菌將氨氮直接氧化為氮氣的過程。溫度和PH值對厭氧氨氧化生物活性的影響，結果表明，該微生物的最佳反應溫度為30℃,pH值為7.8。厭氧氨氧化反應器處理高鹽度、高濃度含氮廢水的可行性。結果表明，高鹽度顯著抑制厭氧氨氧化活性，這種抑制具有可逆性。在30g.L-1(以NaC1計)鹽度條件下，未馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對照(無鹽水質條件)低67.5%;馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對照低45.1%。由高鹽度環境轉移到低鹽度環境〔無鹽水)時，馴化污泥的厭氧氨氧化活性可提高43.1%。但反應器長期運行于高鹽度條件下，容易出現功能衰退。與傳統生物法相比，厭氧氨氧化無需外加碳源，需氧量低，無需試劑進行中和，污泥產量少，是較經濟的生物脫氮技術。厭氧氨氧化的缺點是反應速度較慢，所需反應器容積較大，且碳源對厭氧氨氧化不利，對于解決可生化性差的氨氮廢水具有現實意義。
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