高氨氮废水处理技术

 

       简述了高浓度氨氮废水的危害,介绍了对高浓度氨氮废水处理的处理技术,并对高浓度氨氮废水处理工艺的优缺点做出了分析,对今后高氨氮废水的处理技术作出了展望。
一、引言

       随着人们生活水平的提高和对环境要求的加强、环境污染治理的加强和环保技术的发展,水体中有机物的代表指标-COD基本上得到有效控制,但是,含高氨氮废水达标排放没有得到有效控制,未经处理的含氮废水排放给环境造成了极大的危害,如易导致湖泊富营养化,海洋赤潮等。

       随着社会经济的发展,来源广泛的高氨氮废水处理越来越受到重视,像传统领域的化工、制革、屠宰等行业废水的预处理主要采用物化的吹脱工艺或投加氯系氧化剂的化学处理工艺,在市政污水处理方面,随着排放标准的提高,A/O或A/A/O的生化处理工艺得到了越来越广泛的应用。本文总结了高氨氮废水处理技术、现状及其发展趋势等。

二、高浓度氨氮废水处理技术简介

       许多方法都能够有效的处理氨氮,如物理化学法有吹脱、气提、折点加氯、离子交换、混凝沉淀、反渗透、电渗析及各种高级氧化技术(AOTs)等多种方法;生物方法有硝化及水藻等水生植物养殖。但具有应用方便,处理效果稳定、适应废水水质及比较经济等优点,并且目前实用性较好、研究较多、具有良好发展用前景的有:氨吹脱、化学沉淀法、高效生物脱氮法和高级氧化技术。

氨氮废水处理工艺流程

1.吹脱法

       吹脱法是目前处理氨氮废水最普遍应用的方法之一。研究主要集中在:吹脱设备(吹脱池、吹脱塔)、吹脱形式(自然吹脱、鼓风吹脱)、填料形式(规整填料、拉西环、聚丙烯鲍尔环等)吹脱参数(pH值、气水比、吹脱温度等)。

       吹脱法是将废水中的离子态铵(NH4+),通过调节pH值转化为分子态氨,随后被通入的空气或蒸汽吹出。影响吹脱效率的主要因素有:pH值、水温、布水负荷、气液比、足够的气液分离空间。研究结果表明:当pH=10~13,温度为30~50℃时,氨氮吹脱率为70.3%~99.3%。

       炼钢、石油化工、化肥、有机化工等行业的废水,常含有很高浓度的氨,因此常用蒸汽吹脱法处理。

       吹脱法通常用于高浓度氨氮废水的预处理,该处理技术优点在于除氨效果稳定,操作简单,容易控制。但如何提高吹脱效率、避免二次污染及如何控制生产过程水垢的生成都是氨吹脱法需要考虑的问题。

2.化学沉淀法(MAP法)

       化学沉淀法是在含有NH4+离子的废水中,投加Mg2+和PO43-,使之与NH4+生成难溶复盐磷酸氨镁MgNH4PO4·6H2O(简称MAP)结晶,通过沉淀,使MAP从废水中分离出来。

       化学沉淀法尤其适用于处理高浓度氨氮废水,且有90%以上的脱氮效率。在废水中无有毒有害物质时,磷酸氨镁是一种农作物所需的良好的缓释复合肥料。处理时,若pH值过高,易造成部分NH3挥发。建议缩短沉淀时间,适当降低pH值,以减少NH3挥发。沉淀剂最好使用MgO和H3PO4,这样不但可以避免带入其他有害离子,MgO还可以起到中和H+离子的作用。研究发现:在pH=8.6时,同时投加Na2HPO4和MgCl2可将氨氮从6518mg/L降至65mg/L。

       化学沉淀法处理高浓度氨氮废水工艺简单、效率高。但是,废水中的氨氮残留浓度还是较高;另外,药剂的投加量、沉淀物的出路及药剂投加引人的氯离子及磷造成的污染是需要注意的问题。

3.汽提法除氨技术

       原理:水中的氨,多以氨离子(NH+4)和游离氨(NH3)的状态存在,两者保持平衡关系为:NH3+H2O→NH+4+OH-这一平衡关系受PH值的影响,PH值升高时,平衡向右移动,游离氨的浓度增高。

       高浓度(>500mgNH3-N/L)废水,常用蒸汽进行吹脱。游离氨易于水中逸出,如加以曝气吹脱的物理作用,并使水的PH值升高,则可促使氨从水中逸出。只要采用一般的空气吹脱技术就可以做到。

       氨气脱除塔内设置填料,以促进空气与水的充分接触。废水在进入脱氨塔前,一般以石灰作为碱性物质对污水进行预处理,使废水的PH值上升到11左右。污水从塔的上部淋洒到填料上而形成水滴,在填料间隙依向下滴,同时用风机或空气压缩机从塔底向中吹送空气,使水、气能够充分接触,水滴不断地形成、破碎,游离氨呈气态从水中逸出。

       汽提除氨技术的优点是:除氨效果稳定;操作简便,容易控制。存在的问题是:逸出的游离氨易造成防形成水垢;对逸出的游离氨进行回。

4.折点加氯法

       折点加氯法是将氯气通入废水中达到某一点,在该点时水中游离氯含量最低,而氨的浓度降为零。氯化法的处理效率达90%~100%,但运行费用高,副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。而且氯化法并不适用于处理高浓度氨氮废水。

5.离子交换法

       离子交换法选用对离子有很强选择性的沸石作为交换树脂,从而达到去除氨氮的目的。但对高浓度的氨氮废水,会因树脂再生频繁而造成操作困难。离子交换法去除率高,但运行费用高,?再生液为高浓度氨氮废水,仍需进一步处理。

6.生物脱氮传统工艺-硝化/反硝化法

       传统的硝化/反硝化法是废水中的氨氮在好氧菌作用下,最终氧化生成硝酸盐,这一过程称为硝化反应。其反应下:

2NH4++3O2→2NO2-+4H++2H2O2NO2-+O2→2NO3-

总反应式为:

NH4++2O2→NO3-+2H++H2O
       反硝化反应是指在无氧条件下,反硝化菌将硝酸盐氮(NO3-)还原为氮气(N2)的过程。其反应如下:

4NO3-+5C(有机C)+H2O→2N2↑+5CO2+OH-

       反硝化菌属异养型兼性厌氧菌,在有氧存在时,它会以O2为电子受体进行好氧呼吸;在无氧而有NO3-或NO2-存在时,则以NO3-或NO2-为电子受体,以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应。生物处理对氨氮的降解彻底、运行费用低。是目前应用最为广泛的脱氮技术。传统的生物脱氮工艺是由Barth基于氨化、硝化及反硝化反应过程建立的三级活性污泥工艺。

       该系统因细菌生长环境条件优越,能够快速彻底地去除总氮。但该工艺流程复杂、处理设备多。上世纪80?年代初开创的前置反硝化工艺A/O,以其流程简单、碳源和碱度需求低的优势迅速成为一种重要的生物脱氮工艺。此后随着研究的深入,先后出现了生物接触氧化脱氮工艺、氧化沟脱氮工艺、SBR脱氮工艺及MBR脱氮工艺等新的生物处理技术。

7.膜法氨氮废水处理

       膜法脱氨氮氨水回收技术是我司自主研发的废水中脱氨氮/氨水回用的组合工艺,其基本原理是将废水分质分流:一支是脱高浓氨氮工艺段,另一支是脱低氨氮工艺段;先脱高浓氨,再脱低氨。高浓氨经过氨回收装置转为较高浓度的氨水(氨水可回用),脱氨后的废水排入脱低氨氮工艺段。在脱低氨氮工艺段,脱低氨经过稀酸吸收后转为含铵溶液,含铵溶液进一步加碱后再回到脱高浓氨氮工艺段进行脱氨氮回收成氨水。经过脱低氨氮工艺段后,废水氨氮可达到排放指标。氨回收装置采用真空膜蒸馏技术加加压冷凝成氨水的复合技术。

三、影响因素

       在处理高氨氮废水时,不论那种技术,PH、温度等都对高氨氮废水的处理有显著的影响。

       对于吹脱技术,影响其吹脱效果按显著程度依次为:pH值>气液比>水力负荷>氨氮负荷。当pH值介于10~11之间时,氨氮负荷、气液比和水力负荷对吹脱效率影响不显著,其中氨氮负荷的显著性几乎没有。当水温为27~30℃,气温为25~27℃,进水氨氮负荷为24.46~80.38kg/m2·m3时,在pH为11.0、气液比为3300、水力负荷为2.24m3/m2·h条件下,能得到较好的吹脱效果,出水氨氮浓度均低于20mg/L,氨氮去除率达到98?%以上。

       影响蒸汽吹脱效率因素有:蒸汽吹脱装置的合理设计;废水流量的控制;PH值:氨气脱除效果随PH值上升而提高,PH≥11;水温:水温升高,氨气脱除率也随之提高;布水负荷率:水必须以滴状下落,如以膜状下落,脱氨效果大大下降。当填料高于6.0m,布水负荷不宜超过180m3/(m2·d)足够的气液分离空间;适宜的氮冷凝系统。

       生物脱氮传统工艺-硝化/反硝化法技术处理,其影响因素有很多,硝化过程中要耗用大量的氧,一般认为溶解氧应控制在1.2~2.0mg/L以上,低0.5mg/L则硝化作用完全停止。硝化反应后有硝酸形成,使生化环境的酸提高,因此要求废水中应有足够的碱度来平衡硝化作用中产生的酸,一般要求硝化作用最适宜的pH值为7.5~8.5。

       反硝化过程中,理论的C/N应为2.86。当废水中的C/N大于2.86时才能充分满足反硝化对碳源的要求。废水中C/N愈小,反硝化去除率也愈低,工程运行中一般控制C/N在3.0以上。

       另外,SRT应控制在3-5天内,循环比、氧化还原电位、抑制性物质等都对高浓度氨氮废水的处理有一定的影响生物脱氮新工艺-短程硝化/反硝化处理技术,控制pH:7.8~8.0、DO:2.0mg/L、温度:25~30℃等条件是关键。

四、结论

       对于目前采用的各种氨氮脱除方法来说,每种方法都有自己的不足之处。折点氯化法存在安全、二次污染的问题,处理成本较高;化学沉淀法沉淀剂成本较高,不易控制最佳的沉淀条件;空气吹脱法、蒸汽气提法容易造成二次污染;离子交换法树脂再生问题没有解决。传统的生物脱氮法,它的主要问题是硝化菌生长强烈地受温度、碱度、溶解氧、COD的影响,同时,高浓度NH3-N和NO2--N废水会抑制硝化细菌生长,导致硝化过程效率低,生物系统的抗冲击能力较弱。

       而目前工业生产废水处理最常用、最彻底的方法是生化处理法,它可以高效率低成本地处理含氨氮废水,但是进水氨氮浓度一般不能超过500mg/L,否则将影响正常的运行,而且高浓度氨氮本身对微生物的活动和繁殖有抑制作用。

       因此,膜法氨氮废水处理是一种最新型的处理方法,具有工艺流程简单,操作维护方便,处理效果稳定,运行费用比传统法低廉,具有良好的环境效益:不产生二次污染,用水量和用气量大大减少,处理后的废水氨氮可达到排放指标。 。

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