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工业废水中氨氮处理办法

作者:admin  来源:   更新时间:2015-03-06  阅读数:472
近年来,中国社会经济高速开展,对矿产资本尤其是稀土资本发作了无穷需求。可是,稀土锻炼进程中会发作很多高氨氮废水。中国已将氨氮纳入了“十二五”环境污染物束缚性操控目标,对锻炼职业废水排放拟定了更为严厉的规范,规定从2012 年开端,铅锌职业废水氨氮直接排放规范需操控在8mg/L 以下。在此布景下,怎么选用高效经济的办法对其进行处理,已变成水污染操控工程技能研讨的要点。
当前,工业氨氮废水处理的办法首要有物理化学办法和生物办法,其间,常用的吹脱法、吸附法、膜技能、化学沉积法、化学氧化法归于物理化学办法。生物办法可分为传统硝化反硝化法和新式的短程硝化反硝化法、一起硝化反硝化法、厌氧氨氧化法等。可是因为水质目标的不一样和技能条件的约束,关于不一样种类的废水,选用的处理技能有很大区别,如在
高浓度氨氮废水处理进程中常选用吹脱-生物法、吹脱-折点氯化法、化学沉积-生物法等;而在低浓度氨氮废水处理中思考到本钱和效益疑问常选用吸附法、生物法等〔1〕。笔者将对含氨氮废水不一样处理技能及其作用等进行剖析和总结,为其工业化处理进程中在挑选技能办法和规划参数时供给参阅。
1 高浓度氨氮废水处理技能
高浓度氨氮废水是指氨氮质量浓度大于500mg/L
的废水。随同石油、化工、冶金、食物和制药等工业的开展,以及人民生活水平的不断进步,工业废水和城市生活污水中氨氮的含量急剧上升,出现氨氮污染源多、排放量大,并且排放的浓度增大的特色〔2〕。当前关于高氨氮废水的处理技能首要运用吹脱法、化学沉积法等。
1.1 吹脱法
将空气通入废水中,使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相,使废水得到处理的进程称为吹脱,常见的技能流程见图
1。
图 1 吹脱法处理氨氮废水技能流程
吹脱法的根本原理是气液相平衡和传质速度理论。将氨氮废水pH
调理至碱性,此时,铵离子转化为氨分子,再向水中通入气体,使其与液体充沛触摸,废水中溶解的气体和挥发性氨分子穿过气液界面,转至气相,然后到达去掉氨氮的意图〔3〕。常用空气或水蒸气作载气,前者称为空气吹脱,后者称为蒸汽吹脱。
蒸汽吹脱法功率较高,氨氮去掉率能到达90%以上,但能耗较大,通常使用在炼钢、化肥、石油化工等职业,其长处是可收回运用氨,经过吹脱处理后可收回到氨质量分数达30%以上的氨水。空气吹脱法的功率虽比蒸汽法的低,但能耗低、设备简略、操作便利。在氨氮总量不高的情况下,选用空气吹脱法比照经济,一起可用硫酸作吸收剂吸收吹脱出的氨氮,生成的硫酸铵可制成化肥。可是在大规模的氨吹脱-汽提塔出产进程中,发作水垢是较棘手的疑问。经过安装喷淋水体系可有用处理软质水垢疑问,可是关于硬质水垢,喷淋设备也无法消除。此外,低温时氨氮去掉率低,吹脱的气体构成二次污染。因而,吹脱法通常与其他氨氮废水处理办法联合运用,用吹脱法对高浓度氨氮废水进行预处理。
很多学者对吹脱法用于不一样的氨氮废水处理进行了试验研讨,别离得到其最好吹脱技能条件,见表 1。
经过比照剖析表 1 能够得出:(1)吹脱法遍及适的pH 在11 邻近;(2)思考经济要素,温度在30~40 ℃邻近较为可行,且处理率高;(3)吹脱时刻为3
h摆布;(4)气液比在5 000∶1
摆布作用较好,且吹脱温度越高,气液比越小;(5)吹脱后废水的浓度可降低到中低浓度;(6)脱氮率根本坚持90%以上。虽然吹脱法能够将大有些氨氮脱除,但处理后的废水中氨氮依然高达100
mg/L 以上,无法直接排放,还需求后续深度处理。
1.2
化学沉积法(磷酸铵镁沉积法)
化学沉积法的原理,是向氨氮污水中投加含Mg2+和PO43-的药剂,使污水中的氨氮和磷以鸟粪石(磷酸铵镁)的办法沉积出来,一起收回污水中的氮和磷〔2〕。
化学沉积法的长处首要表如今:
技能规划操作相对简略;反响安稳,受外界环境影响小,抗冲击能力强;脱氮率高,作用明显,生成的磷酸铵镁可作为无机复合肥运用,因而处理了氮的收回和二次污染的疑问,具有杰出的经济和环境效益。
磷酸铵镁沉积法适用于处理氨氮浓度较高的工业废水,表 2 总结了一些运用化学沉积法处理氨氮废水的事例。
经过对表 2 的比照,磷酸铵镁沉积法处理氨氮废水的适合条件是:pH 约为9.0,n(P)∶n(N)∶n(Mg)在1∶1∶1.2
摆布,磷酸铵镁沉积法的脱氮率能保持在较高水平,遍及能够到达90%以上。
2 低浓度氨氮工业废水处理技能
因为技能和处理本钱方面的原因,中国很多公司在排放污水时仅对COD
进行深度处理,而通常疏忽了对低浓度氨氮的处理。废水中氨氮的构成首要有两种,一种是氨水构成的氨氮,一种是无机氨构成的氨氮,首要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是构成水体富营养化的重要要素之一,对这类污水进行收回运用时还会对管道中的金属发作腐蚀作用,缩短设备和管道的寿命,添加保护本钱〔14〕。当前工业上常用于处理低浓度氨氮的技能首要有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技能等。
2.1
吸附法
吸附是一种或几种物质(称为吸附物)的浓度在另一种物质(称为吸附剂)外表上主动发作改变的进程,其实质是物质从液相或气相到固体外表的一种传质表象。
吸附法是处理低浓度氨氮废水较有开展前景的办法之一。吸附法常运用多孔性固体作为吸附剂,依据吸附原理不一样可分为物理吸附、化学吸赞同交流吸附。处理低浓度氨氮废水较为抱负的是离子交流吸附法,它归于交流吸附办法的一种,运用吸附剂上的可交流离子与废水中的NH4+发作交流并吸附NH3分子以到达去掉水中氨的意图,这是一个可逆进程,离子间的浓度差和吸附剂对离子的亲和力为吸附进程供给动力〔15〕。
具有杰出吸附功能且常用的吸附剂有: 沸石、活性炭、煤炭、离子交流树脂等,依据其吸附原理的不一样,这些吸附材料对不一样吸附物的吸附作用不一样。
该法通常只适用于低浓度氨氮废水,而关于高浓度的氨氮废水,运用吸附法会因吸附剂替换频频而构成操作艰难,因而需求结合其他技能来协同完结脱氮进程。
供吸附法运用的吸附剂很多,但不一样吸附剂对废水中氨氮的吸附量却有很大不一样,表 3 比照了有些吸附剂的吸附作用。
由表 3 能够看出,关于传统的吸附剂如沸石、交流树脂等,其对氨氮的处理率较高,通常能到达90%以上。
2.2
折点氯化法
折点氯化法是污水处理工程中常用的一种脱氮技能,其原理是将氯气通入氨氮废水中到达某一临界点,使氨氮氧化为氮气的化学进程〔21〕,其反响方程式为:
折点氯化法的长处为:处理功率高且作用安稳,去掉率可达100%;该办法不受盐含量搅扰,不受水温影响,操作便利;有机物含量越少时氨氮处理作用越好,不发作沉积;前期出资少,反响敏捷彻底;能对水体起到灭菌消毒的作用。可是折点氯化法仅适用于低浓度废水的处理,因而多用于氨氮废水的深度处理。该办法的缺陷是:液氯耗费量大,费用较高,且对液氯的储存和运用的安全需求较高,反响副产物氯胺和氯代有机物会对环境构成二次污染。
宋卫锋等〔22〕关于含钴废水氨氮高、含盐量高、难以生化处理等特征,选用折点氯化法进行了试验室研讨和工程实习。原水水质选用的是西北某镍钴出产基地某车间出产的废水,当废水中70%的氨氮经吹脱技能去掉后,再经折点氯化法处理,出水氨氮质量浓度<15
mg/L。
黄海明等〔23〕在选用折点氯化法去掉NH4+>-N
的研讨进程中,选用模仿废水和实践废水相结合的试验办法进行研讨,结果表明关于不一样初始浓度的废水,当pH=7,Cl-与NH4+质量浓度比为7∶1,反响时刻为10~15
min 摆布时,NH4+-N 去掉率高达98%。
2.3 生物法
生物法是指废水中的氨氮在各种微生物作用下,经过硝化、反硝化等一系列反响终究生成氮气,然后到达去掉的意图,其脱氮路径如图 2
所示。关于可生化性高的废水(BOD/COD>0.3),氨氮可经过生物法脱除。
图 2 生物脱氮的路径
用生物法处理含氨氮废水时,有机碳的相对浓度是思考的首要要素,保持最好碳氮比也是生物法成功的要害之一。
生物法具有操作简略、作用安稳、不发作二次污染且经济的长处,其缺陷为占地面积大,处理功率易受温度和有毒物质等的影响且对运转办理需求较高。一起,在工业运用中应思考某些物质对微生物活动和繁衍的抑制作用。此外,高浓度的氨氮对生物法硝化进程具有抑制作用,因而当处理氨氮废水的初始质量浓度<300
mg/L 时,选用生物法作用较好。
J. Kim 等〔24〕选用小球藻处理美国俄亥俄州辛辛那提磨溪污废水中的氨氮,试验结果表明,小球藻在阅历24 h 的迟延期后,在48 h
内氨氮去掉率可达50%。
2.3.1
传统生物硝化反硝化技能
传统生物硝化反硝化脱氮处理进程包含硝化和反硝化两个期间。硝化进程是指在好氧条件下,在硝酸盐和亚硝酸盐菌的作用下,氨氮可被氧化成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮;再经过缺氧条件,反硝化菌将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原成氮气,然后到达脱氮的意图。
传统生物硝化反硝化法中,较老练的办法有A/O 法、A2/O 法、SBR
序批式处理法、触摸氧化法等。它们具有用果安稳、操作简略、不发作二次污染、本钱较低一级长处。但该法也存在一些坏处,如有必要弥补相应的碳源来合作完成氨氮的脱除,使运转费用添加;碳氮比照小时,需求进行消化液回流,添加了反响池容积和动力耗费;硝化细菌浓度低,体系投碱量大等。
杨小俊等〔25〕经过A/O 膜生物反响器处理气浮池出水中的氨氮,试验结果表明,当氨氮和COD 容积负荷别离在0.04~0.08、0.30~0.84
kg/(m3·d)时,处理后水中氨氮质量浓度小于5 mg/L。
2.3.2
新式生物脱氮技能
(1)短程硝化反硝化技能。短程硝化反硝化是在同一个反响器中,先在有氧的条件下,运用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐,阻挠亚硝酸盐进一步氧化,然后直接在缺氧的条件下,以有机物或外加碳源作为电子供体,将亚硝酸盐进行反硝化生成氮气。
短程硝化反硝化与传统生物脱氮对比具有以下长处:关于活性污泥法,可节约25%的供氧量,降低能耗;节约碳源,必定情况下可进步总氮的去掉率;进步了反响速率,缩短了反响时刻,削减反响器容积。但因为亚硝化细菌和硝化细菌之间联系严密,每个影响要素的改变都一起影响到两类细菌,并且各个要素之间也存在着相互影响的联系,这使得短程硝化反硝化的条件难以操控。当前短程硝化反硝化技能仍处在人工配水试验期间,对此表象的理论解说还不充沛。
(2)一起硝化反硝化技能。当硝化与反硝化在同一个反响器中一起进行时,即为一起硝化反硝化(SND)。废水中溶解氧受扩散速度约束,在微生物絮体或许生物膜的外表,溶解氧浓度较高,利于好氧硝化菌和氨化菌的成长繁衍,越深化絮体或膜内部,溶解氧浓度越低,构成缺氧区,反硝化细菌占优势,然后构成一起硝化反硝化进程。
邹联沛等〔26〕对膜生物反响器体系中的一起硝化反硝化表象进行了研讨,试验结果表明,当DO 为1mg/L,C/N=30,pH=7.2
时,COD、NH4+-N、TN 去掉率别离为96%、95%、92%,并发如今必定的范围内,升高或降低反响器内DO 浓度后,TN 去掉率都会降低。
一起硝化反硝化法节约反响器,缩短了反响时刻,且能耗低、出资省。但当前关于同步硝化反硝化的研讨尚处于试验室期间,其作用机理及动力学模型需做进一步的研讨,其工业化运用尚难完成。
(3)厌氧氨氧化技能。厌氧氨氧化是指在缺氧或厌氧条件下,微生物以NH4+ 为电子受体,以NO2- 或NO3- 为电子供体进行的NH4+、NO2-
或NO3- 转化成N2的进程〔27〕。
何岩等〔28〕研讨了SHARON
技能与厌氧氨氧化技能联用技能处理“中老龄”垃圾渗滤液的作用,试验结果表明,厌氧氨氧化反响器可在具有硝化活性的污泥中完成发动;
在进水氨氮和亚硝酸氮质量浓度不超越250 mg/L 的条件下,氨氮和亚硝酸氮的去掉率别离可到达80%和90%。当前,SHARON
与厌氧氨氧化联合技能的研讨仍处于试验室期间,还需求进一步调整和优化技能条件,以进步联合技能去掉实践高氨氮废水中的总氮的效能。
厌氧氨氧化技能能够大幅度地降低硝化反响的充氧能耗,免去反硝化反响的外源电子供体,可节约传统硝化反硝化进程中所需的中和试剂,发作的污泥量少。但当前为止,其反响机理、参与菌种和各项操作参数均不清晰。
2.4 膜技能
2.4.1
反渗透技能
反渗透技能是在高于溶液渗透压的压力作用下,借助于半透膜对溶质的挑选截留作用,将溶质与溶剂别离的技能,具有能耗低、无污染、技能先进、操作保护简洁等长处。
运用反渗透技能处理氨氮废水的进程中,设备给予满意的压力,水经过挑选性膜析出,可用作工业纯水,而膜另一侧氨氮溶液的浓度则相应增高,变成能够被再次处理和运用的浓缩液。在实践操作中,施加的反渗透压力与溶液的浓度成正比,跟着氨氮浓度的升高,反渗透设备所需的能耗就越高,而功率却是在降低〔29〕。
徐永对等〔30〕以碳酸钾出产车间含NH4Cl 的废水为研讨目标,运用反渗透法对NH4Cl
废水的处理进程进行了研讨,试验设备选用反渗透膜(NTR-70SWCS4)过滤机。结果表明,在用反渗透膜技能处理氨氮废水的进程中,氯化铵质量浓度适合在60 g/L
以下,在该浓度条件下,设备脱氨氮功率较高,通常大于97%,各项技能目标合格,能够用于实践出产操作。
2.4.2
电渗析法
电渗析是在外加直流电场的作用下,运用离子交流膜的挑选透过性,使离子从电解质溶液中别离出来的进程。电渗析法可高效地别离废水中的氨氮,并且该办法前期投入小,能量和药剂耗费低,操作简略,水的运用率高,无二次污染副产物。
唐艳等〔31〕选用自制电渗析设备对进水电导率为2 920 μS/cm,氨氮质量浓度为534.59 mg/L
的氨氮废水进行处理,经过试验得到在电渗析电压为55 V,进水流量为24 L/h 这一最好技能参数条件下,可对试验用水有用脱氮的定论,出水氨氮质量浓度为13
mg/L。
3 不一样浓度工业含氨氮废水的处理办法比照
不一样氨氮废水处理办法优缺陷比照见表 4。
经过对以上几种不一样办法的论述,能够看出当前关于工业废水中高浓度氨氮的处理办法首要运用物理化学办法做预处理,再挑选其他办法进行后续处理,虽能获得较好的处理作用,但仍存在结垢、二次污染的疑问。对低浓度的氨氮废水较常用的办法为化学法和传统生物法,其间化学法的一些处理技能还不老练,未在实践出产中使用,因而还无法满意工业对低浓度氨氮废水深度处理的需求;
生物法能较好地处理二次污染疑问,且能到达工业对低浓度氨氮废水深度处理的需求,但当前对微生物的选种和驯化还不彻底老练。
定论
跟着国家对氨氮的排放规范需求的进步,工业氨氮废水处理技能具有广阔的使用前景。当前,中低浓度氨氮废水处理技能还需进一步完善,多种脱氮技能联用以及氨氮收回综合运用将是往后的要点研讨方向。

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