高濃度氨氮廢水(NH3-n >);500毫克/升);
中濃度氨氮廢水(NH3-N:50-500mg/L);
低濃度氨氮廢水(NH3-n
但高濃度的氨氮廢水會抑制微生物的活性,制約了生化處理的應用和效果,同時降低了生化系統對有機汙染物的降解效率,從而難以滿足處理後的水質要求。
去除氨氮的方法主要有:物理方法、化學方法和生物方法。物理方法包括反滲透、蒸餾、土壤灌溉等處理技術;化學法包括離子交換、氨汽提、拐點加氯、焚燒、化學沈澱法、催化裂化、電滲析、電化學等處理技術;生物法包括藻類培養、生物硝化、固定化生物技術等處理技術。
目前比較實用的方法有:斷點氯化法、選擇性離子交換法、氨吹脫法、生物法和化學沈澱法。
1.拐點氯化法去除氨氮
拐點氯化法是向廢水中引入氯氣或次氯酸鈉,將廢水中的NH3-N氧化成N2的化學脫氮工藝。當氯氣進入廢水到壹定點時,水中遊離氯的含量最低,氨的濃度降至零。當氯的攝入量超過這個點時,水中的遊離氯就會增加。所以這個點叫拐點,這種狀態下的氯化叫拐點氯化。處理氨氮廢水實際需要的氯氣量取決於溫度、pH值和氨氮濃度。氧化每克氨氮需要9 ~ 10 mg氯氣。最佳反應範圍為pH 6 ~ 7,接觸時間為0.5 ~ 2小時。
經過拐點氯化處理的出水,在排放前壹般需要用活性炭或二氧化硫脫氯,以去除水中的余氯。1mg余氯需要約0.9 ~ 1.0 mg二氧化硫。脫氯過程中會產生氫離子,但由此引起的pH值下降壹般可以忽略,所以去除1mg余氯只需2mg左右(以CaCO3計)。拐點氯化法除氨的機理如下:
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl-
NH4++HOCl→NH2Cl+H++H2O
氯化銨+H2O→硝酸+2H++2Cl-
NHCl2+NaOH→N2+HOCl+H++Cl-
拐點氯化法最突出的優點是通過正確控制氯氣投加量和均化流量,可以將廢水中的氨氮全部降至零,同時對廢水進行消毒。對於氨氮濃度較低(小於50mg/L)的廢水,這種方法比較經濟。為了克服單獨使用斷點氯化法處理氨氮廢水需要大量氯氣的缺點,該方法常與生物硝化聯合使用,先硝化後去除微量殘余氨氮。氯化法處理率為90% ~ 100%,處理效果穩定,不受水溫影響。這種方法在寒冷地區特別有吸引力。投資少,但運行費用高。副產物氯胺和氯化有機物會造成二次汙染。氯化法只適合處理低濃度氨氮廢水。
2.選擇性離子交換去除氨氮
離子交換是指發生在固體顆粒和液體界面的離子交換過程。在離子交換法中,選擇對NH4+離子選擇性強的沸石作為交換樹脂,以達到去除氨氮的目的。沸石可以吸附非離子氨,並與離子氨交換離子。它是壹種成本低、對NH4+選擇性強的矽質陽離子交換劑,能成功去除原水和二級出水中的氨氮。
沸石離子交換與pH值的選擇有很大關系,pH值在4 ~ 8的範圍是沸石離子交換的最佳區域。當pH < 4時,H+與NH4+競爭;當pH > 8時,NH4+變成NH3並失去離子交換性能。采用離子交換法處理含氨氮10 ~ 20 mg/L的城市汙水,出水濃度可達1 mg/L以下,離子交換法具有工藝簡單、投資少、去除率高等特點,適用於中低濃度氨氮廢水(< 500 mg/L)。對於高濃度氨氮廢水,由於樹脂再生頻繁,操作難度較大。但再生液為高濃度氨氮廢水,仍需進壹步處理。
3.空氣吹脫和汽提去除氨氮。
吹脫法是將廢水與氣體接觸,將氨氮從液相轉移到氣體中的方法。該方法適用於高濃度氨氮廢水的處理。吹除是使水作為不連續相與空氣接觸。利用水中組分的實際濃度與平衡濃度之差,將氨氮轉移到氣相中,廢水中的氨氮通常以銨離子(NH4+)和遊離氨(NH3)的狀態被去除。當廢水的pH值被調節至堿性時,離子銨被轉化為分子氨,然後引入空氣以吹出氨。吹脫即可去除氨氮,去除率可達60% ~ 95%,工藝流程簡單,處理效果穩定。吹脫的氨氣可以用鹽酸吸收生成氯化銨,作為純堿生產的母液回用,也可以根據市場需求用水吸收生成氨水或硫酸生產硫酸銨副產品,未接收的尾氣返回吹脫塔。但水溫低時吹脫效率低,不適合在寒冷的冬季使用。采用這種方法處理氨氮時,應考慮遊離氨的排放總量應達到氨的大氣排放標準,避免二次汙染。低濃度廢水壹般采用常溫空氣吹脫,而煉鋼、石化、化肥、有機化工、有色金屬冶煉等行業的高濃度廢水壹般采用蒸汽吹脫。這種方法適用於處理高濃度氨氮廢水,但影響吹脫效率的因素很多,不容易控制,尤其是溫度,在北方寒冷的季節效率會大大降低。目前很多汽提裝置不回收氨,而是直接排放到大氣中,造成空氣汙染。
汽提是廢水中的遊離氨通過蒸汽轉化為氨逸出的過程。處理機理是類似汽提的傳質過程,即在高pH值下,廢水與氣體緊密接觸,從而降低廢水中的氨濃度。傳質過程的驅動力是氣體中氨的分壓與廢水中氨濃度的平衡分壓之差。延長氣水接觸時間和緊密度可以提高氨氮的處理效率,填料塔可以滿足這壹要求。塔內的填料或盤根通過增加潤濕表面積,在整個塔內形成小水滴或膜,從而增加氣水接觸時間。吹脫法適用於處理連續排放的高濃度氨氮廢水,操作條件與吹脫法相似,氨氮去除率可達97%以上。但汽提塔內容易生成水垢,導致操作無法正常進行。
吹脫法處理廢水逸出的氨氣可以回收:用硫酸吸收,用作肥料;濃縮成1%的氨溶液。
4.氨氮的生物去除
生物去除氨氮是指在各種微生物的作用下,通過硝化、反硝化等壹系列反應,最終形成廢水中的氨氮,從而達到去除氨氮的目的。生物脫氮的過程有很多,但機理基本相同。兩者都需要經歷硝化和反硝化兩個階段。
硝化作用是好氧硝化細菌在好氧條件下將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽,包括兩個基本反應步驟:與亞硝酸鹽細菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應。硝化細菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的反應。亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌是自養細菌,它們利用廢水中的碳源,通過與NH3-N的氧化還原反應獲得能量,反應方程式如下:
硝化作用:2nh4+3o2 → 2no2-+2h2o+4h+
硝化作用:2NO2-+O2→2NO3-
硝化細菌的適宜pH值為8.0 ~ 8.4,最適溫度為35℃。溫度對硝化細菌的影響很大。溫度下降65438±00℃,硝化速率下降壹半。DO濃度:2 ~ 3mg/l;BOD5負載:0.06-0.1kgBOD5/(kgMLS?d);泥齡3 ~ 5天以上。
在缺氧條件下,亞硝酸鹽和硝酸鹽被反硝化菌(反硝化細菌)還原成氮氣,從廢水中逸出。由於兼性反硝化菌(反硝化菌)的作用,硝化過程中產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽被還原為N2,稱為反硝化作用。反硝化過程中的電子供體是各種有機底物(碳源)。以甲醇為碳源,反應式為:
6 NO3-+2ch2 oh→6 NO2-+2co 2+4H2O
6 NO2-+3c H3 oh→3n 2+3co 2+3H2O+6OH-
反硝化菌適宜的pH值為6.5 ~ 8.0;最適溫度為30℃。當溫度低於10℃時,反硝化速率會明顯下降,當溫度低至3℃時,反硝化作用停止。DO濃度< 0.5毫克/升;BOD5/TN>3~5 .生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達70% ~ 95%,且二次汙染小,經濟實惠,因此在國內外得到廣泛應用。其缺點是占地面積大,低溫下效率低。
常見的生物脫氮工藝可分為三類:
(1)多級汙泥系統
多級汙泥系統通常被稱為傳統的生物脫氮工藝。該工藝可獲得良好的BOD5去除效果和脫氮效果,但其缺點是流程長、構築物多、基建費用高、需要額外的碳源、運行費用高、出水有壹定量的甲醇殘留;
⑵單級汙泥系統
單級汙泥系統的形式包括前置反硝化系統、後置反硝化系統和交替工作系統。前置反硝化生物脫氮工藝通常稱為A/O工藝。與傳統的生物脫氮工藝相比,該工藝的特點是工藝簡單,構築物少,只有壹個汙泥回流系統和混合液回流系統,可大大節省基建費用;在缺氧池中設置反硝化池,降低運行成本;好氧池在缺氧池後,可以進壹步去除反硝化中殘留的有機汙染物,提高出水水質。缺氧池在前,汙水中的有機碳被反硝化菌利用,可以降低好氧池的有機負荷。此外,後反硝化系統由於混合液中缺少有機物,壹般需要人工添加碳源,但反硝化效果高於前反硝化系統,理論上可以接近100%。交替工作的生物脫氮工藝主要由兩個串聯的池組成。通過改變進水和出水的方向,兩個池在缺氧和好氧條件下交替運行。本質上仍是A/O系統,但通過交替運行避免了混合液回流,脫氮效果優於壹般A/O工藝。其缺點是運行管理成本高,需要配置計算機控制的自動化操作系統;
(3)生物膜系統。
將上述A/O系統中的缺氧池和好氧池改為固定生物膜反應器,形成生物膜脫氮系統。該系統中應有混合液回流,但不需要汙泥回流。缺氧好氧反應器中保存了適合反硝化、好氧氧化和硝化的兩個汙泥系統。
高濃度氨氮廢水的常規生物處理需要以下條件:
為了使微生物正常生長,必須增加回流比來稀釋原廢水;
硝化過程不僅需要大量的氧氣,還需要大量的碳源進行反硝化。壹般認為COD/TKN至少為9。
5.化學沈澱去除氨氮
化學沈澱法是根據廢水中汙染物的性質,在必要時加入壹些化學原料,在壹定的工藝條件下(溫度、催化劑、pH值、壓力、攪拌條件、反應時間、配料比例等)進行化學反應。),使廢水中的汙染物能生成溶解性很小的沈澱物或聚合物,或不溶於水的氣體產物,從而凈化廢水或達到壹定的去除率。
化學沈澱法處理NH3-N的主要原理是NH4+、Mg2+和PO43-在堿性水溶液中沈澱。向氨氮廢水中加入化學沈澱劑Mg(OH)2和H3PO4,與NH4+反應生成MgNH4PO4?6H2O(鳥糞石)沈澱,造粒等工藝後可開發用作復合肥。整個反應的適宜pH值為9 ~ 11。pH值小於9時,溶液中PO43 -濃度很低,不利於MgNH4PO4?析出6H2O,主要生成Mg (H2PO4) 2。如果pH值>;11,這個反應會產生壹個比例的MgNH4PO4?6H2O更難沈澱出水溶性Mg3(PO4)2。同時,溶液中的NH4+會揮發成遊離氨,不利於廢水中氨氮的去除。廢水中的氨氮可以通過化學沈澱法回收作為肥料。