高氨氮廢水處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢
發(fā)布時(shí)間：2023-08-21 09:56 瀏覽次數(shù)：
隨著人們生活水平的提高和對環(huán)境要求的加強(qiáng)、環(huán)境污染治理的加強(qiáng)和環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，水體中有機(jī)物的代表指標(biāo)——COD 基本上得到有效控制，但是，含高氨氮廢水達(dá)標(biāo)排放沒有得到有效控制，未經(jīng)處理的含氮廢水排放給環(huán)境造成了極大的危害，如易導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化，海洋赤潮等。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,來源廣泛的高氨氮廢水處理越來越受到重視,像傳統(tǒng)領(lǐng)域的化工、制革、屠宰等行業(yè)廢水的預(yù)處理主要采用物化的吹脫工藝或投加氯系氧化劑的化學(xué)處理工藝,在市政污水處理方面,隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,A /O或A /A /O的生化處理工藝得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文總結(jié)了高氨氮廢水處理技術(shù)、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢等。許多方法都能夠有效的處理氨氮， 如物理化學(xué)法有吹脫、氣提、折點(diǎn)加氯、離子交換、混凝沉淀、反滲透、電滲析及各種高級(jí)氧化技術(shù)（AOTs）等多種方法；生物方法有硝化及水藻等水生植物養(yǎng)殖。但具有應(yīng)用方便，處理效果穩(wěn)定、適應(yīng)廢水水質(zhì)及比較經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，并且目前實(shí)用性較好、研究較多、具有良好發(fā)展用前景的有：氨吹脫、化學(xué)沉淀法、高效生物脫氮法和高級(jí)氧化技術(shù)。吹脫法是目前處理氨氮廢水最普遍應(yīng)用的方法之一。研究主要集中在：吹脫設(shè)備（吹脫池、吹脫塔）、吹脫形式（自然吹脫、鼓風(fēng)吹脫）、填料形式（規(guī)整填料、拉西環(huán)、聚丙烯鮑爾環(huán)等）吹脫參數(shù)（pH 值、氣水比、吹脫溫度等）。煉鋼、石油化工、化肥、有機(jī)化工等行業(yè)的廢水，常含有很高濃度的氨，因此常用蒸汽吹脫法處理。吹脫法通常用于高濃度氨氮廢水的預(yù)處理，該處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于除氨效果穩(wěn)定，操作簡單，容易控制。但如何提高吹脫效率、避免二次污染及如何控制生產(chǎn)過程水垢的生成都是氨吹脫法需要考慮的問題。化學(xué)沉淀法是在含有NH4+離子的廢水中，投加Mg2+和PO43-，使之與NH4+生成難溶復(fù)鹽磷酸氨鎂MgNH4PO4·6H2O(簡稱MAP)結(jié)晶，通過沉淀，使MAP 從廢水中分離出來。化學(xué)沉淀法處理高濃度氨氮廢水工藝簡單、效率高。但是，廢水中的氨氮?dú)埩魸舛冗€是較高；另外，藥劑的投加量、沉淀物的出路及藥劑投加引人的氯離子及磷造成的污染是需要注意的問題。原理：水中的氨,多以氨離子(NH+4 )和游離氨(NH3 )的狀態(tài)存在,兩者保持平衡關(guān)系為:NH3 +H2O→ NH+4 +OH-這一平衡關(guān)系受PH值的影響, PH值升高時(shí),平衡向右移動(dòng),游離氨的濃度增高。高濃度( > 500 mgNH3 - N /L)廢水,常用蒸汽進(jìn)行吹脫。游離氨易于水中逸出,如加以曝氣吹脫的物理作用,并使水的PH 值升高,則可促使氨從水中逸出。只要采用一般的空氣吹脫技術(shù)就可以做到。汽提除氨技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:除氨效果穩(wěn)定;操作簡便,容易控制。存在的問題是:逸出的游離氨易造成防形成水垢;對逸出的游離氨進(jìn)行回收。折點(diǎn)加氯法是將氯氣通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn), 在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量最低, 而氨的濃度降為零。氯化法的處理效率達(dá)90 %～100 % , 但運(yùn)行費(fèi)用高, 副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染。而且氯化法并不適用于處理高濃度氨氮廢水。離子交換法選用對離子有很強(qiáng)選擇性的沸石作為交換樹脂,從而達(dá)到去除氨氮的目的。但對高濃度的氨氮廢水, 會(huì)因樹脂再生頻繁而造成操作困難。離子交換法去除率高, 但運(yùn)行費(fèi)用高, 再生液為高濃度氨氮廢水,仍需進(jìn)一步處理。6.生物脫氮傳統(tǒng)工藝——硝化/反硝化法傳統(tǒng)的硝化/反硝化法是廢水中的氨氮在好氧菌作用下，最終氧化生成硝酸鹽，這一過程稱為硝化反應(yīng)。其反應(yīng)如下：反硝化菌屬異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì)以O(shè)2 為電子受體進(jìn)行好氧呼吸；在無氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機(jī)碳為電子供體和營養(yǎng)源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。生物處理對氨氮的降解徹底、運(yùn)行費(fèi)用低。是目前應(yīng)用最為廣泛的脫氮技術(shù)。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝是由Barth 基于氨化、硝化及反硝化反應(yīng)過程建立的三級(jí)活性污泥工藝。該系統(tǒng)因細(xì)菌生長環(huán)境條件優(yōu)越，能夠快速徹底地去除總氮。但該工藝流程復(fù)雜、處理設(shè)備多。上世紀(jì)80 年代初開創(chuàng)的前置反硝化工藝A/O，以其流程簡單、碳源和堿度需求低的優(yōu)勢迅速成為一種重要的生物脫氮工藝。此后隨著研究的深入，先后出現(xiàn)了生物接觸氧化脫氮工藝、氧化溝脫氮工藝、SBR 脫氮工藝及MBR 脫氮工藝等新的生物處理技術(shù)。生物脫氮新技術(shù)的研究主要集中在開發(fā)一些低能耗、高效率、低投資的工藝。目前是通過選擇抑制性物質(zhì)或限制硝化菌的活性，使氨氮氧化為亞硝酸鹽并積累，然后對其進(jìn)行反硝化脫氮的短程硝化/反硝化。此法所需的氧量和電子供體量將分別減少25%和40%。根據(jù)研究，通過控制pH：7.8~8.0、DO：2.0mg/L、溫度：25~30℃等條件，可促使亞硝化菌成為優(yōu)勢菌，將大部分氨氮氧化為亞硝酸根。亞硝化菌對環(huán)境的變化很敏感。為了能獲得穩(wěn)定和較高的氨氮亞硝化率，必須保證適宜亞硝化菌生長的環(huán)境條件并限制硝化菌的活性。因此，目前亞硝化菌篩選和培育的研究也十分活躍。高級(jí)氧化法( Advanced Oxidation Processes) 是20 世紀(jì)80 年代形成的處理廢水的新技術(shù), 它的特點(diǎn)是利用反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基( ·OH) ,其氧化能力( 2.80 V) 僅次于氟( 2.87 V) , 可使水中難降解的有機(jī)物或?qū)ι镉卸镜奈廴疚飶氐椎V化, 或轉(zhuǎn)化為可生化物質(zhì),從而提高廢水的生物降解性, 在處理水中污染物方面具有一定的優(yōu)勢, 是一種流行的水處理方法。高級(jí)氧化法主要有光催化氧化法、電化學(xué)氧化法。光催化氧化法降解水中的污染物具有操作簡單, 反應(yīng)條件溫和, 能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2, H2O 等無機(jī)小分子, 減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)。光催化氧化降解水中污染物的意義還在于可以充分利用太陽光, 這對節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡具有重大意義。常用的光催化劑有: TiO2,ZnO, CdS,WO3, SnO2, Fe2O3 等。其中, TiO2 半導(dǎo)體材料, 由于性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高、無毒、對水中欲降解的物質(zhì)無選擇性、價(jià)格低等特點(diǎn), 在光催化氧化氨氮中被廣泛使用。電化學(xué)氧化法是20 世紀(jì)80 年代發(fā)展起來的高級(jí)氧化技術(shù)。電化學(xué)氧化法是電氧化法與化學(xué)氧化法的結(jié)合, 有明顯的去除氨氮和亞硝態(tài)氮的作用, 通過改變電流、電壓可調(diào)節(jié)反應(yīng)。一般在常溫、常壓下進(jìn)行, 常與生化法聯(lián)合使用, 當(dāng)廢水中含有不適于生物氧化或影響生物轉(zhuǎn)化過程的物質(zhì)時(shí), 可單獨(dú)作為廢水處理工藝。電化學(xué)有兩種反應(yīng)途徑, 一是直接氧化作用, 污染物直接在電極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。二是間接氧化作用, 即電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物種, 使污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng), 強(qiáng)氧化物種有: H2O2, O3,·OH, HO2·,O2·及溶劑化電子es 等。 在處理高氨氮廢水時(shí)，不論那種技術(shù)，PH、溫度等都對高氨氮廢水的處理有顯著的影響。對于吹脫技術(shù)，影響其吹脫效果按顯著程度依次為:p H 值> 氣液比> 水力負(fù)荷> 氨氮負(fù)荷。當(dāng)p H 值介于10～11 之間時(shí),氨氮負(fù)荷、氣液比和水力負(fù)荷對吹脫效率影響不顯著,其中氨氮負(fù)荷的顯著性幾乎沒有。當(dāng)水溫為27～30 ℃,氣溫為25～27 ℃,進(jìn)水氨氮負(fù)荷為24. 46～80. 38 kg/ m2 ·m3 時(shí),在p H 為11. 0 、氣液比為3 300 、水力負(fù)荷為2. 24 m3 / m2·h條件下,能得到較好的吹脫效果,出水氨氮濃度均低于20 mg/ L ,氨氮去除率達(dá)到98 %以上.影響蒸汽吹脫效率因素有:蒸汽吹脫裝置的合理設(shè)計(jì);廢水流量的控制; PH 值:氨氣脫除效果隨PH值上升而提高, PH ≥11;水溫:水溫升高,氨氣脫除率也隨之提高; 布水負(fù)荷率: 水必須以滴狀下落,如以膜狀下落,脫氨效果大大下降。當(dāng)填料高于6. 0 m,布水負(fù)荷不宜超過180 m3 / (m2 ·d) ;足夠的氣液分離空間;適宜的氮冷凝系統(tǒng)。反硝化過程中，理論的C/N應(yīng)為2.86。當(dāng)廢水中的C/N 大于2.86 時(shí)才能充分滿足反硝化對碳源的要求。廢水中C/N 愈小，反硝化去除率也愈低，工程運(yùn)行中一般控制C/N 在3.0 以上。另外，SRT應(yīng)控制在3—5天內(nèi)，循環(huán)比、氧化還原電位、抑制性物質(zhì)等都對高濃度氨氮廢水的處理有一定的影響生物脫氮新工藝——短程硝化/反硝化處理技術(shù)，控制pH：7.8~8.0、DO：2.0mg/L、溫度：25~30℃等條件是關(guān)鍵。
四、結(jié)論
因此, 高級(jí)氧化法作為一種新型脫氮方法, 應(yīng)該備受我們的重視。相信再投入大量工作提高催化劑回收利用率, 分析其反應(yīng)機(jī)理, 對反應(yīng)中控制因素及反應(yīng)中間產(chǎn)物進(jìn)一步研究后,高級(jí)氧化法脫氮將成為未來脫氮領(lǐng)域的重要方法。
