高濃度氨氮廢水處理工藝

高濃度氨氮廢水處理工藝

    隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急劇增加，已經(jīng)成為環(huán)境的主要污染源，引起了各界的關(guān)注。經(jīng)濟(jì)有效地控制氨氮廢水污染已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)境工作者面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。

1氨氮廢水來(lái)源

   含氮物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境的途徑主要包括自然過(guò)程和人類(lèi)活動(dòng)。含氮物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境的自然來(lái)源和過(guò)程主要包括降水和降塵、非城市徑流和生物固氮。人類(lèi)活動(dòng)也是水環(huán)境中氮的重要來(lái)源，主要包括未經(jīng)處理或處理的城市和工業(yè)廢水、各種瀝濾液和地表徑流等。合成化肥是水體氮營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源。農(nóng)作物未利用的大量氮化合物主要通過(guò)農(nóng)田排水和地表徑流帶入地下水和地表水。隨著石油、化學(xué)工業(yè)、食品和制藥等工業(yè)的發(fā)展和人民生活水準(zhǔn)的提高，都市生活污水和垃圾滲出水中氨氮的含量急劇上升。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，任意排放含氮污染物給環(huán)境帶來(lái)了巨大危害。氮以有機(jī)氮、氨氮( NH4+-N )、硝酸氮( NO3--N )和亞硝酸氮( NO2--N )等多種形態(tài)存在于廢水中，氨氮是最主要的存在形態(tài)之一。廢水中的氨氮是指作為游離氨和離子性銨存在的氮，其來(lái)源于生活污水中含氮有機(jī)物質(zhì)的分解、焦炭、合成氨等工業(yè)廢水、農(nóng)田排水等。氨氮污染源多，排放量大，并且排放的濃度變化大。

2氨氮廢水的危害

    如果氨氮在水環(huán)境中過(guò)剩存在，會(huì)對(duì)多方面產(chǎn)生有害的影響。

(1)由于NH4+-n的氧化，水體中的溶解氧濃度降低，水體發(fā)黑變臭，水質(zhì)降低，影響水生動(dòng)植物的生存。在有利的環(huán)境條件下，廢水中含有的有機(jī)氮變化為NH4+ n、NH4+ n還原力最強(qiáng)的無(wú)機(jī)氮形態(tài)，還變化為NO2--N和NO3--N。根據(jù)生物化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系，1gNH4+-N氧化為NO2--N消耗了3.43 g氧，氧化為NO3--N消耗了4.57g氧。

(2)水中氮過(guò)多會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，從而造成一系列嚴(yán)重后果。由于氮的存在，光合成微生物(大部分是藻類(lèi))的數(shù)量增加，水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，結(jié)果:堵塞過(guò)濾池，縮短過(guò)濾池的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，增加水處理的費(fèi)用，妨礙水上運(yùn)轉(zhuǎn)的藻類(lèi)代謝的最終產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生引起色度和味道的化合物

(3)水中的NO2--N和NO3--N對(duì)人和水生生物有很大的危害作用。長(zhǎng)期飲用NO3-N含量超過(guò)10毫克/升的水會(huì)導(dǎo)致高鐵血紅蛋白血癥。當(dāng)血液中高鐵血紅蛋白含量達(dá)到70毫克/升時(shí)，就會(huì)發(fā)生窒息水中的NO2--N和胺作用會(huì)生成亞硝胺，而亞硝胺是“三致”物質(zhì)。NH4+-N與氯反應(yīng)生成氯胺，氯胺的消毒效果小于游離氯。因此，當(dāng)NH4+-N存在時(shí)，水處理廠將需要更多的氯添加，從而增加處理成本。近年來(lái)，由含氨氮廢水隨意排放造成的飲水困難甚至中毒事件時(shí)有發(fā)生。我國(guó)長(zhǎng)江、淮河、錢(qián)塘江、四川沱江等流域已有相關(guān)報(bào)道。相應(yīng)地區(qū)也發(fā)生了藍(lán)藻污染等導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)居民飲水困難和相關(guān)水域“卷入”的重大事件。因此，廢水中氨氮的去除已成為環(huán)境工作者研究的熱點(diǎn)之一。

氨氮廢水處理的三大技術(shù)

現(xiàn)階段，世界各國(guó)氨氮廢水處理可分成物理學(xué)法和微生物脫氮技術(shù)性?xún)深?lèi)。

吹脫法

吹脫法是通過(guò)調(diào)節(jié)酸堿度至堿性來(lái)去除氨氮，使廢水中的氨離子轉(zhuǎn)化為氨，氨主要以游離氨的形式存在，然后用載氣將游離氨從廢水中帶出，從而達(dá)到去除氨氮的目的。影響鼓風(fēng)效率的主要因素有pH、溫度、氣液比、氣流速度、初期濃度等。目前，吹脫法在高濃度氨氮廢水處理中的應(yīng)用較多。

研究了反萃法去除垃圾滲濾液中的氨氮。結(jié)果表明，控制汽提效率的關(guān)鍵因素是溫度、氣液比和酸堿度。當(dāng)水溫大于2590，氣液比約為3500，酸堿度約為10.5時(shí)，氨氮濃度高達(dá)2000-4000毫克/升的垃圾滲濾液的去除率可達(dá)90%以上。

對(duì)含有( NH4)2SO的高濃度氨氮廢水進(jìn)行研究的結(jié)果，p h =1~1. 5，吹脫溫度80℃，吹脫時(shí)間120min，廢水中氨氮去除率達(dá)到了99.2%。

用逆流吹脫塔吹脫高濃度氨氮廢水的結(jié)果表明，吹脫效率隨pH值的增大而增大:氣液比越大，氨吹脫物質(zhì)推進(jìn)力越大，吹脫效率也越大。

吹脫法除氨氮效果好，操作簡(jiǎn)單，控制容易。對(duì)于吹出的氨氮，硫酸可用作吸收劑，生成的硫酸可用作肥料。吹脫法是目前常用的物化脫氮技術(shù)。但汽提方法存在汽提塔結(jié)垢頻繁、低溫氨氮去除效率低、汽提氣體造成二次污染等缺點(diǎn)。吹脫法一般與其他氨氮廢水處理方法并用，吹脫法預(yù)處理高濃度氨氮廢水。

厭氧氨氧化反應(yīng)

厭氧氨氧化(厭氧氨氧化)是在缺氧條件下，以亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮為電子受體，由自養(yǎng)細(xì)菌直接將氨氮氧化成氮的過(guò)程。

研究了溫度和PH對(duì)厭氧氨氧化生物活性的影響，結(jié)果表明該微生物的最佳反應(yīng)溫度為30℃，PH為7.8。

研究厭氧氨氧化反應(yīng)器處理高鹽度、高濃度含氮廢水的可行性。結(jié)果表明，高鹽分顯著抑制了厭氧氨的氧化活性，這種抑制具有可逆性。在30g/L-1(以NaC1計(jì))鹽度標(biāo)準(zhǔn)下，未訓(xùn)化淤泥的厭氧發(fā)酵氨空氣氧化特異性比對(duì)比(無(wú)鹽水體標(biāo)準(zhǔn))低67.5%：訓(xùn)化淤泥的厭氧發(fā)酵氨空氣氧化特異性比對(duì)比低45.1%。從高鹽分環(huán)境轉(zhuǎn)移到低鹽分環(huán)境時(shí)，馴化污泥的厭氧氨氧化活性提高43.1%。但反應(yīng)器長(zhǎng)期運(yùn)行于高鹽度條件下，容易出現(xiàn)功能衰退。

與傳統(tǒng)式微生物法對(duì)比，厭氧發(fā)酵氨空氣氧化不用另加碳源，需氧量低，不用實(shí)驗(yàn)試劑開(kāi)展中合，淤泥生產(chǎn)量少，是較經(jīng)濟(jì)發(fā)展的微生物脫氮技術(shù)性。厭氧氨氧化的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度慢，必要的反應(yīng)器容積大，碳源不利于厭氧氨氧化，對(duì)解決生化學(xué)上惡劣的氨氮廢水有現(xiàn)實(shí)意義。

膜分離法的目的是利用膜的選擇性透過(guò)性來(lái)選擇性地分離液體中的成分，除去氨氮。包括反滲透、納濾和電滲析等。危害分離膜法的要素有膜特點(diǎn)、工作壓力或工作電壓、pH值、溫度及其氨氮濃度值等。

根據(jù)稀土冶煉廠氨氮廢水的水質(zhì)，采用氯化銨和氯化鈉模擬廢水進(jìn)行反滲透對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在相同條件下，反滲透對(duì)氯化鈉的去除率較高，氯化銨的產(chǎn)水量較高。氨氮污水經(jīng)ro反滲透解決后NH4Cl去除率為77.3%，可做為氨氮污水的歸一化處理。反滲透技術(shù)可以節(jié)約能源，熱穩(wěn)定性較好，但耐氯性、抗污染性差。

采用生化-納濾膜分離工藝處理垃圾滲濾液，85%-90%的滲透液達(dá)標(biāo)排放，只有0%-15%的濃縮污水和污泥返回到廢水池。Ozturki等人對(duì)土耳其Odayeri垃圾滲濾液經(jīng)納濾膜處理，氨氮去除率約為72%。納濾膜要求的壓力比反滲透膜低，操作方便。

電滲析是通過(guò)在陰極和陽(yáng)極膜對(duì)之間施加電壓來(lái)去除水溶液中溶解的固體。氨氮廢水中的氨離子和其他離子通過(guò)電壓，隔著膜濃縮到含氨的濃水中，達(dá)到了去除的目的。

采用電滲法處理高濃度氨氮無(wú)機(jī)廢水取得了良好的效果。對(duì)于濃度為2000-3000毫克/升的氨氮廢水，氨氮去除率可達(dá)85%以上，同時(shí)可得到濃度為8.9%的濃氨水。電滲析法運(yùn)行過(guò)程中消耗的電量與廢水中氨氮的量成正比。電滲析法不受酸堿度、溫度和壓力的限制，易于操作。

該膜分離方法具有氨氮回收率高、操作簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。然而，在處理高濃度氨氮廢水時(shí)，使用的膜容易結(jié)垢堵塞，再生和反沖洗頻繁，增加了處理成本。