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        氨氮的去除方法

        氨氮的去除方法


        廢水中的氮常以合氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數有機氮轉化為氨,然后可進一步轉化為硝酸鹽。

        水中氨氮的去除方法有多種,但目前常見的除氮工藝有生物硝化與反硝化、沸石選擇性交換吸附、空氣吹脫及折點氯化等。

        下面我們詳細介紹一下這幾種水中氨氮的去除方法:

        一、生物硝化與反硝化(生物陳氮法)

        (一) 生物硝化
        在好氧條件下,通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用,將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程,稱為生物硝化作用。生物硝化的反應過程為:

        由上式可知:(1)在硝化過程中,1g氨氮轉化為硝酸鹽氮時需氧4.57g;(2)硝化過程中釋放出H+,將消耗廢水中的堿度,每氧化lg氨氮,將消耗堿度(以CaCO3計) 7.lg。

        影響硝化過程的主要因素有:(1)pH值   當pH值為8.0~8.4時(20℃),硝化作用速度最快。由于硝化過程中pH將下降,當廢水堿度不足時,即需投加石灰,維持pH值在7.5以上;(2)溫度   溫度高時,硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35℃,在15℃以下其活性急劇降低,故水溫以不低于15℃為宜;(3)污泥停留時間   硝化菌的增殖速度很小,其最大比生長速率為 =0.3~0.5d-1(溫度20℃,pH8.0~8.4)。為了維持池內一定量的硝化菌群,污泥停留時間 必須大于硝化菌的最小世代時間 。在實際運行中,一般應取 >2 ,或 >2 ;(4)溶解氧   氧是生物硝化作用中的電子受體,其濃度太低將不利于硝化反應的進行。一般,在活性污泥法曝氣池中進行硝化,溶解氧應保持在2~3mg/L以上;(5)BOD負荷   硝化菌是一類自養型菌,而BOD氧化菌是異養型菌。若BOD5負荷過高,會使生長速率較高的異養型菌迅速繁殖,從而佼白養型的硝化菌得不到優勢,結果降低了硝化速率。所以為要充分進行硝化,BOD5負荷應維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

        (二) 生物反硝化
        在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用,將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇作碳源為例,其反應式為:

        6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O 
        6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-

        由上可見,在生物反硝化過程中,不僅可使NO3--N、NO2--N被還原,而且還可位有機物氧化分解。

        影響反硝化的主要因素:(1)溫度  溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要大些。一般,以維持20~40℃為宜?嘣跉鉁剡^低的冬季,可采取增加污泥停留時間、降低負荷等措施,以保持良好的反硝化效果;(2)pH值  反硝化過程的pH值控制在7.0~8.0;(3)溶解氧  氧對反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應器內溶解氧應控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法);(4)有機碳源  當廢水中含足夠的有機碳源,BOD5/TN>(3~5)時,可無需外加碳源。當廢水所含的碳、氮比低于這個比值時,就需另外投加有機碳。外加有機碳多采用甲醇?紤]到甲醇對溶解氧的額外消耗,甲醇投量一般為NO3--N的3倍。此外,還可利用微生物死亡;自溶后釋放出來的那部分有機碳,即"內碳源",但這要求污泥停留時間長或負荷率低,使微生物處于生長曲線的靜止期或衰亡期,因此池容相應增大。

        二、沸石選擇性交換吸附 
        沸石是一種硅鋁酸鹽,其化學組成可表示為(M2+,2M+)O.Al2O3.mSiO2•nH2O (m=2~10,n=0~9),式中M2+代表Ca2+、Sr2+等二價陽離子,M+代表Na+、K+等一價陽離子,為一種弱酸型陽離子交換劑。在沸石的三維空間結構中,具有規則的孔道結構和空穴,使其具有篩分效應,交換吸附選擇性、熱穩定性及形穩定性等優良性能。天然沸石的種類很多,用于去除氨氮的主要為斜發沸石。

        斜發沸石對某些陽離子的交換選擇性次序為:K+,NH4+>Na+>Ba2+>Ca2+>Mg2+。利用斜發沸石對NH4+的強選擇性,可采用交換吸附工藝去除水中氨氮。交換吸附飽和的拂石經再生可重復利用。

        溶液pH值對沸石除氨影響很大。當pH過高,NH4+向NH3轉化,交換吸附作用減弱;當pH過低,H+的競爭吸附作用增強,不利于NH4+的去除。通常,進水pH值以6~8為災。當處理合氨氮10~20mg/L的城市嚴水時,出水濃度可達lmg/L以下。穿透時通水容積約100~150床容。沸石的工作交換容量約0.4×10-3n-1mol/g左右。

        吸附銨達到飽和的沸石可用5g/L的石灰乳或飽和石灰水再生。再生液用量約為處理水量的3~5%。研究表明,石灰再生液中加入0.1mol的NaCl,可提高再生效率。針對石灰再生的結垢問題,亦有采用2%的氯化鈉溶液作再生液的,此時再生液用量較大。再生時排出的高濃度合氨廢液必須進行處理,其處理方法有:(1)空氣吹脫 吹脫的NH3或者排空,或者由量H2S04吸收作肥料;(2)蒸氣吹脫 冷凝液為1%的氨溶液,可用作肥料;(3)電解氧化(電氯化) 將氨氧化分解為N2。

        三、空氣吹脫 
        在堿性條件下(pH>10.5),廢水中的氨氮主要以NH3的形式存在(圖20-2)。讓廢水與空氣充分接觸,則水中揮發性的NH3將由液相向氣相轉移,從而脫除水中的氨氮。吹脫塔內裝填木質或塑料板條填料,空氣流由塔的下部進入,而廢水則由塔頂落至塔底集水池。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

        影響氨吹脫效果的主要因素有:
        (1)pH值  一般將pH值提高至10.8~11.5;
        (2)溫度  水溫降低時氨的溶解度增加,吹脫效率降低。例如,20℃時氨去除率為90~95%,而10℃時降至約75%,這為吹脫塔在冬季運行帶來困難;
        (3)水力負荷  水力負荷(m3/m2.h)過大,將破壞高效吹脫所需的水流狀態,而形成水幕;水力負荷過小,填料可能沒有適當濕潤,致使運行不良,形成干塔。一般水力負荷為2.5~5m3/m2.h;
        (4)氣水比  對于一定塔高,增加空氣流量,可提高氨去除率;但隨著空氣流量增加,壓降也增加,所以空氣流量有一限值。一般,氣/水比可取2500~5000(m3/m2);
        (5)填料構型與高度  由于反復濺水和形成水滴是氨吹脫的關鍵,因此填料的形狀、尺寸、間距、排列方式夠都對吹脫效果有影響。一般,填料間距40~50mm,填料高度為6~7.5m。若增加填料間距,則需更大的填料高度;
        (6)結垢控制  填料結垢(CaCO3)特降低吹脫塔的處理效率?刂平Y垢的措施有:用高壓水沖洗垢層;在進水中投加阻垢劑:采用不合或少含CO2的空氣吹脫(如尾氣吸收除氨循環使用);采用不易結垢的塑料填料代替木材等。

        空氣吹脫法除氨,去除率可達60~95%,流程簡單,處理效果穩定,基建費和運行費較低,可處理高濃度合氨廢水。但氣溫低時吹脫效率低,填科結垢往往嚴重干擾運行,且吹脫出的氨對環境產生二次污染。

        四、折點氯化
        投加過量氯或次氯酸鈉,使廢水中氨完全氧化為N2的方法,稱為折點氯化法,其反應可表示為:

        NH4+十1.5HOCl→0.5N2十1.5H2O十2.5H+十1.5Cl-

        由反應式可知,到達折點的理論需氯(C12)量為7.6kg/kg(NH3-N),而實際需氯量在8~10kg/kg(NH3-N)。在pH=6~7進行反應,則投藥量可最小。接觸時間一般為0.5~2h。嚴格控制pH值和投氯量,可減少反應中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯代有機物。

        折點氯化法對氨氮的去除率達90~100%,處理效果穩定,不受水溫影響,基建費用也不高。但其運行費用高;殘余氯及氯代有機物須進行后處理。

        在目前采用的四種脫氮工藝中,物理化學法由于存在運行成本高、對環境造成二次污染等問題,實際應用受到-定限制。而生物脫氮法能餃為有效和徹底地除氮,且比較經濟,因而得到較多應用。


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