皙全純水設備專家談氨氮廢水處理各種技術與工藝過程
【純水設備http://www.lifebond.com.cn】隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放急劇增加。經(jīng)濟有效地控制氨氮廢水污染已成為環(huán)保工作者的一項重要任務。
氨氮廢水的來源。實驗室純水設備
氮進入水環(huán)境的途徑主要包括自然過程和人類活動兩個方面。含氮物質進入水環(huán)境的自然來源和過程主要包括降水和粉塵降水、非城市徑流和生物固氮。純水設備
人類活動也是水環(huán)境中氮的重要來源，主要包括未經(jīng)處理或處理的城市和工業(yè)廢水、各種滲濾液和地表徑流。合成化肥是水體中氮營養(yǎng)元素的主要來源，并不是大量氮化合物的作物，主要是通過排水和地表徑流進入地下水和地表水。
隨著石油、化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高，城市污水和垃圾滲濾液中氨氮含量急劇上升。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的氮污染物自由排放對環(huán)境造成了巨大的危害。氮存在于有機氮、氨氮(NH4+ -n)、硝態(tài)氮(NO3 -n)和亞硝酸鹽氮(NO2 -n)的廢水中。純水設備
氨氮廢水中的游離氨和銨離子氮的形式,主要來自氮的分解污水中的有機物,焦化,氨和其他工業(yè)廢水、灌溉和排水等。有許多污染源的氨氣和氮氣,排放量大,排放的濃度變化很大。
氨氮廢水的危害。
在水環(huán)境中過量氨氮的存在會造成許多有害的影響:
(1)由于NH4+ -n的氧化，水中溶解氧的濃度會降低，導致水體變黑變臭，水質將會下 降，這將對水生動植物的生存產(chǎn)生影響。在良好的環(huán)境條件下，廢水中所含的有機氮將轉化為NH4+ -n，這是具有最強還原能力的無機氮形態(tài)，將進一步轉化為NO2 -n和NO3 -n。根據(jù)生化反應的測量關系，1gNH4+ -n被氧化為NO2 -n，它消耗了3.43g的氧氣，氧化為NO3 -n，消耗了4.57克的氧氣。實驗室純水設備
(2)水中氮含量過高會導致水體富營養(yǎng)化，造成一系列嚴重后果。光合微生物因存在氮、藻類(大部分)增加而出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，其結果是:堵塞過濾器，使過濾器周期縮短，從而增加水處理的成本;妨礙水上運動;藻類代謝的最終產(chǎn)物可以產(chǎn)生能引起色度和味道的化合物。魚類死于對牲畜的傷害和藍藻產(chǎn)生的毒素。水中的氧氣損失是由藻類腐爛引起的。
（3）水中的NO2–N和NO3–N對人和水生生物有較大的危害作用。長期飲用NO3–N含量超過10mg/L的水，會發(fā)生高鐵血紅蛋白癥，當血液中高鐵血紅蛋白含量達到70mg/L，即發(fā)生窒息。水中的NO2–N和胺作用會生成亞硝胺，而亞硝胺是“三致”物質。NH4+-N和氯反應會生成氯胺，氯胺的消毒作用比自由氯小，因此當有NH4+-N存在時，水處理廠將需要更大的加氯量，從而增加處理成本。純水設備
近年來，含氨氮廢水隨意排放造成的人畜飲水困難甚至中毒事件時有發(fā)生，我國長江、淮河、錢塘江、四川沱江等流域都有過相關報道，相應地區(qū)曾出現(xiàn)過諸如藍藻污染導致數(shù)百萬居民生活飲水困難，以及相關水域受到了“牽連”等重大事件，因此去除廢水中的氨氮已成為環(huán)境工作者研究的熱點之一。
3氨氮廢水處理的主要技術
目前，國內(nèi)外氨氮廢水處理有折點氯化法、化學沉淀法、離子交換法、吹脫法和生物脫氨法等多種方法，這些技術可分為物理化學法和生物脫氮技術兩大類。
3.1生物脫氮法工業(yè)純水設備
微生物去除氨氮過程需經(jīng)兩個階段。第一階段為硝化過程，亞硝化菌和硝化菌在有氧條件下將氨態(tài)氮轉化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的過程。第二階段為反硝化過程，污水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在無氧或低氧條件下，被反硝化菌（異養(yǎng)、自養(yǎng)微生物均有發(fā)現(xiàn)且種類很多）還原轉化為氮氣。在此過程中，有機物（甲醇、乙酸、葡萄糖等）作為電子供體被氧化而提供能量。常見的生物脫氮流程可以分為3類，分別是多級污泥系統(tǒng)、單級污泥系統(tǒng)和生物膜系統(tǒng)。
3.1.1多級污泥系統(tǒng)
此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點是流程長、構筑物多、基建費用高、需要外加碳源、運行費用高、出水中殘留一定量甲醇等。
3.1.2單級污泥系統(tǒng)
單級污泥系統(tǒng)的形式包括前置反硝化系統(tǒng)、后置反硝化系統(tǒng)及交替工作系統(tǒng)。前置反硝化的生物脫氮流程，通常稱為A/O流程與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程相比，A/O工藝具有流程簡單、構筑物少、基建費用低、不需外加碳源、出水水質高等優(yōu)點。后置式反硝化系統(tǒng)，因為混合液缺乏有機物，一般還需要人工投加碳源，但脫氮的效果可高于前置式，理論上可接近100%的脫氮。交替工作的生物脫氮流程主要由兩個串聯(lián)池子組成，通過改換進水和出水的方向，兩個池子交替在缺氧和好氧的條件下運行。該系統(tǒng)本質上仍是A/O系統(tǒng)，但其利用交替工作的方式，避免了混合液的回流，因而脫氮效果優(yōu)于一般A/O流程。其缺點是運行管理費用較高，且一般必須配置計算機控制自動操作系統(tǒng)。實驗室純水設備
3.1.3生物膜系統(tǒng)
將上述A/O系統(tǒng)中的缺氧池和好氧池改為固定生物膜反應器，即形成生物膜脫氮系統(tǒng)。此系統(tǒng)中應有混合液回流，但不需污泥回流，在缺氧的好氧反應器中保存了適應于反硝化和好氧氧化及硝化反應的兩個污泥系統(tǒng)。
3.2物化除氮
物化除氮常用的物理化學方法有折點氯化法、化學沉淀法、離子交換法、吹脫法、液膜法、電滲析法和催化濕式氧化法等。工業(yè)純水設備
3.2.1折點氯化法
不連續(xù)點氯化法是氧化法處理氨氮廢水的一種，利用在水中的氨與氯反應生成氮氣而將水中氨去除的化學處理法。該方法還可以起到殺菌作用，同時使一部分有機物無機化，但經(jīng)氯化處理后的出水中留有余氯，還應進一步脫氯處理。
在含有氨的水中投加次氯酸HClO，當pH值在中性附近時，隨次氯酸的投加，逐步進行下述主要反應：
NH3+HClO→NH2Cl+H2O①
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O②
NH2Cl+NHCl2→N2+3H++3Cl-③
投加氯量和氨氮之比（簡稱Cl/N）在5.07以下時，首先進行①式反應，生成一氯胺（NH2Cl），水中余氯濃度增大，其后，隨著次氯酸投加量的增加，一氯胺按②式進行反應，生成二氯胺（NHCl2），同時進行③式反應，水中的N呈N2被去除。
其結果是，水中的余氯濃度隨Cl/N的增大而減小，當Cl/N比值達到某個數(shù)值以上時，因未反應而殘留的次氯酸（即游離余氯）增多，水中殘留余氯的濃度再次增大，這個最小值的點稱為不連續(xù)點（習慣稱為折點）。此時的Cl/N比按理論計算為7.6；廢水處理中因為氯與廢水中的有機物反應，C1/N比應比理論值7.6高些，通常為10。此外，當pH不在中性范圍時，酸性條件下多生成三氯胺，在堿性條件下生成硝酸，脫氮效率降低。
在pH值為6～7、每mg氨氮氯投加量為10mg、接觸0.5～2.0h的情況下，氨氮的去除率為90%～100%。因此此法對低濃度氨氮廢水適用。
處理時所需的實際氯氣量取決于溫度、pH及氨氮濃度。氧化每mg氨氮有時需要9～10mg氯氣折點，氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2進行反氯化，以除去水中殘余的氯。雖然氯化法反應迅速，所需設備投資少，但液氯的安全使用和貯存要求高，且處理成本也較高。若用次氯酸或二氧化氯發(fā)生裝置代替液氯，會更安全且運行費用可以降低，目前國內(nèi)的氯發(fā)生裝置的產(chǎn)氯量太小，且價格昂貴。因此氯化法一般適用于給水的處理，不太適合處理大水量高濃度的氨氮廢水。
3.2.2化學沉淀法
化學沉淀法是往水中投加某種化學藥劑，與水中的溶解性物質發(fā)生反應，生成難溶于水的鹽類，形成沉渣易去除，從而降低水中溶解性物質的含量。當在含有NH4+的廢水中加入PO43-和Mg2+離子時，會發(fā)生如下反應：
NH4++PO43-+Mg2+→MgNH4PO4↓④
生成難溶于水的MgNH4PO4沉淀物，從而達到去除水中氨氮的目的。采用的常見沉淀劑是Mg(OH)2和H3PO4，適宜的pH值范圍為9.0～11，投加質量比H3PO4/Mg(OH)2為1.5～3.5。廢水中氨氮濃度小于900mg/L時，去除率在90%以上，沉淀物是一種很好的復合肥料。由于Mg(OH)2和H3PO4的價格比較貴，成本較高，處理高濃度氨氮廢水可行，但該法向廢水中加入了PO43-，易造成二次污染。工業(yè)純水設備
3.2.3離子交換法
離子交換法的實質是不溶性離子化合物（離子交換劑）上的可交換離子與廢水中的其它同性離子的交換反應，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆性化學吸附。沸石是一種天然離子交換物質，其價格遠低于陽離子交換樹脂，且對NH4+-N具有選擇性的吸附能力，具有較高的陽離子交換容量，純絲光沸石和斜發(fā)沸石的陽離子交換容量平均為每100g相當于213和223mg物質的量（m.e）。
但實際天然沸石中含有不純物質，所以純度較高的沸石交換容量每100g不大于200m.e，一般為100～150m.e。沸石作為離子交換劑，具有特殊的離子交換特性，對離子的選擇交換順序是：Cs（Ⅰ）>Rb（Ⅰ）>K（Ⅰ）>NH4+>Sr（Ⅰ）>Na（Ⅰ）>Ca（Ⅱ）>Fe（Ⅲ）>Al（Ⅲ）>Mg（Ⅱ）>Li（Ⅰ）。工程設計應用中，廢水pH值應調(diào)整到6～9，重金屬大體上沒有什么影響；堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響，尤其是Ca對沸石的離子交換能力影響比Na和K更大。沸石吸附飽和后必須進行再生，以采用再生液法為主，燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由于廢水中含有Ca2+，致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低，要考慮補充和更新。
3.2.4吹脫法
吹脫法是將廢水調(diào)節(jié)至堿性，然后在汽提塔中通入空氣或蒸汽，通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣中。通入蒸汽，可升高廢水溫度，從而提高一定pH值時被吹脫的氨的比率。用該法處理氨時，需考慮排放的游離氨總量應符合氨的大氣排放標準，以免造成二次污染。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫，而煉鋼、石油化工、化肥、有機化工有色金屬冶煉等行業(yè)的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。
3.2.5液膜法純水設備
自從1986年黎念之發(fā)現(xiàn)乳狀液膜以來，液膜法得到了廣泛的研究。許多人認為液膜分離法有可能成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術，尤其適用于低濃度金屬離子提純及廢水處理等過程。乳狀液膜法去除氨氮的機理是：氨態(tài)氮NH3-N易溶于膜相油相，它從膜相外高濃度的外側，通過膜相的擴散遷移，到達膜相內(nèi)側與內(nèi)相界面，與膜內(nèi)相中的酸發(fā)生解脫反應，生成的NH4+不溶于油相而穩(wěn)定在膜內(nèi)相中，在膜內(nèi)外兩側氨濃度差的推動下，氨分子不斷通過膜表面吸附、滲透擴散遷移至膜相內(nèi)側解吸，從而達到分離去除氨氮的目的。
3.2.6電滲析法
電滲析是一種膜法分離技術，其利用施加在陰陽膜對之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。在電滲析室的陰陽滲透膜之間施加直流電壓，當進水通過多對陰陽離子滲透膜時，銨離子及其他離子在施加電壓的影響下，通過膜而進入另一側的濃水中并在濃水中集，因而從進水中分離出來。
3.2.7催化濕式氧化法
催化濕式氧化法是20世紀80年代國際上發(fā)展起來的一種治理廢水的新技術。在一定溫度、壓力和催化劑作用下，經(jīng)空氣氧化，可使污水中的有機物和氨分別氧化分解成CO2、N2和H2O等無害物質，達到凈化的目的。該法具有凈化效率高（廢水經(jīng)凈化后可達到飲用水標準）、流程簡單、占地面積少等特點。經(jīng)多年應用與實踐，這一廢水處理方法的建設及運行費用僅為常規(guī)方法的60%左右，因而在技術上和經(jīng)濟上均具有較強的競爭力。
4結論
國內(nèi)外氨氮廢水降解的各種技術與工藝過程，都有各自的優(yōu)勢與不足，由于不同廢水性質上的差異，還沒有一種通用的方法能處理所有的氨氮廢水。因此，必須針對不同工業(yè)過程的廢水性質，以及廢水所含的成分進行深入系統(tǒng)地研究，選擇和確定處理技術及工藝。目前，生物脫氮法主要用于含有機物的低氨氮濃度化工廢水和生活污水的處理，該法技術可靠，處理效果好。對于高濃度氨氮廢水主要采用吹脫法，近年來興起的膜法分離技術及催化濕式氧化等方法具有很好的應用前景。純水設備，工業(yè)純水設備, 蘇州水處理設備，醫(yī)用GMP純化水設備 ，醫(yī)用水處理設備。
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