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：
隨著(zhù)人們生活水平的提高和對環(huán)境要求的加強、環(huán)境污染治理的加強和環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，水體中有機物的代表指標——COD 基本上得到有效控制，但是，含高氨氮廢水達標排放沒(méi)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，如易導致湖泊富營(yíng)養化，海洋赤潮等。 隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,來(lái)源廣泛的高氨氮廢水處理越來(lái)越受到重視,像傳統領(lǐng)域的化工、制革、屠宰等行業(yè)廢水的預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(zhù)排放標準的提高,A /O或A /A /O的生化處理工藝得到了越來(lái)越廣泛的應用。本文總結了高氨氮廢水處理技術(shù)、現狀及其發(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殖。但具有應用方便，處理效果穩定、適應廢水水質(zhì)及比較經(jīng)濟等優(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氧化技術(shù)。吹脫法是目前處理氨氮廢水最普遍應用的方法之一。研究主要集中在：吹脫設備（吹脫池、吹脫塔）、吹脫形式（自然吹脫、鼓風(fēng)吹脫）、填料形式（規整填料、拉西環(huán)、聚丙烯鮑爾環(huán)等）吹脫參數（pH 值、氣水比、吹脫溫度等）。煉鋼、石油化工、化肥、有機化工等行業(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處理，該處理技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于除氨效果穩定，操作簡(jiǎn)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(guò)程水垢的生成都是氨吹脫法需要考慮的問(wèn)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+生成難溶復鹽磷酸氨鎂MgNH4PO4·6H2O(簡(jiǎn)稱(chēng)MAP)結晶，通過(guò)沉淀，使MAP 從廢水中分離出來(lái)。化學(xué)沉淀法處理高濃度氨氮廢水工藝簡(jiǎn)單、效率高。但是，廢水中的氨氮殘留濃度還是較高；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(wèn)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:除氨效果穩定;操作簡(jiǎn)便,容易控制。存在的問(wèn)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90 %～100 % , 但運行費用高, 副產(chǎn)物氯胺和氯代有機物會(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選擇性的沸石作為交換樹(shù)脂,從而達到去除氨氮的目的。但對高濃度的氨氮廢水, 會(huì )因樹(shù)脂再生頻繁而造成操作困難。離子交換法去除率高, 但運行費用高, 再生液為高濃度氨氮廢水,仍需進(jìn)一步處理。傳統的硝化/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(guò)程稱(chēng)為硝化反應。其反應如下：反硝化菌屬異養型兼性厭氧菌，在有氧存在時(shí)，它會(huì )以O2 為電子受體進(jìn)行好氧呼吸；在無(wú)氧而有NO3-或NO2-存在時(shí)，則以NO3-或NO2-為電子受體，以有機碳為電子供體和營(yíng)養源進(jìn)行反硝化反應。生物處理對氨氮的降解徹底、運行費用低。是目前應用最為廣泛的脫氮技術(shù)。傳統的生物脫氮工藝是由Barth 基于氨化、硝化及反硝化反應過(guò)程建立的三級活性污泥工藝。該系統因細菌生長(cháng)環(huán)境條件優(yōu)越，能夠快速徹底地去除總氮。但該工藝流程復雜、處理設備多。上世紀80 年代初開(kāi)創(chuàng )的前置反硝化工藝A/O，以其流程簡(jiǎn)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(zhù)研究的深入，先后出現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(kāi)發(fā)一些低能耗、高效率、低投資的工藝。目前是通過(guò)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%。根據研究，通過(guò)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。為了能獲得穩定和較高的氨氮亞硝化率，必須保證適宜亞硝化菌生長(cháng)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。高級氧化法( Advanced Oxidation Processes) 是20 世紀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物或對生物有毒的污染物徹底礦化, 或轉化為可生化物質(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(jiǎn)單, 反應條件溫和, 能將有機污染物轉化為CO2, H2O 等無(wú)機小分子, 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(yáng)光, 這對節約能源、保護環(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 半導體材料, 由于性質(zhì)穩定、催化活性高、無(wú)毒、對水中欲降解的物質(zhì)無(wú)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80 年代發(fā)展起來(lái)的高級氧化技術(shù)。電化學(xué)氧化法是電氧化法與化學(xué)氧化法的結合, 有明顯的去除氨氮和亞硝態(tài)氮的作用, 通過(guò)改變電流、電壓可調節反應。一般在常溫、常壓下進(jìn)行, 常與生化法聯(lián)合使用, 當廢水中含有不適于生物氧化或影響生物轉化過(guò)程的物質(zhì)時(shí), 可單獨作為廢水處理工藝。電化學(xué)有兩種反應途徑, 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。二是間接氧化作用, 即電極表面產(chǎn)生的強氧化性活性物種, 使污染物發(fā)生氧化還原反應, 強氧化物種有: 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(zhù)的影響。對于吹脫技術(shù)，影響其吹脫效果按顯著(zhù)程度依次為:p H 值> 氣液比> 水力負荷> 氨氮負荷。當p H 值介于10～11 之間時(shí),氨氮負荷、氣液比和水力負荷對吹脫效率影響不顯著(zhù),其中氨氮負荷的顯著(zhù)性幾乎沒(méi)有。當水溫為27～30 ℃,氣溫為25～27 ℃,進(jìn)水氨氮負荷為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計;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。當填料高于6. 0 m,布水負荷不宜超過(guò)180 m3 / (m2 ·d) ;足夠的氣液分離空間;適宜的氮冷凝系統。反硝化過(guò)程中，理論的C/N應為2.86。當廢水中的C/N 大于2.86 時(shí)才能充分滿(mǎn)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，工程運行中一般控制C/N 在3.0 以上。另外，SRT應控制在3—5天內，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、結論
因此, 高級氧化法作為一種新型脫氮方法, 應該備受我們的重視。相信再投入大量工作提高催化劑回收利用率, 分析其反應機理, 對反應中控制因素及反應中間產(chǎn)物進(jìn)一步研究后,高級氧化法脫氮將成為未來(lái)脫氮領(lǐng)域的重要方法。
