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中低濃度氨氮工業廢水的處理方法

發布時間:2019-06-28 15:47人氣:

到目前為止,傳統的中低濃度氨氮工業廢水處理技術主要有吹脫法、化學沉淀法、折點氯化法、生物脫氮法、離子交換法、催化氧化法等,還有其他一些非常規的廢水處理方法,如膜分離法、電化學氧化法、電滲析法、超聲波法、微波法、土壤灌溉法、藻類養殖法等。
 
吹脫法
 
原理
 
吹脫法是利用氨氣(NH3)等揮發性物質的實際濃度與平衡濃度之間存在的差異,將廢水pH調節至堿性,以空氣或其他氣體作為載氣,通入汽提塔中,在氣液兩相中充分接觸后,溶解于廢水中的氣體與NH3由液相穿過氣液相界面進入氣相,從而達到脫除廢水中氨氮的目的。
 
工藝流程
 
其中,當以空氣作為載氣時,稱為吹脫過程;而以水蒸氣作為載氣時,稱為汽提過程。為了不造成NH3的二次污染,吹脫和汽提過程一般在塔式設備中進行。廢水從塔頂往下流動,氣體則從下往上逆向流動,在氣液相之間NH3分壓差的推動下,水中的NH4+不斷以NH3的形式向氣相轉移,在塔頂設置NH3吸收裝置,則水中的NH4+就可以進行回收再利用。
 
常溫下,吹脫法主要應用于中低濃度氨氮廢水的處理。因為這種方法易于操作,設備構造簡單,方便管理。
 
汽提法
 
主要應用于高濃度氨氮廢水的處理。在去除氨氮的過程中,雖然汽提法比吹脫法能耗高、成本大,但其去除效率要高于吹脫法。
 
優缺點
 
優點:
 
吹脫汽提法具有去除效果好、工藝流程簡單、易于操作等優點,且吹脫后的氨氮能以氨水或硫酸銨的形式進行回收,可以達到資源回收利用的目的。
 
缺點:
 
(1)如吹脫前需要加堿調節廢水pH至11以上,吹脫后又需要加適量酸調節pH至9以下,酸堿消耗量大,增加處理成本;
 
(2)另外,對于成分復雜的工業廢水,無論是吹脫還是汽提,在加堿吹脫過程中易出現沉淀,導致堵塔問題;
 
(3)同時,在吹脫過程中產生NH3如果不能得到處理和回收,進入空氣中,易造成對大氣環境的污染;再者在氨氮工業廢水吹脫過程中,氣體消耗量大,導致運行成本較高。
 
影響因素
 
影響吹脫效果的主要因素大小順序為:pH>吹脫溫度>氣液比,在pH為11,溫度為40℃時,氣液比為5555.6∶1,吹脫時間為100min。
 
發展趨勢
 
吹脫出的NH3用H2SO4吸收,形成(NH4)2SO4溶液,可作為浸取劑返回生產中使用或者用于生產(NH4)2SO4肥料,實現資源回收利用。一些研究表明,利用超重力、超聲波等過程強化方法能增強氨氮吹脫效率,從而達到節能降耗的目的,這是今后一個新的發展趨勢。
 
化學沉淀法
 
原理
 
化學沉淀法是在含有NH4+的廢水中,投加一定比例的Mg2+和PO43–,使它們與NH4+反應生成穩定的磷酸銨鎂(MgNH4PO4˙6H2O,又稱MAP)化學沉淀,通過過濾沉降等手段分離出MAP沉淀。其化學反應方程式如式所示:
 
Mg2++NH4++PO43–+6H2O→MgNH4PO4˙6H2O↓
 
利用化學沉淀法對某養豬場廢水進行氨氮去除研究時發現,當進水氨氮濃度為756mgL、反應pH為9.5、n(Mg2+)∶n(NH4+)∶n(PO43–)為1.2∶1∶1、反應10min后,氨氮去除率達到95%以上。采用化學沉淀法從人的尿液中回收營養物質的研究發現,可回收65%~80%的氨。
 
優缺點
 
利用化學沉淀法對垃圾滲濾液進行氨氮去除的研究發現,在pH為10,接觸時間為30min,MgNP的物質的量比為1∶1∶1,垃圾濾液中的NH4+-N濃度為610~640mgL時,NH4+-N的去除率達88%左右。
 
優點:
 
化學沉淀法處理氨氮廢水具有工藝簡單、反應速率快、操作簡便的優點,且生成的沉淀物磷酸銨鎂可以作為一種優質的緩釋氮磷肥料,能被用作土壤添加劑和建筑阻燃劑,從而達到廢物回收再利用的目的。
 
缺點:
 
(1)由于該化學反應影響因素多,如廢水pH、鎂鹽和磷酸鹽的配比、反應時間等都有可能導致氨氮不能完全沉淀;
 
(2)適合處理高濃度氨氮廢水,對低濃度氨氮廢水處理效率不高;
 
(3)處理過程中需要投放加大量鎂鹽和磷酸鹽,使得處理成本加大,同時容易造成二次污染。
 
生物脫氮法
 
原理
 
生物脫氮法是目前實際操作中常用的處理方法,適合處理中低濃度的含氮廢水。傳統生物法是在各種微生物作用下,經過硝化、反硝化等一系列反應將廢水中的氨氮轉化為氮氣,從而達到廢水治理的目的。
 
工藝
 
傳統生物法要經過兩個階段:第一階段為硝化過程,在有氧條件下硝化菌將氨轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽;第二階段為反硝化過程,在無氧或低氧條件下,反硝化細菌將污水中硝酸鹽和亞硝酸鹽轉化為氮氣。
 
影響因素
 
影響生物脫氮技術的主要因素有:pH、溫度、溶解氧、有機碳源等。
 
物化-水解酸化-AO(缺氧好氧)組合法
 
采用物化-水解酸化-AO(缺氧好氧)組合法處理焦化廢水,工程實踐表明,該工藝運行穩定且處理效果好,出水水質滿足《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)規定中的二級標準。
 
優點:
 
傳統生物法處理氨氮廢水具有效果穩定、操作簡單、不產生二次污染、成本較低等優點。
 
缺點:
 
但該法也存在缺點,如當廢水中CN值較低時必須補充碳源,低溫時處理效率低且耗時長、占地面積大、需氧量大,有些有害物質如重金屬離子等對微生物有抑制作用,需在進行生物法之前去除。
 
采用涂鐵污泥處理中低濃度氨氮廢水,研究結果表明:室溫時經0.15molL的氯化鐵溶液改性的涂鐵污泥用量5gL,pH為9,反應40min即可達到氨氮去除率95%以上,且該吸附反應符合擬二級速率方程。將此工藝條件用于處理氨氮濃度為102.68mgL、COD為362mgL的實際工業廢水,處理后濾液中氨氮濃度為9.2mgL、COD為83mgL,達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)一級標準(NH4+濃度<15mgL和COD<100mgL)。
 
短程硝化的過程不經歷硝酸鹽階段,節約生物脫氮所需碳源。對于低CN值的氨氮廢水具有一定的優勢。短程硝化反硝化具有污泥量少,反應時間短,節約反應器體積等優點。但短程硝化反硝化要求穩定、持久的亞硝酸鹽積累,因此如何有效抑制硝化細菌的活性成為關鍵。
 
(厭氧氨氧化)工藝
 
(厭氧氨氧化)工藝由荷蘭Delft技術大學于1990年開發,是一種新型脫氮工藝,其原理為:在厭氧條件下,以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子供體,將氨氮氧化成氮氣。由于NO2–是一個關鍵的電子受體,所以也劃歸為亞硝酸型生物脫氮技術。由于參與厭氧氨氧化的細菌是自養菌,因此不需要添加有機物來維持反硝化。其工藝的優點是脫氮效率高,其污泥活性和反應器能力都遠遠高于活性污泥法中的硝化反硝化;其缺點是氨氧化菌生長緩慢,污泥齡長。

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