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污水中氨氮的物理化学祛除法及液膜法

2022-05-23 16:24
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氨氮污水的处理技术都有各自的优势与不足:生物法处理氨氮污水较稳定,但一般要求氨氮浓度在400 mg/L以下,总氮去除率可达70% ~95%,是目前国内外运用最多的一种方法。生物脱氮新工艺处理高浓度氨氮废水效率比较高, 目前实际投入运行的有短程硝化反硝化工艺和厌氧氨氧化工艺,但它们的工艺条件要求严格,特别是对溶解氧的要求更为严格,在实际应用中很难控制;其他新型脱氮技术也只是在实验研究阶段。氨吹脱法,工艺成熟,吹脱效率高,运行稳定,但动力消耗大,塔壁易结垢,在寒冷季节效率会降低;化学沉淀法工艺简单,效率高,但投加药剂量大,必须找一种高效价廉无污染的药剂或助凝剂;人们已经对膜吸收法中膜的渗漏问题进行了研究,并发现较高的氨氮和盐量能有效抑制水的渗透蒸馏通量;对于成分比较简单的氨氮废水处理,在物理化学法中,吹脱法和膜吸收法是比较经济有效的选择;如果污水成分相对复杂,比如油性污染物含量较高,则需先进行气浮等预处理。对于高浓度氨氮废水,为保证出水达标排放,建议采用物化法和生物法联合工艺取代单一工艺以彻底去除废水中氨氮。综合以上各种方法:相对于有机物来讲,污水中氨氮的脱除是比较麻烦的,生化法比较经济,但对中高浓度的氨氮废水不适合;物化法可以处理高浓度的氨氮废水,但往往是多种方法串联组合,且运行费用昂贵,有些还会产生二次污染。对工业废水来说,由于氨氮浓度高,宜采用将高浓度氨氮废水集中物化处理后再和其他废水混合,然后采用常规生化处理的组合工艺,这样可适当降低工程投资和建成后的运行费用。总的来说,生产单位应首先对生产工艺进行改革,能不使用含氮原料的尽量不用,如必须使用应尽量减少泡冒滴漏,从上游减少氨氮的排放量;对污水脱氮处理工艺的选择应根据企业的实际情况,综合考虑,设计的工艺流程应首先进行小试,待试验证实后再开始设计和施工。

一、物理化学处理法

1.吹脱法及汽提法

吹脱、汽提法主要用于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质。即将气体通入水中,使气水相互充分接触,使水中溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面,向气相转移,从而达到脱除污染物的目的。常用空气或水蒸气作载气,前者称为吹脱,后者称为汽提。

氨吹脱、汽提是一个传质过程,即在高pH时,使废水与空气密切接触从而降低废水中氨浓度的过程,推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差。

氨吹脱、汽提工艺具有流程简单、处理效果稳定、基建费和运行费较低等优点,但其缺点是生成水垢,在大规模的氨吹脱、汽提塔中,生成水垢是一个严重的操作问题。如果生成软质水垢,可以安装水的喷淋系统;而如果生成硬质水垢,不论用喷淋或刮刀均不能消除此问题。

2.折点氯化法

折点氯化法是将氯气通入废水中达到某一点,在该点时水中游离氯含量较低,而氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时,水中的游离氯就会增多。因此,该点称为折点。该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气,N2 逸入大气,使反应源源不断向右进行。加氯比例:M(Cl2)与M(NH3-N)之比为8 :l - 10 :1 。当氨氮浓度小于20 mg/ L 时,脱氮率大于90 % ,pH 影响较大,pH 高时产生NO3- ,低时产生NCl3 ,将消耗氯,通常控制pH在6-8。

此法用于废水的深度处理,脱氮率高、设备投资少、反应迅速完全,并有消毒作用。但液氯安全使用和贮存要求高,对pH要求也很高,产生的水需加碱中和,因此处理成本高。另外副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。

3.化学沉淀法

化学沉淀法从20世纪60年代就开始应用于废水处理,随着对化学沉淀法的不断研究,发现化学沉淀法**使用H3PO4和MgO。其基本原理是向NH4+废水中投加Mg+和PO43-,使之和NH4+生成难溶复盐MgNH4PO4*6H2O(简称MAP)结晶,再通过重力沉淀使MAP,从废水中分离。这样可以避免往废水中带入其它有害离子,而且MgO还起到了一定程度的中和H+的作用,节约了碱的用量。经化学沉淀后,若NH4+-N和PO43-的残留浓度还比较高,则有研究建议化学沉淀放在生物处理前,经过生物处理后N和P的含量可进一步降低。产物MAP, 为圆柱形晶体,无吸湿性,在空气中很快干燥,沉淀过程中很少吸收有毒物质,不吸收重金属和有机物。另外,MAP溶解度随着pH的升高而降低;温度越低,MAP溶解度也越低。

化学沉淀法可以处理各种浓度氨氮废水。其与生物法结合处理高浓度氨氮废水,曝气池不需达到硝化阶段,曝气池体积比硝化-反硝化法可以减小约一倍。NH4+-N在化学沉淀法中被沉淀去除,与硝化-反硝化法相比,能耗大大节省,反应也不受温度限制,不受有毒物质的干扰,其产物MAP, 还可用作肥料,可在一定程度上降低处理费用。因此,MAP沉淀法是一种技术可行、经济合理的方法,很有开发前景,但要广泛应用于工业废水处理,尚需解决以下两个问题:(1)寻找价廉高效的沉淀剂;(2)开发MAP作为肥料的价值。

4.离子交换法

沸石是一种对氨离子有很强选择性的硅铝酸盐,一般作为离子交换树脂用于去除氨氮的为斜发沸石,此法具有投资省、工艺简单、操作较为方便的优点,但对于高浓度的氨氮废水,会使树脂再生频繁而造成操作困难,且再生液仍为高浓度氨氮废水,需再处理。常用的离子交换系统有以下三种类型:

(1)固定床

在此系统中,溶液的去离子过程为二阶段间歇过程。溶液通过阳树脂床时阳离子与氢离子交换生成酸溶液,然后此溶液再通过阴树脂床,以去除阴离子。交换能力将耗尽时,树脂在原位再生,经常采用向下流再生法,此法操作可靠方便,但其化学效率相对较低,容积较大,联系到树脂用量大,有时为了适应连续流的要求,还需要有储备装置,因而投资费用较高。

(2)混合床

混合床系统用一步法来去除溶液中的离子。溶液流过阳、阴树脂充分混合的混合床。混合床的再生比两个单生床再生要复杂一些,因为在再生前必须将两种树脂分开。在水力学上可利用两种树脂的比重差用水力反洗使其分层。虽然混合床的化学效率较高,但它需要大量的清洗水。这对节约用水不利,另外将交换离子作为回收产品收集时,回收液稀,其浓缩费用也很高。

(3)移动床

移动床系统通过二阶段过程来去除溶液中的离子。在这两个过程中,虽然实际上工作流体处理的水是间歇的,而它的效果却是连续的。首先溶液和阳树脂逆向流动,阳树脂脉动通过容器,新鲜树脂从一端补充,用过的树脂从另一端排出,在此过程中完成离子交换和树脂再生。然后溶液游向流过一个与上面相似的阴树脂移动床来完成阴离子的交换。

二、液膜法

自从1986 年黎念之发现乳状液膜以来,液膜法得到了广泛的研究。许多人认为液膜分离法有可能成为继萃取法之后的第二代分离纯化技术,尤其适用于低浓度金属离子提纯及废水处理等过程。乳状液膜法去除氨氮的机理是:氨态氮(NH3-N) 易溶于膜相(油相) ,它从膜相外高浓度的外侧,通过膜相的扩散迁移,到达膜相内侧与内相界面,与膜内相中的酸发生解脱反应,生成的NH4+ 不溶于油相而稳定在膜内相中,在膜内外两侧氨浓度差的推动下,氨分子不断通过膜表面吸附,渗透扩散迁移至膜相内侧解吸,从而达到分离去除氨氮的目的。通常采用硫酸为吸收液,选用耐酸性疏水膜,NH3在吸收液-微孔膜界面上为H2SO4吸收,生成不挥发的 (NH4 )2SO4而被回收。人们已经对膜吸收法中膜的渗漏问题进行了研究,并发现较高的氨氮和盐量能有效抑制水的渗透蒸馏通量。该法具有投资少、能耗低、高效、使用方便和操作简单等特点,此外膜吸收法还有传质面积大的优点和没有雾沫夹带、液泛、沟流、鼓泡等现象发生。

1.土壤灌溉

土壤灌溉是把低浓度的氨氮废水( < 50mg/ L)作为农作物的肥料来使用,既为污灌区农业提供了稳定的水源,又避免了水体富营养化,提高了水资源利用率。西红柿罐头废水与城市污水混合并经氧化塘处理至11mg 氨氮/ L 后用于灌溉,氨氮可完全被吸收;马铃薯加工厂废水也用于喷淋灌溉,经测定25mg 氨氮/ L 的排放水中有75 %的氨氮被吸收。日本Aichi大学生物实验室和Aichi-ken农业研究中心,利用日本西南地区水稻田对氨氮进行吸收。研究表明,只需占总面积5 %的水稻田就可以吸收该地区所有排污渠中一半的氨氮负荷。但用于土壤灌溉的废水必须经过预处理,去除病菌、重金属、酚类、氰化物、油类等有害物质,防止对地面、地下水的污染及病菌的传播。

最后对氨氮污水处处理方法的选择应遵循以下几条:

(1)城市污水、中低氨氮浓度工业废水中氨氮的去除,由于生物法因工艺简单、处理能力强、运行方式灵活,处理工艺成熟,比较经济,在其他同等条件下优先选择。

(2)高浓度氨氮工业废水应根据废水的特性选择不同的物化法与生物法联合去除比较经济有效。


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