污水处理技术工艺

污水处理技术之水中氨氮的去除方法,你清楚吗?

废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理把大多数有机氮转化为氨,然后可进一步转化为硝酸盐。

水中氨氮的去除方法有多种,但目前常见的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择性交换吸附、空气吹脱及折点氯化等。

下面我们详细介绍一下这几种水中氨氮的去除方法:

01生物硝化与反硝化(生物陈氮法)

(一) 生物硝化

在好氧条件下,通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用,将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程,称为生物硝化作用。生物硝化的反应过程为:

由上式可知:(1)在硝化过程中,1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g;(2)硝化过程中释放出H+,将消耗废水中的碱度,每氧化lg氨氮,将消耗碱度(以CaCO3计) 7.lg。

影响硝化过程的主要因素有:(1)pH值 当pH值为8.0~8.4时(20℃),硝化作用速度最快。由于硝化过程中pH将下降,当废水碱度不足时,即需投加石灰,维持pH值在7.5以上;(2)温度 温度高时,硝化速度快。亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃,在15℃以下其活性急剧降低,故水温以不低于15℃为宜;(3)污泥停留时间 硝化菌的增殖速度很小,其最大比生长速率为 =0.3~0.5d-1(温度20℃,pH8.0~8.4)。为了维持池内一定量的硝化菌群,污泥停留时间 必须大于硝化菌的最小世代时间 。在实际运行中,一般应取 >2 ,或 >2 ;(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的电子受体,其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般,在活性污泥法曝气池中进行硝化,溶解氧应保持在2~3mg/L以上;(5)BOD负荷 硝化菌是一类自养型菌,而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高,会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖,从而佼白养型的硝化菌得不到优势,结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化,BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

(二) 生物反硝化

在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程,称为反硝化。反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。以甲醇作碳源为例,其反应式为:

6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O

6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-

由上可见,在生物反硝化过程中,不仅可使NO3--N、NO2--N被还原,而且还可位有机物氧化分解。

影响反硝化的主要因素:

(1)温度 温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。一般,以维持20~40℃为宜。苦在气温过低的冬季,可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施,以保持良好的反硝化效果;

(2)pH值 反硝化过程的pH值控制在7.0~8.0;

(3)溶解氧 氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法);

(4)有机碳源 当废水中含足够的有机碳源,BOD5/TN>(3~5)时,可无需外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值时,就需另外投加有机碳。外加有机碳多采用甲醇。

考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗,甲醇投量一般为NO3--N的3倍。此外,还可利用微生物死亡;自溶后释放出来的那部分有机碳,即"内碳源",但这要求污泥停留时间长或负荷率低,使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期,因此池容相应增大。

02沸石选择性交换吸附

沸石是一种硅铝酸盐,其化学组成可表示为(M2+2M+)O.Al2O3.mSiO2•nH2O (m=2~10,n=0~9),式中M2+代表Ca2+、Sr2+等二价阳离子,M+代表Na+、K+等一价阳离子,为一种弱酸型阳离子交换剂。在沸石的三维空间结构中,具有规则的孔道结构和空穴,使其具有筛分效应,交换吸附选择性、热稳定性及形稳定性等优良性能。天然沸石的种类很多,用于去除氨氮的主要为斜发沸石。

斜发沸石对某些阳离子的交换选择性次序为:K+,NH4+>Na+>Ba2+>Ca2+>Mg2+。利用斜发沸石对NH4+的强选择性,可采用交换吸附工艺去除水中氨氮。交换吸附饱和的拂石经再生可重复利用。

溶液pH值对沸石除氨影响很大。当pH过高,NH4+向NH3转化,交换吸附作用减弱;当pH过低,H+的竞争吸附作用增强,不利于NH4+的去除。通常,进水pH值以6~8为宜。当处理合氨氮10~20mg/L的城市进水时,出水浓度可达lmg/L以下。穿透时通水容积约100~150床容。沸石的工作交换容量约0.4×10-3n-1mol/g左右。

吸附铵达到饱和的沸石可用5g/L的石灰乳或饱和石灰水再生。再生液用量约为处理水量的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。针对石灰再生的结垢问题,亦有采用2%的氯化钠溶液作再生液的,此时再生液用量较大。再生时排出的高浓度合氨废液必须进行处理,其处理方法有:(1)空气吹脱 吹脱的NH3或者排空,或者由量H2S04吸收作肥料;(2)蒸气吹脱 冷凝液为1%的氨溶液,可用作肥料;(3)电解氧化(电氯化) 将氨氧化分解为N2。

03空气吹脱

在碱性条件下(pH>10.5),废水中的氨氮主要以NH3的形式存在(图20-2)。让废水与空气充分接触,则水中挥发性的NH3将由液相向气相转移,从而脱除水中的氨氮。吹脱塔内装填木质或塑料板条填料,空气流由塔的下部进入,而废水则由塔顶落至塔底集水池。

影响氨吹脱效果的主要因素有:

(1)pH值 一般将pH值提高至10.8~11.5;

(2)温度 水温降低时氨的溶解度增加,吹脱效率降低。例如,20℃时氨去除率为90~95%,而10℃时降至约75%,这为吹脱塔在冬季运行带来困难;

(3)水力负荷 水力负荷(m3/m2.h)过大,将破坏高效吹脱所需的水流状态,而形成水幕;水力负荷过小,填料可能没有适当湿润,致使运行不良,形成干塔。一般水力负荷为2.5~5m3/m2•h;

(4)气水比 对于一定塔高,增加空气流量,可提高氨去除率;但随着空气流量增加,压降也增加,所以空气流量有一限值。一般,气/水比可取2500~5000(m3/m2);

(5)填料构型与高度 由于反复溅水和形成水滴是氨吹脱的关键,因此填料的形状、尺寸、间距、排列方式够都对吹脱效果有影响。一般,填料间距40~50mm,填料高度为6~7.5m。若增加填料间距,则需更大的填料高度;

(6)结垢控制 填料结垢(CaCO3)特降低吹脱塔的处理效率。控制结垢的措施有:用高压水冲洗垢层;在进水中投加阻垢剂:采用不合或少含CO2的空气吹脱(如尾气吸收除氨循环使用);采用不易结垢的塑料填料代替木材等。

空气吹脱法除氨,去除率可达60~95%,流程简单,处理效果稳定,基建费和运行费较低,可处理高浓度合氨废水。但气温低时吹脱效率低,填科结垢往往严重干扰运行,且吹脱出的氨对环境产生二次污染。

04折点氯化

投加过量氯或次氯酸钠,使废水中氨完全氧化为N2的方法,称为折点氯化法,其反应可表示为:

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

由反应式可知,到达折点的理论需氯(C12)量为7.6kg/kg(NH3-N),而实际需氯量在8~10kg/kg(NH3-N)。在pH=6~7进行反应,则投药量可最小。接触时间一般为0.5~2h。严格控制pH值和投氯量,可减少反应中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯代有机物。

折点氯化法对氨氮的去除率达90~100%,处理效果稳定,不受水温影响,基建费用也不高。但其运行费用高;残余氯及氯代有机物须进行后处理。

在目前采用的四种脱氮工艺中,物理化学法由于存在运行成本高、对环境造成二次污染等问题,实际应用受到-定限制。而生物脱氮法能饺为有效和彻底地除氮,且比较经济,因而得到较多应用。

污水处理技术之水中氨氮的去除方法,你清楚吗?

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