廢水處理氨氮的處理方法及工藝

目前氨氮處理實用性較好國內運用較多的技術為：生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點氯化法、化學沉淀法、離子交換法、液膜法、土壤灌溉法等。

一．生物法

1.生物法機理——生物硝化和反硝化機理

      在污水的生物脫氮處理過程中，首先在好氧條件下,通過好氧硝化菌的作用 ,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽 ;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從污水中逸出。因而,污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個階段。生物脫氮工藝流程見圖1 。

      硝化反應是將氨氮轉化為硝酸鹽的過程 ,包括兩個基本反應步驟 : 由亞硝酸菌參與的將氨氮轉化為亞硝酸鹽的反應;由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽的反應。

      在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌) 的作用,將硝化過程中產生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程,稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機底物(碳源) 。

      生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達70%—95%,二次污染小且比較經濟,因此在國內外運用*多。但缺點是占地面積大,低溫時效率低。

2.傳統生物法

      目前, 國內外對氨氮污水實際處理中應用較成熟的生物處理方法是傳統的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個階段,硝化和反硝化反應分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對環境條件的要求不同,這兩個過程不能同時發生,而只能序列式進行,即硝化反應發生在好氧條件下,反硝化反應發生在缺氧或厭氧條件下。由此而發展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區與好氧區分開,形成分級硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨立地進行。

      1932 年,Wuhrmann利用內源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification) ,1973年Barnard 結合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現了各種改進工藝如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工藝等,這些都是典型的傳統硝化反硝化工藝。

3. A/O系統

      A/O脫氮除磷系統，即缺氧、好氧脫氮除磷系統。它是70年代主要由美國、南非等國開發的具有去除廢水中氮污染物的工藝，同時對脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經歷缺氧、好氧兩個階段，故人們通稱為缺氧、好氧脫氮除磷系統，簡稱A/O系統。A/O系統流程簡單、運行管理方便，且很容易利用原廠改建，從而提高了出水水質。近年來已得到了越來越廣泛的應用。A/O法工藝如圖2所示。

4.缺氧/ 好氧工藝(簡稱A2/O法)　

      A2- O 法處理工藝是在好氧條件下,污水中NH3和銨鹽在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然后在缺氧條件下,通過反硝化反應將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工藝，它是在法A/O法的基礎上增加一個厭氧段和一個缺氧段，傳統A2/O工藝流程如圖3所示。

5.厭氧—缺氧—好氧工藝(簡稱A1 - A2/O工藝)　

      A1—A2/O工藝和A2/O工藝同屬于硝化—反硝化為基本流程的生物脫氨工藝,所不同的是A1—A2/O工藝是在A1/O工藝基礎上增加了一級預處理段—厭氧段(A1) ,目的在于通過水解(酸化) 的預處理,改變廢水中難降解物質的分子結構,提高其可生化性,強化脫氮效果。

      近幾十年來,盡管生物脫氮技術有了很大的發展,但是,硝化和反硝化兩個過程仍然需要在兩個隔離的反應器中進行,或者在時間或空間上造成交替缺氧和好氧環境的同一個反應器中進行。并且傳統的生物脫氮工藝,主要有前置反硝化和后置反硝化兩種。

      前置反硝化能夠利用廢水中部分快速易降解有機物作碳源,雖然可節約反硝化階段外加碳源的費用,但是,前置反硝化工藝對氮的去除不完全,廢水和污泥循環比也較高,若想獲得較高的氮去除率,則必須加大循環比,能耗相應也增加。

      而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機碳源的投加,同時還會產生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質。

傳統生物脫氮工藝存在不少問題:

(1)工藝流程較長,占地面積大,基建投資高;

(2) 由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度,特別是在低溫冬季,造成系統的HRT 較長,需要較大的曝氣池,增加了投資和運行費用;(3) 系統為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時進行污泥和硝化液回流,增加了動力消耗和運行費用;

(4) 系統抗沖擊能力較弱,高濃度NH3- N 和NO2-廢水會抑制硝化菌生長;

(5) 硝化過程中產生的酸度需要投加堿中和,不僅增加了處理費用,而且還有可能造成二次污染等等。

二．物理化學處理法

1.吹脫法及汽提法

      吹脫、汽提法主要用于脫除水中溶解氣體和某些揮發性物質。即將氣體通入水中，使氣水相互充分接觸,使水中溶解氣體和揮發性溶質穿過氣液界面，向氣相轉移，從而達到脫除污染物的目的。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為吹脫，后者稱為汽提。

      氨吹脫、汽提是一個傳質過程，即在高pH時，使廢水與空氣密切接觸從而降低廢水中氨濃度的過程，推動力來自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當的平衡分壓之間的差。

      氨吹脫、汽提工藝具有流程簡單、處理效果穩定、基建費和運行費較低等優點，但其缺點是生成水垢，在大規模的氨吹脫、汽提塔中，生成水垢是一個嚴重的操作問題。如果生成軟質水垢，可以安裝水的噴淋系統；而如果生成硬質水垢，不論用噴淋或刮刀均不能消除此問題。

2.折點氯化法

      折點氯化法是將氯氣通入廢水中達到某一點,在該點時水中游離氯含量較低,而氨的濃度降為零。當氯氣通入量超過該點時,水中的游離氯就會增多。因此,該點稱為折點。該狀態下的氯化稱為折點氯化。折點氯化法除氨的機理為氯氣與氨反應生成無害的氮氣,N2 逸入大氣,使反應源源不斷向右進行。

      加氯比例:M（Cl2）與M（NH3-N）之比為8 :l - 10 :1 。當氨氮濃度小于20 mg/ L 時,脫氮率大于90 % ,pH 影響較大,pH 高時產生NO3- ,低時產生NCl3 ,將消耗氯,通?？刂苝H在6-8。

      此法用于廢水的深度處理,脫氮率高、設備投資少、反應迅速完全,并有消毒作用。但液氯安全使用和貯存要求高,對pH要求也很高,產生的水需加堿中和,因此處理成本高。另外副產物氯胺和氯代有機物會造成二次污染。

3.化學沉淀法

      化學沉淀法從20世紀60年代就開始應用于廢水處理，隨著對化學沉淀法的不斷研究，發現化學沉淀法*好使用H3PO4和MgO。其基本原理是向NH4+廢水中投加Mg+和PO43-，使之和NH4+生成難溶復鹽MgNH4PO4*6H2O(簡稱MAP)結晶，再通過重力沉淀使MAP,從廢水中分離。這樣可以避免往廢水中帶入其它有害離子，而且MgO還起到了一定程度的中和H+的作用，節約了堿的用量。經化學沉淀后，若NH4+-N和PO43-的殘留濃度還比較高，則有研究建議化學沉淀放在生物處理前，經過生物處理后N和P的含量可進一步降低。產物MAP, 為圓柱形晶體，無吸濕性，在空氣中很快干燥，沉淀過程中很少吸收有毒物質，不吸收重金屬和有機物。另外，MAP溶解度隨著pH的升高而降低；溫度越低，MAP溶解度也越低。

      化學沉淀法可以處理各種濃度氨氮廢水。其與生物法結合處理高濃度氨氮廢水，曝氣池不需達到硝化階段，曝氣池體積比硝化-反硝化法可以減小約一倍。NH4+-N在化學沉淀法中被沉淀去除，與硝化-反硝化法相比，能耗大大節省，反應也不受溫度限制，不受有毒物質的干擾，其產物MAP, 還可用作肥料，可在一定程度上降低處理費用。因此，MAP沉淀法是一種技術可行、經濟合理的方法，很有開發前景，但要廣泛應用于工業廢水處理，尚需解決以下兩個問題：

（1）尋找價廉效果較好的沉淀劑；

（2）開發MAP作為肥料的價值。

通過對機理及影響因素的分析，我公司針對氨氮出水超標研制的氨氮去除劑，可應急治理出水超標，達標排放。

污水氨氮超標處理方法

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