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中低浓度氨氮工业废水的处理方法

发布时间:2019-06-28 15:47人气:

到目前为止,传统的中低浓度氨氮工业废水处理技术主要有吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法、生物脱氮法、离子交换法、催化氧化法等,还有其他一些非常规的废水处理方法,如膜分离法、电化学氧化法、电渗析法、超声波法、微波法、土壤灌溉法、藻类养殖法等。
 
吹脱法
 
原理
 
吹脱法是利用氨气(NH3)等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异,将废水pH调节至碱性,以空气或其他气体作为载气,通入汽提塔中,在气液两相中充分接触后,溶解于废水中的气体与NH3由液相穿过气液相界面进入气相,从而达到脱除废水中氨氮的目的。
 
工艺流程
 
其中,当以空气作为载气时,称为吹脱过程;而以水蒸气作为载气时,称为汽提过程。为了不造成NH3的二次污染,吹脱和汽提过程一般在塔式设备中进行。废水从塔顶往下流动,气体则从下往上逆向流动,在气液相之间NH3分压差的推动下,水中的NH4+不断以NH3的形式向气相转移,在塔顶设置NH3吸取装置,则水中的NH4+就可以进行回收再利用。
 
常温下,吹脱法主要应用于中低浓度氨氮废水的处理。因为这种方法易于操作,设备构造简单,方便管理。
 
汽提法
 
主要应用于高浓度氨氮废水的处理。在去除氨氮的过程中,虽然汽提法比吹脱法能耗高、成本大,但其去除效率要高于吹脱法。
 
优缺点
 
优点:
 
吹脱汽提法具有去除效果好、工艺流程简单、易于操作等优点,且吹脱后的氨氮能以氨水或硫酸铵的形式进行回收,可以达到资源回收利用的目的。
 
缺点:
 
(1)如吹脱前需要加碱调节废水pH至11以上,吹脱后又需要加适量酸调节pH至9以下,酸碱消耗量大,增加处理成本;
 
(2)另外,对于成分复杂的工业废水,无论是吹脱还是汽提,在加碱吹脱过程中易出现沉淀,导致堵塔问题;
 
(3)同时,在吹脱过程中产生NH3如果不能得到处理和回收,进入空气中,易造成对大气环境的污染;再者在氨氮工业废水吹脱过程中,气体消耗量大,导致运行成本较高。
 
影响因素
 
影响吹脱效果的主要因素大小顺序为:pH>吹脱温度>气液比,在pH为11,温度为40℃时,气液比为5555.6∶1,吹脱时间为100min。
 
发展趋势
 
吹脱出的NH3用H2SO4吸取,形成(NH4)2SO4溶液,可作为浸取剂返回生产中使用或者用于生产(NH4)2SO4肥料,实现资源回收利用。一些研究表明,利用超重力、超声波等过程强化方法能增强氨氮吹脱效率,从而达到节能降耗的目的,这是今后一个新的发展趋势。
 
化学沉淀法
 
原理
 
化学沉淀法是在含有NH4+的废水中,投加一定比例的Mg2+和PO43–,使它们与NH4+反应生成稳定的磷酸铵镁(MgNH4PO4˙6H2O,又称MAP)化学沉淀,通过过滤沉降等手段分离出MAP沉淀。其化学反应方程式如式所示:
 
Mg2++NH4++PO43–+6H2O→MgNH4PO4˙6H2O↓
 
利用化学沉淀法对某养猪场废水进行氨氮去除研究时发现,当进水氨氮浓度为756mgL、反应pH为9.5、n(Mg2+)∶n(NH4+)∶n(PO43–)为1.2∶1∶1、反应10min后,氨氮去除率达到95%以上。采用化学沉淀法从人的尿液中回收营养物质的研究发现,可回收65%~80%的氨。
 
优缺点
 
利用化学沉淀法对垃圾渗滤液进行氨氮去除的研究发现,在pH为10,接触时间为30min,MgNP的物质的量比为1∶1∶1,垃圾滤液中的NH4+-N浓度为610~640mgL时,NH4+-N的去除率达88%左右。
 
优点:
 
化学沉淀法处理氨氮废水具有工艺简单、反应速率快、操作简便的优点,且生成的沉淀物磷酸铵镁可以作为一种优质的缓释氮磷肥料,能被用作土壤添加剂和建筑阻燃剂,从而达到废物回收再利用的目的。
 
缺点:
 
(1)由于该化学反应影响因素多,如废水pH、镁盐和磷酸盐的配比、反应时间等都有可能导致氨氮不能完全沉淀;
 
(2)适合处理高浓度氨氮废水,对低浓度氨氮废水处理效率不高;
 
(3)处理过程中需要投放加大量镁盐和磷酸盐,使得处理成本加大,同时容易造成二次污染。
 
生物脱氮法
 
原理
 
生物脱氮法是目前实际操作中常用的处理方法,适合处理中低浓度的含氮废水。传统生物法是在各种微生物作用下,经过硝化、反硝化等一系列反应将废水中的氨氮转化为氮气,从而达到废水治理的目的。
 
工艺
 
传统生物法要经过两个阶段:第一阶段为硝化过程,在有氧条件下硝化菌将氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐;第二阶段为反硝化过程,在无氧或低氧条件下,反硝化细菌将污水中硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气。
 
影响因素
 
影响生物脱氮技术的主要因素有:pH、温度、溶解氧、有机碳源等。
 
物化-水解酸化-AO(缺氧好氧)组合法
 
采用物化-水解酸化-AO(缺氧好氧)组合法处理焦化废水,工程实践表明,该工艺运行稳定且处理效果好,出水水质满足《污水综合排放标准》(GB8978—1996)规定中的二级标准。
 
优点:
 
传统生物法处理氨氮废水具有效果稳定、操作简单、不产生二次污染、成本较低等优点。
 
缺点:
 
但该法也存在缺点,如当废水中CN值较低时必须补充碳源,低温时处理效率低且耗时长、占地面积大、需氧量大,有些有害物质如重金属离子等对微生物有抑制作用,需在进行生物法之前去除。
 
采用涂铁污泥处理中低浓度氨氮废水,研究结果表明:室温时经0.15molL的氯化铁溶液改性的涂铁污泥用量5gL,pH为9,反应40min即可达到氨氮去除率95%以上,且该吸附反应符合拟二级速率方程。将此工艺条件用于处理氨氮浓度为102.68mgL、COD为362mgL的实际工业废水,处理后滤液中氨氮浓度为9.2mgL、COD为83mgL,达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级标准(NH4+浓度<15mgL和COD<100mgL)。
 
短程硝化的过程不经历硝酸盐阶段,节约生物脱氮所需碳源。对于低CN值的氨氮废水具有一定的优势。短程硝化反硝化具有污泥量少,反应时间短,节约反应器体积等优点。但短程硝化反硝化要求稳定、持久的亚硝酸盐积累,因此如何有效抑制硝化细菌的活性成为关键。
 
(厌氧氨氧化)工艺
 
(厌氧氨氧化)工艺由荷兰Delft技术大学于1990年开发,是一种新型脱氮工艺,其原理为:在厌氧条件下,以硝酸盐或亚硝酸盐为电子供体,将氨氮氧化成氮气。由于NO2–是一个关键的电子受体,所以也划归为亚硝酸型生物脱氮技术。由于参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌,因此不需要添加有机物来维持反硝化。其工艺的优点是脱氮效率高,其污泥活性和反应器能力都远远高于活性污泥法中的硝化反硝化;其缺点是氨氧化菌生长缓慢,污泥龄长。

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