污水中氨氮的去除.doc

目錄目錄 1 1 污水中氨氮污染的現(xiàn)狀和來(lái)源污水中氨氮污染的現(xiàn)狀和來(lái)源 1 1 1 污水中氨氮污染現(xiàn)狀 1 1 2 廢水中氮的來(lái)源 2 2 2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 2 2 1 國(guó)外研究進(jìn)展 2 2 2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 3 3 3 氨氮污水處理主要技術(shù)氨氮污水處理主要技術(shù) 3 3 1 生物法 4 3 1 1 生物法機(jī)理 生物硝化和反硝化機(jī)理 4 3 1 2 傳統(tǒng)生物法 4 3 1 2 1 A O 系統(tǒng) 5 3 1 2 2 缺氧 好氧工藝 簡(jiǎn)稱 A2 O 法 5 3 1 2 3 厭氧 缺氧 好氧工藝 簡(jiǎn)稱 A1 A2 O 工藝 5 3 1 3 生物脫氮法新工藝 6 3 1 3 1 厭氧氨氧化工藝 6 3 1 3 2 短程硝化反硝化工藝 7 3 1 3 3 同時(shí)硝化反硝化工藝 7 3 2 物理化學(xué)處理法 7 3 2 1 吹脫法及汽提法 7 3 2 2 折點(diǎn)氯化法 8 3 2 3 化學(xué)沉淀法 8 3 2 4 離子交換法 8 3 2 5 液膜法 9 3 3 土壤灌溉 10 4 4 探討探討 10 5 5 氨氮污水處理方法應(yīng)用于蘭州市污水處理廠中的研究氨氮污水處理方法應(yīng)用于蘭州市污水處理廠中的研究 11 6 6 展展 望望 12 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 13 致致 謝謝 15 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 1 污水水中氨氮的去除 摘要 氨氮存在于很多工業(yè)廢水中 氨氮污水是目前造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一 本 文綜述了當(dāng)前氨氮污染的現(xiàn)狀和氨氮污水處理中最常用和比較實(shí)用方法的原理和各自的優(yōu)缺 點(diǎn) 介紹了國(guó)內(nèi)外氨氮污水處理的研究現(xiàn)狀 同時(shí)對(duì)各種方法的選擇作出了探討 并對(duì)氨氮處 理方法在蘭州市的實(shí)際應(yīng)用作了簡(jiǎn)單介紹 對(duì)蘭州市雁兒灣污水處理廠氨氮去除做了簡(jiǎn)單的 改進(jìn)思路 同時(shí)對(duì)氨氮污水處理前景進(jìn)行了展望 并提出了今后應(yīng)著重考慮的幾個(gè)問(wèn)題 關(guān)鍵詞 氨氮 廢水處理 去除 1 污水中氨氮污染的現(xiàn)狀和來(lái)源 1 1 污水中氨氮污染現(xiàn)狀 隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化的進(jìn)程 對(duì)水的需求量不斷增大 隨之而來(lái)的是污水的 排放量日益增多 水體中氨氮量的劇增引起了國(guó)內(nèi)外社會(huì)各界的廣泛關(guān)注 據(jù)統(tǒng)計(jì) 2003 年 全國(guó)污水排放總量為 460 0 億噸 工業(yè)廢水排放量為 212 4 億噸 氨氮的排放量為 40 4 萬(wàn)噸 城鎮(zhèn)生活污水的排放量為 247 6 億噸 其中氨氮的排放量為 89 3 萬(wàn)噸 1 氨氮的大量排放不僅造成了水環(huán)境污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化及水體發(fā)生赤潮等現(xiàn)象 而且在 工業(yè)廢水處理和回用工程中造成用水設(shè)備中微生物繁殖 形成生物垢 堵塞管道和用水 設(shè)備 影響熱交換 大量含有氨氮的污水排入江河 湖泊 造成自然水體的富營(yíng)養(yǎng)化 同時(shí)給生活和工業(yè)用水的處理帶來(lái)較大的困難 水體中含有大量的氨氮 使水體產(chǎn)生富 營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng) 刺激并加速水生植物的生長(zhǎng) 如海藻 水草的大量生長(zhǎng)繁殖 導(dǎo)致水體生 態(tài)平衡失調(diào) 在水中硝化細(xì)菌的作用下氨氮氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽 完全氧化 l mg 氨 氮約需 4 6 mg 溶解氧 這對(duì)水體質(zhì)量的改善和保證十分不利 會(huì)造成水的透明度降低 使得陽(yáng)光難以穿透水層 從而影響水中植物的光合作用 可能造成溶解氧的過(guò)飽和狀態(tài) 水下生物得不到充足的陽(yáng)光而影響了生存和繁殖 溶解氧的過(guò)飽和以及水中溶解氧減少 都對(duì)水生動(dòng)物有害 造成魚(yú)類大量死亡 在近海海域引發(fā)赤潮 據(jù)報(bào)道 2009 年中國(guó)沿海 共發(fā)生赤潮 68 次 累計(jì)面積 14102 平方公里 造成直接經(jīng)濟(jì)損失 0 65 億元 累計(jì)面積 較 2008 年增加 364 平方公里 2 氨氮污水對(duì)環(huán)境的影響已引起環(huán)保領(lǐng)域和全球范圍的重 視 目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水的研究主要集中在開(kāi)發(fā)新的脫氨氮處理技術(shù) 以達(dá)到更好處 理氨氮的目的和環(huán)保的要求 1995 年德國(guó)要求 85 污水處理廠外排污水達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo) 準(zhǔn) 1999 年 在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上還要求 污水廠出水每 2h 取樣的混合水樣至少有 80 滿 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 2 足無(wú)機(jī)氮 5mg L 3 我國(guó) 1988 年實(shí)施的地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB3838 88 規(guī)定了硝酸鹽 亞硝酸鹽 非離子氨和凱氏氮的標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)隔 11 年 在 GHZB1 1999 增加了氨氮的排放標(biāo) 準(zhǔn) 在 GB3838 2002 中增加了總氮控制 各地的環(huán)保部門(mén)要求相關(guān)行業(yè)必須馬上上馬脫 氮設(shè)施 否則關(guān)閉工廠或增加排污費(fèi)的征收 從以上情況可知氨氮處理的重要性 目前 國(guó)內(nèi)外有很多處理氨氮的方法 為了避免重復(fù)建設(shè)和使用不成熟的技術(shù) 分析當(dāng)前的技 術(shù)進(jìn)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 1 2 廢水中氮的來(lái)源 氨氮存在于許多工業(yè)廢水中 鋼鐵 煉油 化肥 無(wú)機(jī)化工 鐵合金 玻璃制造 肉 類加工和飼料生產(chǎn)等工業(yè)均排放高濃度的氨氮廢水 某些工業(yè)自身會(huì)產(chǎn)生氨氮污染物 如鋼鐵工業(yè) 副產(chǎn)品焦炭 錳鐵生產(chǎn) 高爐 以及肉類加工業(yè)等 而另一些工業(yè)將高 爐氨用作化學(xué)原料 如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃 此外 皮革 孵化 動(dòng)物排 泄物等新鮮廢水中氨氮初始含量并不高 但由于廢水中有機(jī)氮的脫氨基反應(yīng) 在廢水存積 過(guò)程中氨氮濃度會(huì)迅速增加 不同類的工業(yè)廢水中氨氮濃度千變?nèi)f化 即使同類工業(yè)不 同工廠的廢水中其濃度也各不相同 總的來(lái)說(shuō) 人類活動(dòng)造成的氮的來(lái)源主要有以下幾 方面 1 未經(jīng)處理的工業(yè)和生活污水直接排入河道和水體 這類污水的氨氮含量高 排入江河湖泊 造成藻類過(guò)度生長(zhǎng)的危害最大 城市污水 農(nóng)業(yè)污水 食品等工業(yè)的廢水中含有大量的氮 磷和有機(jī)物質(zhì) 據(jù)統(tǒng)計(jì) 全世界每年施 入農(nóng)田的數(shù)千萬(wàn)噸氮肥中約有一半經(jīng)河流進(jìn)入海洋 美國(guó)沿海城市每年僅通過(guò)糞便排入 沿海的氮近十萬(wàn)噸 2 污水處理場(chǎng)出水 采用常規(guī)工藝的污水處理廠 有機(jī)物被氧化分解產(chǎn)生了氨氮 除了構(gòu)成微生物細(xì)胞組 分外 剩余部分隨出水排入河道 這是城市污水雖經(jīng)過(guò)二級(jí)常規(guī)處理但河道仍然出現(xiàn)富 營(yíng)養(yǎng)化和黑臭的重要原因之一 3 面源性的農(nóng)業(yè)污染物 包括廢料 農(nóng)藥和動(dòng)物糞便等 2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 2 1 國(guó)外研究進(jìn)展 國(guó)外在污水生物脫氮方面做了大量工作 開(kāi)發(fā)了許多新的脫氮技術(shù)和新型生物反應(yīng)器 20世紀(jì)60 年代后期迅速發(fā)展起來(lái)的固定化細(xì)胞技術(shù) 在氨氮工業(yè)廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 3 應(yīng)用前景 日本下水道事業(yè)團(tuán)用固定化硝化菌在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行一年半的生產(chǎn)性實(shí) 驗(yàn) NH3 N 去除率達(dá)到90 以上 4 Van der Graaf等發(fā)現(xiàn) 氨可直接作為電子供體而進(jìn)行反硝 化反應(yīng) 并稱之為厭氧氨生物氧化 anaerobic ammonium oxidation 簡(jiǎn)稱Anammox 他們的 重大發(fā)現(xiàn)為研究厭氧氨生物氧化技術(shù)提供了理論依據(jù) 與傳統(tǒng)的硝化 反硝化技術(shù)相比 厭 氧氨生物氧化技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)是 不需要外加有機(jī)物作電子供體 既可節(jié)省費(fèi)用又可防止二 次污染 可以經(jīng)濟(jì)有效地利用氧 能耗大幅度下降 5 由于硝化 反硝化工藝所賴以依托的兩 類微生物在環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)要求上都有很大的差異 傳統(tǒng)的生物脫氮工藝都是將缺氧區(qū) 厭氧區(qū) 與好氧區(qū)分隔開(kāi) 如A O系統(tǒng) 近年來(lái) 不少研究和報(bào)道證明 反硝化可發(fā)生在有氧條件下 即好氧反硝化的存在 它為突破傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)限制 利用一個(gè)生物反應(yīng)器在一種條件 下完成脫氮反應(yīng)提供了微生物基礎(chǔ) 同時(shí)硝化和反硝化 simultaneous nitrifica tion denitrification SND 技術(shù)可以通過(guò)控制影響硝化和反硝化基質(zhì)的投加量或消耗量來(lái)實(shí)現(xiàn) 6 近年來(lái) 國(guó)外還報(bào)道了一些結(jié)合各種方法的新的氨氮脫除工藝 如O Lahav 等使用沸石作 為離子交換材料 既作為把氨氮從廢水中分離出來(lái)的分離器 又作為硝化細(xì)菌的載體 該工 藝在一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)器中分吸附階段和生物再生階段兩個(gè)階段進(jìn)行 在吸附階段 沸石柱 作為典型的離子交換柱 而在生物再生階段 附在沸石上的細(xì)菌把脫附的氨氮氧化成硝態(tài)氮 研究結(jié)果表明 該工藝具有高的氨氮去除率和穩(wěn)定性 能成功地去除原水和二級(jí)出水中的氨 氮 7 2 2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 國(guó)內(nèi)在污水脫氮方面做了許多工作 在物理化學(xué)法處理氨氮廢水方面 如淮陰鋼鐵集團(tuán) 公司開(kāi)發(fā)了利用煙道氣處理剩余氨水的技術(shù) 其主要特點(diǎn)是 采用特制的噴霧干燥塔 將 焦化剩余氨水以霧化狀態(tài)與塔內(nèi)的煙道氣接觸發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng) 廢水中的水分在煙道氣 熱量的作用下全部汽化 隨煙道氣經(jīng)煙囪排出 主要反應(yīng)物硫銨以及廢水中的有機(jī)物和粉 煤灰經(jīng)吸塵器收集后 綜合利用制磚或作鍋爐燃料的助燃添加劑 專家認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)具有 廣闊的推廣應(yīng)用前景 8 李可彬等研究了用乳狀液膜法去除廢水中的氨氮 考察了各種因 素對(duì)氨氮去除率的影響 選用的液膜體系可使氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 3 以上的廢水 一級(jí)去除 率達(dá)97 以上 處理后的廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn) 9 3 氨氮污水處理主要技術(shù) 近 20 年來(lái) 對(duì)氨氮污水處理方面開(kāi)展了較多的研究 其研究范圍涉及生物法 物化 法的各種處理工藝 目前氨氮處理實(shí)用性較好國(guó)內(nèi)運(yùn)用最多的技術(shù)為 生物脫氮法 氨吹 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 4 脫汽提法 折點(diǎn)氯化法 化學(xué)沉淀法 離子交換法 液膜法 土壤灌溉法等 3 1 生物法 3 1 1 生物法機(jī)理 生物硝化和反硝化機(jī)理 在污水的生物脫氮處理過(guò)程中 首先在好氧條件下 通過(guò)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?dú)舛鴱奈鬯幸莩?因而 污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階 段 生物脫氮工藝流程見(jiàn)圖 1 進(jìn)水 預(yù)處理 曝氣池 二沉池 脫氮池 終沉池 出水 污泥回流 剩余污泥 污泥回流 剩余污泥 圖 1 生物脫氮工藝流程 10 硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程 包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟 由亞硝酸菌參與 的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng) 由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng) 在缺氧條件下 由于兼性脫氮菌 反硝化菌 的作用 將硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞 硝酸鹽還原成N2的過(guò)程 稱為反硝化 反硝化過(guò)程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)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(dá)70 95 二次污染小且比較經(jīng) 濟(jì) 因此在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用最多 但缺點(diǎn)是占地面積大 低溫時(shí)效率低 11 3 1 2 傳統(tǒng)生物法 目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)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(tǒng)生物脫氮途徑一 般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段 硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成 由于 對(duì)環(huán)境條件的要求不同 這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生 而只能序列式進(jìn)行 即硝化反應(yīng)發(fā)生在好 氧條件下 反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下 由此而發(fā)展起來(lái)的生物脫氮工藝大多將 缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開(kāi) 形成分級(jí)硝化反硝化工藝 以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行 1932 年 Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝 post denit rification Ludzack和 Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝 pre denit rification 1973年Barnard 結(jié)合前面兩種 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 5 沉淀池沉淀池 工藝又提出了A O工藝 以及后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho Phoredox A2 O UCT JBH AAA 工藝等 這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝 12 3 1 2 1 A O 系統(tǒng) A O脫氮除磷系統(tǒng) 即缺氧 好氧脫氮除磷系統(tǒng) 它是70年代主要由美國(guó) 南非等國(guó) 開(kāi)發(fā)的具有去除廢水中氮污染物的工藝 同時(shí)對(duì)脫磷亦有一定的效果 13 其工藝流程是 讓廢水依次經(jīng)歷缺氧 好氧兩個(gè)階段 故人們通稱為缺氧 好氧脫氮除磷系統(tǒng) 簡(jiǎn)稱A O 系統(tǒng) A O系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單 運(yùn)行管理方便 且很容易利用原廠改建 從而提高了出水水質(zhì) 近年來(lái)已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 A O法工藝如圖2所示 14 回流混合液 原污水 沉淀池 出 水 回流污泥 剩余污泥 圖2 傳統(tǒng)A O工藝 3 1 2 2 缺氧 好氧工藝 簡(jiǎn)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(guò)反硝化反應(yīng)將NO2 N和NO3 N還原成N2 達(dá)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(chǔ)上增加一個(gè)厭氧段和一個(gè)缺 氧段 傳統(tǒng)A2 O工藝流程如圖3所示 14 回流混合液 原污水 出 水 回流污泥 剩余污泥 圖3 傳統(tǒng)A2 O工藝 3 1 2 3 厭氧 缺氧 好氧工藝 簡(jiǎn)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(chǔ)上增加了一級(jí)預(yù)處理段 厭氧段 A1 目的在于通過(guò)水 缺氧池 曝氧池 厭氧池 缺 厭氧池 曝氧池 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 6 解 酸化 的預(yù)處理 改變廢水中難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 提高其可生化性 強(qiáng)化脫氮效果 近幾十年來(lái) 盡管生物脫氮技術(shù)有了很大的發(fā)展 但是 硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程仍然需 要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行 或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反 應(yīng)器中進(jìn)行 并且傳統(tǒng)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(jī)物作碳源 雖然可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費(fèi)用 但 是 前置反硝化工藝對(duì)氮的去除不完全 廢水和污泥循環(huán)比也較高 若想獲得較高的氮去除 率 則必須加大循環(huán)比 能耗相應(yīng)也增加 而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機(jī)碳 源的投加 同時(shí)還會(huì)產(chǎn)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(zhì) 傳統(tǒng) 生物脫氮工藝存在不少問(wèn)題 1 工藝流程較長(zhǎng) 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(tǒng)的HRT 較長(zhǎng) 需要 較大的曝氣池 增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用 3 系統(tǒng)為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫 氮效果 必須同時(shí)進(jìn)行污泥和硝化液回流 增加了動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用 4 系統(tǒng)抗沖擊能 力較弱 高濃度NH3 N 和NO2 廢水會(huì)抑制硝化菌生長(zhǎng) 5 硝化過(guò)程中產(chǎn)生的酸度需要投 加堿中和 不僅增加了處理費(fèi)用 而且還有可能造成二次污染等等 15 3 1 3 生物脫氮法新工藝 隨著生物脫氮技術(shù)的深入研究 其新發(fā)展卻突破了傳統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí) 近年來(lái)的許多 研究表明 硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成 某些異養(yǎng)菌也可以進(jìn)行硝化作用 反硝化不只在厭 氧條件下進(jìn)行 某些細(xì)菌也可在好氧條件下進(jìn)行反硝化 而且 許多好氧反硝化菌同時(shí)也是 異養(yǎng)硝化菌 如Thiosphaera pantot ropha菌 并能把NH4 氧化成NO2 后直接進(jìn)行反硝化反 應(yīng) 生物脫氮技術(shù)在概念和工藝上的新發(fā)展 16 主要有 短程 或簡(jiǎn)捷 硝化反硝化 shortcut nit reification denit rification 同時(shí)硝化反硝化 simultaneous nit reification denit rifi cation SND 和厭氧氨氧化 Anaerobic Ammonium Oxidation ANAMMOX 3 1 3 1 厭氧氨氧化工藝 厭氧氨氧化 ANA MMOX 是以硝酸鹽為電子受體或以氨作為直接電子供體 進(jìn)行硝 酸鹽還原反應(yīng)或?qū)喯跛岬D(zhuǎn)化為氮?dú)獾姆聪趸磻?yīng) 與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時(shí) 硝化反硝化工藝相比 氨的厭氧氧化具有不少突出的優(yōu)點(diǎn) 主要表現(xiàn)在 1 無(wú)需外加有機(jī) 物作電子供體 既可節(jié)省費(fèi)用 又可防止二次污染 2 硝化反應(yīng)每氧化1molNH4 耗氧2mol 而在厭氧氨氧化反應(yīng)中 每氧化1molNH4 只需要0 75mol 氧 耗氧下降62 5 不考慮細(xì)胞 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 7 合成時(shí) 所以 可使耗氧能耗大為降 3 傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)氧化1molNH4 可產(chǎn)生2molH 反硝 化還原1molNO3 或NO2 將產(chǎn)生1molOH 而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量大為下降 產(chǎn)堿量降至為 零 可以節(jié)省可觀的中和試劑 17 故厭氧氨氧化及其工藝技術(shù)很有研究?jī)r(jià)值和開(kāi)發(fā)前景 3 1 3 2 短程硝化反硝化工藝 短程硝化反硝化是將硝化控制在HNO2 階段而終止 隨后進(jìn)行反硝化 其生物脫氮過(guò)程如 NH 4 HNO2 N2 短程生物脫氫工藝的優(yōu)點(diǎn) 可節(jié)省氧供應(yīng)量約25 降低了能耗 節(jié)省反硝化所需碳源 40 在C N 比一定的情況下 提高了TN 去除率 減少污泥生成量可達(dá)50 減少投堿量 縮短反應(yīng)時(shí)間 但是短程硝化反硝化的缺點(diǎn)是不能夠長(zhǎng)久穩(wěn)定地維持HNO2 積累 18 目前 荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)應(yīng)用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的SHARON工藝 已在荷蘭鹿特丹的Dokhaven 污水處 理廠建成并投入運(yùn)行 19 3 1 3 3 同時(shí)硝化反硝化工藝 所謂同時(shí)硝化反硝化工藝就是硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一反應(yīng)器中 相同操作條件 下同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象 同時(shí)硝化反硝化過(guò)程由于是在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行 它具有如下優(yōu)點(diǎn) 完全脫氮 強(qiáng)化磷的去除 降低曝氣量 節(jié)省能耗并增加設(shè)備處理負(fù)荷 減少堿度的能耗 簡(jiǎn) 化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作 同時(shí)硝化反硝化工藝的不足之處就是影響因素較多 過(guò)程難以控制 目前荷蘭 丹麥 意大利等國(guó)已有污水廠在利用同時(shí)硝化反硝化脫氫工藝運(yùn)行 20 綜上 生物法處理氨氮污水較穩(wěn)定 但一般要求氨氮濃度在400 mg L以下 總氮去除 率可達(dá)70 95 生物脫氮新工藝處理高濃度氨氮污水效率比較高 目前實(shí)際投入運(yùn)行 的有短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝 但它們的工藝條件要求嚴(yán)格 特別是對(duì)溶解 氧的要求更為嚴(yán)格 在實(shí)際應(yīng)用中很難控制 其他新型脫氮技術(shù)也只是在實(shí)驗(yàn)研究階段 對(duì)于高濃度含氮污水成分復(fù)雜 生物毒性大 為了取得很好的處理效果 必須針對(duì)不同行業(yè) 和污水性質(zhì)而采取不同的處理辦法 目前 焦化 味精 化肥等行業(yè)多采取A O 法 養(yǎng)殖 行業(yè)一般采取SBR法 序批式生物反應(yīng)法 根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果和實(shí)踐來(lái)看 生物脫氮氨 技術(shù)將是未來(lái)成為高濃度氨氮污水處理方向 3 2 物理化學(xué)處理法 3 2 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(fā)性物質(zhì) 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(fā)性溶質(zhì)穿過(guò)氣液界面 向氣相轉(zhuǎn)移 從而達(dá) 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 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 8 氨吹脫 汽提是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程 即在高pH時(shí) 使廢水與空氣密切接觸從而降低廢水中 氨濃度的過(guò)程 推動(dòng)力來(lái)自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐g的差 氨吹脫 汽提工藝具有流程簡(jiǎn)單 處理效果穩(wěn)定 基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)較低等優(yōu)點(diǎn) 但其 缺點(diǎn)是生成水垢 在大規(guī)模的氨吹脫 汽提塔中 生成水垢是一個(gè)嚴(yán)重的操作問(wèn)題 如 果生成軟質(zhì)水垢 可以安裝水的噴淋系統(tǒng) 而如果生成硬質(zhì)水垢 不論用噴淋或刮刀均 不能消除此問(wèn)題 21 3 2 2 折點(diǎn)氯化法 折點(diǎn)氯化法是將氯氣通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn) 在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量較低 而氨的濃 度降為零 當(dāng)氯氣通入量超過(guò)該點(diǎn)時(shí) 水中的游離氯就會(huì)增多 因此 該點(diǎn)稱為折點(diǎn) 該 狀態(tài)下的氯化稱為折點(diǎn)氯化 折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理為氯氣與氨反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)?N2 逸入大氣 使反應(yīng)源源不斷向右進(jìn)行 加氯比例 M Cl2 與M NH3 N 之比為8 l 10 1 當(dāng)氨氮濃度小于20 mg L 時(shí) 脫氮率大于90 pH 影響較大 pH 高時(shí)產(chǎn)生NO3 低 時(shí)產(chǎn)生NCl3 將消耗氯 通?？刂苝H在6 8 22 此法用于廢水的深度處理 脫氮率高 設(shè)備投資少 反應(yīng)迅速完全 并有消毒作用 但液氯安全使用和貯存要求高 對(duì)pH要求也很高 產(chǎn)生的水需加堿中和 因此處理成本高 另外副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染 3 2 3 化學(xué)沉淀法 化學(xué)沉淀法從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始應(yīng)用于廢水處理 隨著對(duì)化學(xué)沉淀法的不斷研究 發(fā)現(xiàn)化學(xué)沉淀法最好使用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(fù)鹽MgNH4PO4 6H2O 簡(jiǎn)稱MAP 結(jié)晶 再通過(guò)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(jié)約了堿的用量 經(jīng)化學(xué)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(xué)沉淀放在生物處理前 經(jīng)過(guò)生物處理后N和P的含量可進(jìn)一步降低 產(chǎn)物MAP 為圓柱形 晶體 無(wú)吸濕性 在空氣中很快干燥 沉淀過(guò)程中很少吸收有毒物質(zhì) 不吸收重金屬和 有機(jī)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(xué)沉淀法可以處理各種濃度氨氮廢水 其與生物法結(jié)合處理高濃度氨氮廢水 曝氣 池不需達(dá)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(xué)沉淀 法中被沉淀去除 與硝化 反硝化法相比 能耗大大節(jié)省 反應(yīng)也不受溫度限制 不受有 毒物質(zhì)的干擾 其產(chǎn)物MAP 還可用作肥料 可在一定程度上降低處理費(fèi)用 因此 MAP 沉淀法是一種技術(shù)可行 經(jīng)濟(jì)合理的方法 很有開(kāi)發(fā)前景 但要廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水處 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 9 理 尚需解決以下兩個(gè)問(wèn)題 1 尋找價(jià)廉高效的沉淀劑 2 開(kāi)發(fā)MAP作為肥料的價(jià) 值 3 2 4 離子交換法 沸石是一種對(duì)氨離子有很強(qiáng)選擇性的硅鋁酸鹽 一般作為離子交換樹(shù)脂用于去除氨氮 的為斜發(fā)沸石 此法具有投資省 工藝簡(jiǎn)單 操作較為方便的優(yōu)點(diǎn) 但對(duì)于高濃度的氨 氮廢水 會(huì)使樹(shù)脂再生頻繁而造成操作困難 且再生液仍為高濃度氨氮廢水 需再處理 常用的離子交換系統(tǒng)有以下三種類型 1 固定床 在此系統(tǒng)中 溶液的去離子過(guò)程為二階段間歇過(guò)程 溶液通過(guò)陽(yáng)樹(shù)脂床時(shí)陽(yáng)離子與氫 離子交換生成酸溶液 然后此溶液再通過(guò)陰樹(shù)脂床 以去除陰離子 交換能力將耗盡時(shí) 樹(shù)脂在原位再生 經(jīng)常采用向下流再生法 此法操作可靠方便 但其化學(xué)效率相對(duì)較低 容積較大 聯(lián)系到樹(shù)脂用量大 有時(shí)為了適應(yīng)連續(xù)流的要求 還需要有儲(chǔ)備裝置 因而 投資費(fèi)用較高 2 混合床 混合床系統(tǒng)用一步法來(lái)去除溶液中的離子 溶液流過(guò)陽(yáng) 陰樹(shù)脂充分混合的混合床 混合床的再生比兩個(gè)單生床再生要復(fù)雜一些 因?yàn)樵谠偕氨仨殞煞N樹(shù)脂分開(kāi) 在水 力學(xué)上可利用兩種樹(shù)脂的比重差用水力反洗使其分層 雖然混合床的化學(xué)效率較高 但 它需要大量的清洗水 這對(duì)節(jié)約用水不利 另外將交換離子作為回收產(chǎn)品收集時(shí) 回收 液稀 其濃縮費(fèi)用也很高 3 移動(dòng)床 移動(dòng)床系統(tǒng)通過(guò)二階段過(guò)程來(lái)去除溶液中的離子 在這兩個(gè)過(guò)程中 雖然實(shí)際上工作 流體處理的水是間歇的 而它的效果卻是連續(xù)的 首先溶液和陽(yáng)樹(shù)脂逆向流動(dòng) 陽(yáng)樹(shù)脂 脈動(dòng)通過(guò)容器 新鮮樹(shù)脂從一端補(bǔ)充 用過(guò)的樹(shù)脂從另一端排出 在此過(guò)程中完成離子 交換和樹(shù)脂再生 然后溶液游向流過(guò)一個(gè)與上面相似的陰樹(shù)脂移動(dòng)床來(lái)完成陰離子的交 換 3 2 5 液膜法 自從1986 年黎念之發(fā)現(xiàn)乳狀液膜以來(lái) 液膜法得到了廣泛的研究 23 許多人認(rèn)為液 膜分離法有可能成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術(shù) 尤其適用于低濃度金屬離子提 純及廢水處理等過(guò)程 乳狀液膜法去除氨氮的機(jī)理是 氨態(tài)氮 NH3 N 易溶于膜相 油相 它 從膜相外高濃度的外側(cè) 通過(guò)膜相的擴(kuò)散遷移 到達(dá)膜相內(nèi)側(cè)與內(nèi)相界面 與膜內(nèi)相中的酸 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 10 發(fā)生解脫反應(yīng) 生成的NH4 不溶于油相而穩(wěn)定在膜內(nèi)相中 在膜內(nèi)外兩側(cè)氨濃度差的推動(dòng) 下 氨分子不斷通過(guò)膜表面吸附 滲透擴(kuò)散遷移至膜相內(nèi)側(cè)解吸 從而達(dá)到分離去除氨氮的 目的 通常采用硫酸為吸收液 選用耐酸性疏水膜 NH3在吸收液 微孔膜界面上為H2SO4 吸 收 生成不揮發(fā)的 NH4 2SO4 而被回收 人們已經(jīng)對(duì)膜吸收法中膜的滲漏問(wèn)題進(jìn)行了研 究 并發(fā)現(xiàn)較高的氨氮和鹽量能有效抑制水的滲透蒸餾通量 該法具有投資少 能耗低 高效 使用方便和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 此外膜吸收法還有傳質(zhì)面積大的優(yōu)點(diǎn)和沒(méi)有霧沫夾帶 液泛 溝流 鼓泡等現(xiàn)象發(fā)生 3 3 土壤灌溉 土壤灌溉是把低濃度的氨氮廢水 50mg L 作為農(nóng)作物的肥料來(lái)使用 既為污灌區(qū) 農(nóng)業(yè)提供了穩(wěn)定的水源 又避免了水體富營(yíng)養(yǎng)化 提高了水資源利用率 西紅柿罐頭廢水 與城市污水混合并經(jīng)氧化塘處理至11mg 氨氮 L 后用于灌溉 氨氮可完全被吸收 馬鈴薯 加工廠廢水也用于噴淋灌溉 經(jīng)測(cè)定25mg 氨氮 L 的排放水中有75 的氨氮被吸收 24 日本Aichi大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室和Aichi ken農(nóng)業(yè)研究中心 25 利用日本西南地區(qū)水稻田對(duì)氨氮 進(jìn)行吸收 研究表明 只需占總面積5 的水稻田就可以吸收該地區(qū)所有排污渠中一半的 氨氮負(fù)荷 但用于土壤灌溉的廢水必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理 去除病菌 重金屬 酚類 氰化物 油類等有害物質(zhì) 防止對(duì)地面 地下水的污染及病菌的傳播 4 探討 氨氮污水的處理技術(shù)都有各自的優(yōu)勢(shì)與不足 生物法處理氨氮污水較穩(wěn)定 但一般要 求氨氮濃度在 400 mg L 以下 總氮去除率可達(dá) 70 95 是目前國(guó)內(nèi)外運(yùn)用最多的一種 方法 生物脫氮新工藝處理高濃度氨氮廢水效率比較高 目前實(shí)際投入運(yùn)行的有短程硝 化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝 但它們的工藝條件要求嚴(yán)格 特別是對(duì)溶解氧的要求更 為嚴(yán)格 在實(shí)際應(yīng)用中很難控制 其他新型脫氮技術(shù)也只是在實(shí)驗(yàn)研究階段 氨吹脫法 工 藝成熟 吹脫效率高 運(yùn)行穩(wěn)定 但動(dòng)力消耗大 塔壁易結(jié)垢 在寒冷季節(jié)效率會(huì)降低 化學(xué) 沉淀法工藝簡(jiǎn)單 效率高 但投加藥劑量大 必須找一種高效價(jià)廉無(wú)污染的藥劑或助凝劑 人們已經(jīng)對(duì)膜吸收法中膜的滲漏問(wèn)題進(jìn)行了研究 并發(fā)現(xiàn)較高的氨氮和鹽量能有效抑制水 的滲透蒸餾通量 對(duì)于成分比較簡(jiǎn)單的氨氮廢水處理 在物理化學(xué)法中 吹脫法和膜吸收法 是比較經(jīng)濟(jì)有效的選擇 如果污水成分相對(duì)復(fù)雜 比如油性污染物含量較高 則需先進(jìn)行氣 浮等預(yù)處理 對(duì)于高濃度氨氮廢水 為保證出水達(dá)標(biāo)排放 建議采用物化法和生物法聯(lián)合 工藝取代單一工藝以徹底去除廢水中氨氮 綜合以上各種方法 相對(duì)于有機(jī)物來(lái)講 污水 中氨氮的脫除是比較麻煩的 生化法比較經(jīng)濟(jì) 但對(duì)中高濃度的氨氮廢水不適合 物化法可 侯延強(qiáng) 污水中氨氮的去除 11 以處理高濃度的氨氮廢水 但往往是多種方法串聯(lián)組合 且運(yùn)行費(fèi)用昂貴 有些還會(huì)產(chǎn)生二 次污染 對(duì)工業(yè)廢水來(lái)說(shuō) 由于氨氮濃度高 宜采用將高濃度氨氮廢水集中物化處理后再 和其他廢水混合 然后采用常規(guī)生化處理的組合工藝 這樣可適當(dāng)降低工程投資和建成后 的運(yùn)行費(fèi)用 總的來(lái)說(shuō) 生產(chǎn)單位應(yīng)首先對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改革 能不使用含氮原料的盡量 不用 如必須使用應(yīng)盡量減少泡冒滴漏 從上游減少氨氮的排放量 對(duì)污水脫氮處理工藝 的選擇應(yīng)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況 綜合考慮 設(shè)計(jì)的工藝流程應(yīng)首先進(jìn)行小試 待試驗(yàn)證實(shí)后 再開(kāi)始設(shè)計(jì)和施工 結(jié)論 對(duì)氨氮污水處處理方法的選擇應(yīng)遵循以下幾條 1 城市污水 中低氨氮濃度工業(yè)廢水中氨氮的去除 由于生物法因工藝簡(jiǎn)單 處理能 力強(qiáng) 運(yùn)行方式靈活 處理工藝成熟 比較經(jīng)濟(jì) 在其他同等條件下優(yōu)先選擇 2 高濃度氨氮工業(yè)廢水應(yīng)根據(jù)廢水的特性選擇不同的物化法與生物法聯(lián)合去除比較經(jīng) 濟(jì)有效 5 氨氮污水處理方法應(yīng)用于蘭州市污水處理廠中的研究 截至 2009 年蘭州市實(shí)際建成并運(yùn)行的城市生活污水處理廠有兩座 一是雁兒灣污水 處理廠 一是七里河安寧污水處理廠 26 也是目前甘肅省處理規(guī)模在 10 104m3 d 以上的 兩座污水處理廠 其中七里河安寧污水處理廠目前甘肅省最大的污水處理廠 27 雁兒灣污水處理廠是一座設(shè)計(jì)工藝完整的城市二級(jí)污水處理廠 主要包括污水污泥 兩大處理系統(tǒng) 污水處理工藝采用傳統(tǒng)活性污泥法 鼓風(fēng)曝氣形式 污泥處理工藝采用 厭氧消化 二級(jí)中溫處理 處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模日處理量為 16 萬(wàn)噸 日 其中一期工程污水 處理量為 10 萬(wàn)噸 日 二期工程污水處理量為 6 萬(wàn)噸 日 雁兒灣污水處理廠一期工程從 1985 年開(kāi)工建設(shè) 1995 年竣工 到 1998 年 6 月一級(jí)處理設(shè)施投產(chǎn)運(yùn)行 主要接納處理的 城市污水來(lái)源于蘭州市城關(guān)區(qū)黃河以南 鐵路以北 中山橋以東 排洪溝以西區(qū)域內(nèi)黨 政機(jī)關(guān) 工廠 部隊(duì) 企事業(yè)單位的工業(yè)廢水約 3 萬(wàn)噸 占每天污水處理總量的 30 生 活污水 7 萬(wàn)噸 占每天污水處理總量的 70 服務(wù)面積 70 平方公里 服務(wù)人口約 80 萬(wàn)人 由于多年長(zhǎng)期閑置和日曬雨淋 不得不又投入資金對(duì)設(shè)施進(jìn)行改造 二期工程于 2003 年 5 月竣工 2004 年正式投入 16 104m3 d 的二級(jí)運(yùn)行規(guī)模污水處理設(shè)施 從開(kāi)工建設(shè)到正 式投入二級(jí)運(yùn)行經(jīng)歷了二十多年 現(xiàn)在每天可處理污水 16 萬(wàn)噸 每年可去除 COD 量為 19586 噸 NH3 N 量為 188 噸 SS 量為 10629 噸 污水處理量為 1825 噸 垃圾沉渣處理 量 2190 噸 經(jīng)生化處理后的污水 達(dá)到國(guó)家 GB89