高濃度氨氮廢水處理技術(shù)

高濃度氨氮廢水處理技術(shù)隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，各種污染物的排放量急劇增加，對環(huán)境尤其是水體造成了嚴重污染，水資源的短缺已成為制約我國可持續(xù)性發(fā)展的重要因素。根據(jù)環(huán)境監(jiān)測總站的報道，我國城市地表水的主要污染物是氨氮、酚等。氨氮廢水的超標排放是水體富營養(yǎng)化的主要原因。另外，氨氮還會增大給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理的用氯量;對某些金屬，特別是對銅具有腐蝕性;當污水回用時，再生水中氨氮可以促進輸水管道和用水設備中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設備，并影響換熱效率。不同種類的工業(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。以某化工廠香蘭素生產(chǎn)廢水為例，其氨氮濃度高達6-7X10'mg/L。為了徹底治理污染，除對生產(chǎn)工藝進行必要的改造外，必須尋找合適的氨氮廢水處理技術(shù)，降低廢水處理的成本。一、氨氮廢水的來源鋼鐵、煉油、化肥、無機化工、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。其中，某些工業(yè)自身會產(chǎn)生氨氮污染物，如鋼鐵工業(yè)及肉類加工業(yè)等。而另一些工業(yè)將氨用作化學原料，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，但由于廢水中有機氮的脫氨基反應，氨氮升高。在處理氨氮廢水的過程中，需要消耗大量堿，但可以回收部分氨。二、氨氮廢水處理技術(shù)研究與應用現(xiàn)狀目前，氨氮廢水的處理技術(shù)可以分為兩大類:一類是物化處理技術(shù)，包括吹脫(或汽提)、沉淀、膜吸收、濕式氧化等，其中吹脫和膜吸收技術(shù)都需要氨氮盡可能以氨分子形態(tài)存在;另一類技術(shù)是生物脫氮技術(shù)。1、吹脫(汽提)法吹脫法是將廢水pH值調(diào)節(jié)至堿性，然后在填料塔中通入空氣或蒸汽，通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣或蒸汽中。采用蒸汽可以提高廢水溫度，從而提高一定pH值時被吹脫氨的比例。一般情況下，如果采用吹脫法去除98%以上的氨氮，需將pH調(diào)節(jié)至11以上。經(jīng)試驗采用汽提技術(shù)對對硝基苯胺廢水進行了處理，在pH大于11的條件下，廢水中的氨氮由3150mg/L下降為187mg/L,去除率為93%[3]。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫，而煉鋼、石油化工、化肥、有機化工、有色金屬冶煉等行業(yè)的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。但是這種方法一般要采用NaOH調(diào)節(jié)廢水的pH值，藥劑和能源消耗比較大。為了降低藥劑成本，采用Ca(OH),調(diào)節(jié)pH，結(jié)果表明，吹脫速率和吹脫效率要遠小于NaOH，而且在汽提過程中容易結(jié)垢，使得操作運行困難。這種技術(shù)的另一個關鍵在于保證填料塔內(nèi)的氣液充分接觸，有效防止溝流、液泛等非正常操作。此，填料的選擇和填充至關重要。除較高的能耗與堿耗外，利用吹脫技術(shù)處理氨氮的不足還在于使氨氮由液相轉(zhuǎn)移至氣相，如果沒有相應的回收技術(shù)，很容易導致大氣的二次污染。此技術(shù)主要用于高濃度氨氮廢水的預處理。2、膜吸收技術(shù)膜吸收過程是將膜分離和吸收相結(jié)合而出現(xiàn)的一種新型膜過程，它使用微孔膜將氣、液兩相分隔開來，利用膜孔提供氣、液兩相間傳質(zhì)的場所。膜吸收法處理含氨廢水的原理為:疏水性微孔膜(聚丙烯、聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯)把含氨廢水和HZSO,吸收液分隔于膜兩側(cè)，通過調(diào)節(jié)廢水的pH值，使廢水中離子態(tài)的NH才轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿討B(tài)的揮發(fā)性NH3。在膜兩側(cè)NH3的濃度差的推動下，廢水中的NH3在廢水一微孔膜界面汽化揮發(fā)。氣態(tài)的NH3沿膜微孔向膜的另一側(cè)擴散，在吸收液一微孔膜界面上為H2S04吸收，并反應生成不揮發(fā)的(NH4)3SO4而被回收。由于氨在廢水和吸收液中存在形式的不同，使得廢水中的氨能通過存在形式的轉(zhuǎn)換不斷向吸收液傳遞，直到吸收液中的H2SO4全部為氨中和為止，處理后廢水中的氨氮濃度理論上可達到零。與吹脫(汽提)技術(shù)和生化法等其他高氨氮廢水處理方法比較，膜吸收法的最大特點是，可以在常溫、常壓的條件下濃縮并回收廢水中的氨，無二次污染產(chǎn)生，實現(xiàn)含氨廢水的資源化。3、催化濕式氧化法催化濕式氧化法是80年代國際上發(fā)展起來的一種治理廢水的新技術(shù)。在一定溫度、壓力下，在催化劑作用下，經(jīng)空氣氧化，可使污水中的有機物和氨分別氧化分解成COZ,N:和HZO等無害物質(zhì)，達到凈化的目的。具有凈化效率高(據(jù)報道，廢水經(jīng)過凈化后可達到飲用水標準)、流程簡單、占地面積少等特點。經(jīng)多年應用與實踐，這一廢水處理方法的建設及運行費用僅為常規(guī)方法60%左右，因而在技術(shù)上和經(jīng)濟上均具有較強的競爭力。濕式氧化法的不足在于催化劑的流失和設備的腐蝕。4、生物脫氮技術(shù)微生物去除氨氮過程需經(jīng)過硝化和反硝化兩個階段過程。傳統(tǒng)觀點認為:硝化過程為好氧過程，在此過程中，氨態(tài)氮在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為硝基氮和亞硝基氮;而反硝化過程為厭氧過程，在此過程中，硝基氮和亞硝基氮轉(zhuǎn)化為氮氣。因此，一般的生物脫氮過程為厭氧/好氧過程、或厭氧/缺氧/好氧過程，這種生物脫氮工藝多有文獻報道，不再贅述。近年來的研究表明，反硝化過程可以在有氧的條件下進行，即好氧反硝化過程。它為突破傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)限制，利用一個生物反應器在一種條件下完成脫氮反應提供了依據(jù)。SBR生物脫氮工藝的優(yōu)點在于以時間序列代替空間序列，使好氧硝化過程和反硝化過程在同一容器中完成。。用SBR技術(shù)處理高氨氮廢水，在曝氣段實現(xiàn)高氨氮廢水的好氧硝化/反硝化處理。通過實驗研究提出的反應序列為:一段缺氧一好氧曝氣一二段缺氧的SBR反應器，好氧段反硝化脫氮率要占總脫氮率的70%以上。研究表明:好氧反硝化菌為異養(yǎng)菌，脫氮反應歷程與缺氧反硝化菌相同，并且最終產(chǎn)物主要為N2。目前生物脫氮的濃度一般在400mg/L以下，采用生物脫氮技術(shù)處理高濃度氨氮廢水就需要進行大倍數(shù)稀釋，這就使得生物處理設施的體積龐大，能耗會相應提高。因此，在處理高氨氮廢水時，采用生物處理前，一般要首先進行物化處理。5、膜生物反應器技術(shù)隨著膜分離技術(shù)的日臻完善，采用膜技術(shù)進行高濃度氨氮廢水處理成為研究的熱點。膜生物反應器(MBR)是一種由膜過濾取代傳統(tǒng)生化處理技術(shù)中二次沉淀池和沙濾池的水處理技術(shù)。MBR將分離工程中的膜技術(shù)應用于廢水處理系統(tǒng)，提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優(yōu)勢菌群)的出現(xiàn)，提高了生化反應速率。同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量(甚至為零)，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的突出問題。硝化菌為自養(yǎng)菌，生長繁殖的世代周期長，常規(guī)的生物脫氮工藝中，為