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廢水脫氮除磷技術研究進展

2019/12/11 8:51:22

摘要:氮磷作為湖泊富營養化的重要元素,一直受到人們的關注。本文綜述了處理氮磷廢水的主要技術及相關應用,并對未來的發展提出展望。
    關鍵詞:氮;磷;廢水
    1·廢水脫氮技術
    1.1吹脫法
    吹脫、汽提法對于脫除水中溶解氣體和某些揮發性物質有較好的效果。吹脫法去氮是利用NH4+與NH3的動態平衡,將廢水中的離子態銨,通過pH值的調節轉化為分子態氨,向裝置吹脫載氣,游離的分子態氨利用氣液接觸帶離水中。按載氣方式的不同可分為空氣和蒸汽吹脫[1]。低濃度廢水在室溫下用空氣吹脫,而高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。吹脫是一個傳質過程,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值。按載氣方式的不同可分為空氣和蒸汽吹脫。
    與直接脫氮相比,加入脫氮劑的脫氮效果要更好一些。發現吹脫工藝對水量較少的高濃度氨氮廢水的脫氮有較好的作用。對于濃度在8000~10000mg/L的NH3-N廢水采用吹脫工藝處理時,采用水溫45~55℃;氣水比為3000~4500∶1;HRT為2~3h;pH在10.5~11.5之間,脫氮劑采用椰油酸系列的復合制劑,吹脫時間不小于2h時,氨氮的去除率最高。
    以平均氨氮濃度550mg/L以上的豬場廢水為研究對象,利用高效復合脫氮劑物化法處理高濃度氨氮廢水。試驗證明與直接脫氮相比,投加高效復合脫氮劑能夠降低反應時間,提高氨氮去除率,最高可提高7.6%。但脫氮劑投加量變化對氨氮去除率影響較低。
    除了采用脫氮劑的方法,還可采用聯合工藝去氮。利用蒸氨-吹脫法聯合處理工藝處理高濃度脂肪胺污水。污水的氨氮濃度最高達21985mg/L,COD8925mg/L,設計污水處理量200t/d。針對脂肪胺污水中有油類的存在,所以先利用混凝劑和液堿調整pH,使有機胺破乳分離,銨鹽亦轉化為游離氨。再依次進入蒸氨和吹脫。結果表明,利用蒸氨-吹脫法處理法后出水氨氮可降低至600mg/L以下,經過進一步處理可達國家一級排放標準。但蒸氨-吹脫法工藝成本較高,不適于水量大,氨氮含量低的水量。而且運行中要注意對蒸氨系統進行清洗維護。
    1.2折點氯化法
    折點氯化法是在低濃度氨氮廢水中加入次氯酸鈉或氯氣,依靠次氯酸鈉和氯氣的強氧化性,將廢水中的氨氮氧化為N2的脫氮方法。
    理論上,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氮的濃度降為零,當氯氣通入量超過該點時,水中的游離氯增多,即自由余氯。因此,將氨氮全轉化為氮氣時氯氣通入量點稱為折點,該狀態下的氯化稱為折點氯化。
    利用折點加氯法率處理時所需的實際氯氣量取決于溫度、pH值及氨氮濃度。理論需氯量取決于氨氮的濃度,兩者質量比為7.6:1,實際應用中為了保證完全反應,一般氧化lmg氨氮需加9~10mg的氯氣。pH值在6~7時為最佳反應區間,接觸時間為0.5~2h。雖然氯化法反應迅速,所需設備投資少,但液氯的安全使用和貯存要求較嚴,處理成本也較高。若用次氯酸或二氧化氯發生裝置代替使用液氯,可以緩解安全問題,但成本又有增加。副產物氯胺和氯代有機物會造成二次污染,增加出水對生物致癌、致畸的潛在危險性。折點氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或O2進行反氯化,以去除水中殘余的氯。因此氯化法一般用于給水處理,對于大水量高濃度氨氮廢水的處理常用于深度處理中。
    用折點氯化法處理高氨氮含鈷廢水進行了試驗及工程實踐,利用吹脫法先去除廢水中70%的氨氮,再利用折點加氯法,出水氨氮低至15mg·L-1以下。城市污水試驗表明,折點氯化法脫氨可以使出水氨氮質量濃度<0.1mg·L-1。
    采用折點氯化處理稀土冶煉廢水發現pH為7,反應時間控制在10~15min時,廢水中NH4+-N去除率達98%。同時與中和后的草酸沉淀母液處理發現Cl/NH4+為8:1效果最好。反應對pH、Cl/NH4+投入比的要求較為精確,在實際工程中需要準確操作。反應后余氯含量高于廢水排放標準,去除率達98%以上,在折點氯化反應后投加適量Na2SO3還原余氯,可使余氯得到有效去除,且費用較低。
    1.3離子交換法
    離子交換是指在固體顆粒和液體的界面上發生的離子交換過程。常規的離子交換樹脂不具備對氨離子的選擇性,故不能用作從廢水中去除氨氮,目前常用沸石作為去除氨氮的離子交換體。
    沸石是一類多空含水的架狀鋁硅酸鹽礦物,它的骨架結構由硅(鋁)氧四面體通過氧橋相互連接構成,由于硅連接方式的不同,形成了很多孔穴和孔道。孔穴和孔道會被具有移動性的陽離子和水填充,可進行陽離子交換,加熱可使水從沸石中脫出,而沸石結構不會破壞。氨有很強的極性,且分子小于沸石孔徑,斜發沸石對氨氮有較高的選擇性,其交換能力遠大于活性炭和離子交換樹脂。通過物理、化學方法處理可提高沸石的孔隙率和陽離子交換能力,對氨氮的處理容量和選擇性進一步增強。
    近年來,國內外大量研究了斜發沸石和絲光沸石在微污染飲用水源處理中的應用。沸石是一種廉價的無機非金屬礦,在凈水方面有有取代昂貴的活性炭目的趨勢,利用它去除水中的氨氮效率高,工藝簡單,易再生,處理成本低,可為水中氨氮的去除提供一條高效、經濟的新途徑。
    1.4生物脫氮法
    生物脫氮是在硝化細菌和反硝化細菌的聯合作用下將廢水中的含氮污染物轉化為氮氣的過程。生物脫氮主要是經過以下步驟進行的:
    1.4.1氨化反應
    氨化反應是指有機氮在微生物細胞外經一系列復雜反應轉化為氨氮的反應過程。有機氮中氮的價態一般為負三價,與氨氮中氮的價態一致,反應能量來自于自身的氧化還原反應,所以氨化反應比較容易進行。氨化反應時維持地球氮平衡的重要反應之一,避免了有機氮的堆積。
    1.4.2亞硝酸氧化
    在好氧條件下,亞硝酸氮能夠迅速轉化為硝氮。亞硝酸氧化和好氧氨氧化是硝化反應的組成部分。亞硝酸鹽氧化菌是化能自養型微生物,通過氧化亞硝酸鹽釋放能量來維持其生命活動。反應過程迅速,不消耗酸堿。
    1.4.3反硝化
    缺氧狀態下,反硝化菌能將硝酸鹽氮轉化為氮氣,是生物脫氮的最后一步,常利用于污水處理中。反硝化菌分為自養型和異養型。自養反硝化菌以氫、鐵或硫化物為能量來源,無機碳作為碳源合成細胞。而異養反硝化菌以有機物為碳源,電子受體為能量來源。自然界中常見的是異養型反硝化菌。
    生物脫氮是涉及到眾多生物的反應聯合。針對生物脫氮成本低、效果好開發出了多種生物脫氮路徑,如常見的A2O工藝,SBR工藝,氧化溝工藝等。如今人們更加注重各個工藝間的相互配合,提高生物活性,加強氨氮去除率。
    2·總結與展望
    近些年來,脫氮除磷的方法有了許多巨大的突破,針對各類高濃度氮磷廢水也有不同的方法治理。目前,多種工藝方法聯用成為新的研究熱點,并且已有實踐證明其效果較好。今后人們也會更加注重這方面的運用,加強工藝之間的聯系,提高出水水質,降低運行成本,達到理想的出水氮磷指標。

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