氨氮廢水的處理方法有多種,例如拐點氯化法,化學沉淀法,離子交換法,吹脫法和生物脫氨法。 這些技術可以分為兩類:物理化學方法和生物反硝化技術。
1生物脫氮法
去除微生物氨氣的過程需要兩個階段。 第一階段是硝化過程。 在好氧條件下,亞硝酸細菌和硝化細菌將氨氮轉化為亞硝酸氮和硝態氮。 第二階段是反硝化過程。 在厭氧或缺氧條件下,污水中的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮會通過反硝化細菌(發現異養和自養微生物,種類繁多)而還原為氮。在此過程中,有機物質(甲醇,乙酸,葡萄糖等)被氧化為電子供體以提供能量。 常見的生物脫氮工藝可以分為三類,即多級污泥系統,單級污泥系統和生物膜系統。
1.1多級污泥系統
此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果,其缺點是流程長、構筑物多、基建費用高、需要外加碳源、運行費用高、出水中殘留一定量甲醇等。
1.2單級污泥系統
單級污泥系統的形式包括前脫硝系統,后脫硝系統和交替工作系統。 脫硝前的生物反硝化過程通常稱為A / O過程。 與傳統的生物反硝化工藝相比,A / O工藝工藝簡單,結構少,基礎設施成本低,無外部碳源,無廢水。 水質高等優點。 后置式反硝化系統由于混合溶液中缺少有機物,通常需要手動添加碳源,但脫氮效果可能比前端要高,理論上接近100% 脫氮。 交替工作的生物反硝化工藝主要由兩個串聯槽組成。 通過改變進水和出水的方向,兩個水箱在缺氧和有氧條件下交替運行。 該系統本質上仍是一個A / O系統,但是它使用了一種替代的工作方法來避免混合液體的回流,因此反硝化效果要比一般的A / O工藝更好。 缺點是操作和管理成本相對較高,并且通常必須配置計算機控制的自動操作系統。
1.3生物膜系統
將上述A/O系統中的缺氧池和好氧池改為固定生物膜反應器,即形成生物膜脫氮系統。此系統中應有混合液回流,但不需污泥回流,在缺氧的好氧反應器中保存了適應于反硝化和好氧氧化及硝化反應的兩個污泥系統。
2物化除氮
物化除氮常用的物理化學方法有折點氯化法、化學沉淀法、離子交換法、吹脫法、液膜法、電滲析法和催化濕式氧化法等。
2.1折點氯化法
不連續點氯化法是氧化法處理氨氮廢水的一種,利用在水中的氨與氯反應生成氮氣而將水中氨去除的化學處理法。該方法還可以起到殺菌作用,同時使一部分有機物無機化,但經氯化處理后的出水中留有余氯,還應進一步脫氯處理。
在含有氨的水中投加次氯酸HClO,當pH值在中性附近時,隨次氯酸的投加,逐步進行下述主要反應:
NH3+HClO→NH2Cl+H2O①
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O②
NH2Cl+NHCl2→N2+3H++3Cl-③
投加氯量和氨氮之比(簡稱Cl/N)在5.07以下時,首先進行①式反應,生成一氯胺(NH2Cl),水中余氯濃度增大,其后,隨著次氯酸投加量的增加,一氯胺按②式進行反應,生成二氯胺(NHCl2),同時進行③式反應,水中的N呈N2被去除。
其結果是,水中的余氯濃度隨Cl/N的增大而減小,當Cl/N比值達到某個數值以上時,因未反應而殘留的次氯酸(即游離余氯)增多,水中殘留余氯的濃度再次增大,這個最小值的點稱為不連續點(習慣稱為折點)。此時的Cl/N比按理論計算為7.6;廢水處理中因為氯與廢水中的有機物反應,C1/N比應比理論值7.6高些,通常為10。此外,當pH不在中性范圍時,酸性條件下多生成三氯胺,在堿性條件下生成硝酸,脫氮效率降低。
在pH值為6~7、每mg氨氮氯投加量為10mg、接觸0.5~2.0h的情況下,氨氮的去除率為90%~100%。因此此法對低濃度氨氮廢水適用。
處理時所需的實際氯氣量取決于溫度、pH及氨氮濃度。氧化每mg氨氮有時需要9~10mg氯氣折點,氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2進行反氯化,以除去水中殘余的氯。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高,且處理成本也較高。若用次氯酸或二氧化氯發生裝置代替液氯,會更安全且運行費用可以降低,目前國內的氯發生裝置的產氯量太小,且價格昂貴。因此氯化法一般適用于給水的處理,不太適合處理大水量高濃度的氨氮廢水。
2.2化學沉淀法
化學沉淀法是往水中投加某種化學藥劑,與水中的溶解性物質發生反應,生成難溶于水的鹽類,形成沉渣易去除,從而降低水中溶解性物質的含量。當在含有NH4+的廢水中加入PO43-和Mg2+離子時,會發生如下反應:
NH4++PO43-+Mg2+→MgNH4PO4↓④生成難溶于水的MgNH4PO4沉淀物,從而達到去除水中氨氮的目的。采用的常見沉淀劑是Mg(OH)2和H3PO4,適宜的pH值范圍為9.0~11,投加質量比H3PO4/Mg(OH)2為1.5~3.5。廢水中氨氮濃度小于900mg/L時,去除率在90%以上,沉淀物是一種很好的復合肥料。由于Mg(OH)2和H3PO4的價格比較貴,成本較高,處理高濃度氨氮廢水可行,但該法向廢水中加入了PO43-,易造成二次污染。
2.3離子交換法
離子交換法的實質是不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與廢水中的其它同性離子的交換反應,是一種特殊的吸附過程,通常是可逆性化學吸附。沸石是一種天然離子交換物質,其價格遠低于陽離子交換樹脂,且對NH4+-N具有選擇性的吸附能
力,具有較高的陽離子交換容量,純絲光沸石和斜發沸石的陽離子交換容量平均為每100g相當于213和223mg物質的量(m.e)。但實際天然沸石中含有不純物質,所以純度較高的沸石交換容量每100g不大于200m.e,一般為100~150m.e。沸石作為離子交換劑,具有特殊的離子交換特性,對離子的選擇交換順序是:Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅰ)>Ca(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。工程設計應用中,廢水pH值應調整到6~9,重金屬大體上沒有什么
影響;堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響,尤其是Ca對沸石的離子交換能力影響比Na和K更大。沸石吸附飽和后必須進行再生,以采用再生液法為主,燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由于廢水中含有Ca2+,致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低,要考慮補充和更新。
2.4吹脫法
吹脫法是將廢水調節至堿性,然后在汽提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中。通入蒸汽,可升高廢水溫度,從而提高一定pH值時被吹脫的氨的比率。用該法處理氨時,需考慮排放的游離氨總量應符合氨的大氣排放標準,以免造成二次污染。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的高濃度廢水則常用蒸汽進行吹脫。
2.5液膜法
自從黎念(Li Nian)于1986年發現乳液液膜以來,液膜方法已得到廣泛研究。 許多人認為液膜分離法可能成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術,尤其適用于低濃度金屬離子的純化和廢水處理工藝。 乳液液膜法去除氨氮的機理是:氨氮NH3-N易溶于膜相的油相中。 它通過膜相的擴散以高濃度從膜相的外部遷移,到達膜相內部與內相之間的界面。 在膜的內相中發生與酸的反應,并且所產生的NH 4 +不溶于油相,并且在膜的內相中穩定。 在膜的內部和外部之間的氨濃度差的推動下,氨分子通過吸附,擴散和擴散而繼續通過膜表面遷移。 膜相的內側被解吸,以達到分離和去除氨氮的目的。
2.6電滲析法
電滲析是一種膜分離技術,其使用在一對陰膜和陽膜之間施加的電壓來去除水溶液中的溶解固體。 在電滲析室中的陰和陽滲透膜之間施加直流電壓。 當流入的水穿過多對陰離子和陽離子可滲透膜時,銨離子和其他離子會通過該膜并在施加電壓的影響下進入另一側的濃水。 濃縮水被收集并因此與進入的水分離。