高浓度氨氮废水的处理技术

南通职业大学学报

JOURNALOFNANTONGVOCATIONALCOLLEGE

Vol.17No.4Dec.2003

高浓度氨氮废水的处理技术

严进

(南通职业大学

化工系,江苏南通226007)

摘望。

要:经济有效地控制氨氮废水污染是当前面临的重大课题。本文简述了高浓度氨氮废水的危害

及来源,介绍了对高浓度氨氮废水处理的处理方法,并对这些方法工艺在国内的应用前景作出展关键词:氨氮废水中图分类号:X703

处理技术

发展

文章编号:1008-5327(2003)04-0052-03

文献标识码:A

WaterTreatmentofHighlyConcentratedAmmonia-nitrogenWasteWater

YANJin

(DepartmentofChemicalEngineering,NantongVocationalCollege,Nantong,Jiangsu226007)

Abstract:Economicalandeffectivecontrolofpollutionbyammonia-nitrogenwastewaterisavitalprob-lemcurrently.Inthispapertheharm,sourcesandtreatmenttechnologyofhighlyconcentratedammonia-nitrogenwastewaterisdescribed.ThefuturedevelopmentapplicationofthesetechnologyinChinaisprospected.

Keywords:Ammonia-nitrogenwastewater;treatmenttechnology;development

氨氮废水排入水体,特别是流动较缓慢的湖泊、海湾,容易引起水中藻类及其它微生物大量繁殖,形成富营养化污染,除了会使自来水处理厂运行困难,造成饮用水的异味外,严重时会使水中溶解氧下降,鱼类大量死亡,甚至会导致湖泊灭亡。氨氮还使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中增大了用氯量;对某些金属,特别是对铜具有腐蚀性。当污水回用时,再生水中微生物可以促进输水管和用水设备中微生物的繁殖,形成生物后,堵塞管道和用水设备,并影响换热效率。

高浓度氨氮废水(>500mg/L)一般来源于炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工、饲料生产、畜牧业、化肥以及垃圾填埋等生产过程。氨氮处理技术的选择主要取决于水的性质、要求效果和经济性。

法、催化湿式氧化法、电渗析法、液膜法、电解法等方法。1.1

生物脱氮法

在废水的生物氮处理过程中,首先在好氧条件下,通过好氧硝化菌的作用,将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐;然后在缺氧条件下,利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从废水中逸出。利用常规生物处理高浓度氨氮废水困难较大,一方面,为了能使微生物正常生长,必须增加回流比来稀释原废水;另一方面,不仅硝化过程中需要大量的氧气,而且反硝化过程需要大量的碳源,一般认为COD/TKN至少为9。1.2

吹脱法及汽提法

吹脱法及汽提法均是将废水pH值调节至碱

1氨氮废水处理主要技术

目前处理氨氮主要技术有:生物脱氮法、吹脱

性时,离子态铵转化为分子态氨,再将废气和气体

接触,使氨氮从液相转移到气相。该法常用于高浓度氨氮废水的处理。但在实际操作时也存在处理效率低,出现水垢影响操作,能耗及维护工作量较大和容易造成二次污染等现象。

法及汽提法、折点加氯法、离子交换法、化学沉淀52第4期严进:高浓度氨氮废水的处理技术

1.3

折点加氯法

折点加氯法是将氯气通入废水中达到某一水。炼钢、石油化工、化肥、有机化工、有色金属冶炼等行业的废水常含很高浓度的氨,常用蒸汽吹脱法处理。回收利用的氨部分抵消了产生蒸汽的高费用,其抵消程度取决于废水中氨的浓度。经吹脱处理可回收到质量分数为30%以上的氨水。一般用石灰提高pH值,用蒸汽比用空气更易控制结垢现象,用苛性钠代替石灰能大大减轻结垢现象,但会增加处理成本。影响蒸汽吹脱效率的因素有:(1)蒸汽吹脱装置的合理设计;(2)废水流量的控制;(3)足量的蒸汽;(4)吹脱温度;(5)pH;(6)足够的气液分离空间;(7)适宜的氨冷凝系统。空气吹脱法虽然效率比前者低,但能耗低,设备简单,操作方便,在出水氨氮总量不高的情况下,采用空气吹脱比较经济。蒋林时、张洪林分析了高浓度

[1~3]

点,在该点时水中游离氯含量最低,而氨的浓度降为零。氯化法的处理效率达90%~100%,但运行

费用高,副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。氯化法只适用处理低浓度氨氮废水。1.4

离子交换法

离子交换法选用对离子有很强选择性的沸石作

为交换树脂,从而达到去除氨氮的目的。离子交换法适应中低浓度的氨氮废水的处理(<500mg/L),对

高浓度的氨氮废水,会因树脂再生频繁而造成操作困难。离子交换法去除率高,但运行费用高,再生液为高浓度氨氮废水,仍需进一步处理。1.5化学沉淀法

化学沉淀法是通过向废水中投加某些化学药剂,使之与废水中某些溶解性污染物质发生反应,形成难溶盐沉淀下来,从而降低水中溶解性污染物浓度的方法。该法工艺简单,效率高,但投加药剂量大,必须找一种高效价廉无污染的药剂。1.6

催化湿式氧化法

催化湿式氧化法是20世纪80年代国际上发

氨氮废水的成份,将其含硫废水进行一定的调配调解后,使其中重金属污染物Zn2+沉淀过滤出来,Zn的去除率达99.99%,其过滤液作为汽提原料,汽提可除去大部分硫化物与氨氮,该方法具有工艺流程简单,易于操作,能耗低,脱除率高,适用范围广等特点。王有乐等人经过超声波吹脱技术处理高浓度氨氮废水试验后发现:废水采用超声波辐射以后,NH3-N的吹脱效果明显增加,与传统吹脱技术相比,NH3-N的去除率增加了17%~16.4%。经超声吹脱处理后的废水,NH3-N完全可以达到国家排放标准,提高吹脱效率。胡允良等通过制药废水的氨氮吹脱试验的研究发现:某制药厂在生产乙胺碘呋酮时产生了一部分高浓度氨氮废水(NH3-N7200~7500mg/L)。通过实验得出该废水最经济合理的吹脱pH为

[3]

[1]

2+

展起来的一种处理废水的新技术。在一定的温度、压力和催化剂作用下,经空气氧化,可使污水中的有机物和氨分别氧化分解为CO2,N2和H2O等无害物质,达到净化的目的。

另外用循环冷却水系统脱氮法可处理浓度低于50mg/L的废水。活性炭吸附法可处理中等浓度的氨氮废水(50~500mg/L)。土壤灌溉法亦可把低浓度的氨氮废水(<50mg/L)作为农作物的肥料来使用,既为污灌区农业提供了稳定的水源,又避免了水体富营养化,提高了水资源的利用率。有效微生物群(EM)对生活污水也具有处理氨氮的能力。

11,温度为40e。在此最佳吹脱条件下,最合理的吹脱时间为2h,吹脱效率为96%。吹脱后的废水氨氮浓度大大降低,可以进入生化处理系统进行处理。

改进吹脱法及汽提法工艺技术,应从提高吹脱效率,降低成本,回收再利用、简化操作程序和扩大应用范围等方面入手。采用吹脱法及汽提法处理高浓度氨氮废水,都需考虑直接排到大气中游离氨总量是否符合氨的大气排放标准,以免造成二次污染(大气污染)。2.2化学沉淀法

化学沉淀法的基本原理:向含氨氮废水中投加Mg和PO4,三者反应生成MgNH4PO4#6H2O(简称MAP)沉淀。谢炜平用化学沉淀剂(Mg(OH)2

2+

3-

[4]

2高浓度氨氮废水处理技术

目前,国内多采用吹脱法及汽提法、化学沉淀

法和生物脱氮法处理高浓度氨氮废水,国外处理高浓度氨氮废水则以化学沉淀法和生物脱氮法为主。本文就用于高浓度氨氮废水处理的吹脱法及汽提法、化学沉淀法和生物脱氮法进行讨论。2.1

吹脱法及汽提法

吹脱法及汽提法常用于处理高浓度氨氮废53

南通职业大学学报2003年

3

2

+H3PO4)去除废水中的氨氮,并得到有用复合肥MgNH4PO4,用该法处理氨氮废水,工艺与设备简单,处理成本低,废物可以利用,是一种比较实用值得推广的废水处理技术。尹先清等利用化学混凝沉淀法处理合成氨废水中的氨氮,可以使废水中的氨氮由最初的511.6mg/L降到113mg/L以下,处理工艺流程简单,易于与其它方法结合实施工业化[6]。赵庆良等对香港新界西垃圾渗滤液做了研究发现在pH=8.6时投加MgCl2#6H2O和Na2HPO4#12H2O,可将氨氮由5618mg/L降至65mg/L。在同样条件下,投加MgO与H3PO4,可由氨氮由5404mg/L降到1688mg/L。显然前者效果要好得多,但同时也引入大量氯离子,会对后面的生化过程产生负面影响

[7]

[5]

度控制在2.5~3.5m/(m#h),气液比应控制在3000m3/m3左右,氨以氯化铵回收,出水NH4+及Mn2+离子均低于GB8978-19965污水综合排放标准6中的一级标准。蔡木林等用直接活性污泥法完成了各反应器的污泥驯化启动,二级SBR工艺主要由硝化SBR和反硝化SBR反应器构成,其中硝化SBR反应器采用悬浮生长法和固定生物膜法两种工艺作对比试验,结果表明,NH3-N和TN的去除率分别为98.5%和98%以上,该法显示了对高浓度的NH3)N去除的较大潜力[13]。

SHARON工艺是由荷兰Delft大学开发的一种新的脱氮工艺。它是在同一个反

[12]

,然后在缺氧条件下,以有机物为电子供体,将亚硝酸盐反硝

应器内,先在有氧条件下,利用氨氧化细菌将氨氧化生成NO2

-

。R.Schulze-Rettmer提化,生成氮气。这种反应途径可节省反硝化过程需要的外加碳源,以甲醇为例,NO2反硝化比NO3反硝化可节省碳源40%,还可减少供气量25%左右,节省动力消耗。

用于处理高浓度氨氮废水的生物脱氮法,提高了脱氮的效率,但条件苛刻,工艺繁琐,对溶解氧的要求也更为严格。研究和开发流程简单、易于操作、脱氮效率高、成本低的生物脱氮法是氨氮废水处理的工作重点。2.4

电解法

利用阳极的氧化性可将NH3-N氧化,电解槽

-

出使用MgO与H3PO4好一些,这样不但可以避免带入有害离子,而且MgO还可以中和部分H+,节约碱的用量。

化学沉淀法处理高浓度氨氮废水的工艺简单,效率高,但投加药剂量大,寻找一种高效价廉无污染的药剂仍是目前需要解决的关键问题。2.3生物脱氮法

常规生物脱氧技术处理浓度氨氮废水有很大困难,主要是由于废水中高浓度氨氮对微生物活性有抑制作用,硝化过程中需要大量氧气,反硝化需要大量的碳源。因此,研究高效脱氮工艺具有重大现实意义。

经过大量的研究,人们已经找到了亚硝酸盐硝化/反硝化、好氧化硝化和厌氧氨氧化等提高生物脱氮效率的可能途径、实现条件和应用前景。杨波等将亚硝酸型硝化和厌氧氨氧化有机结合构成新型的脱氮工艺,为低碳(或超低碳)高浓度含氮废水提供了一种崭新的生物脱氮工艺[9]。夏平安等介绍了一种采用固定化高效微生物与JADS曝气系统构成的处理高氨氮、高含硫废水的曝气生物流化床(ABFT)工艺,用于炼油厂废水的处理,可将氨氮由进水时的682mg/L降为0.227mg/L。

多种工艺相结合的处理高浓度氨氮的方法也被人们所研究。何卿等采用二级吹脱加生化的方法处理高浓度氨氮废水,能达到规定的排放标准。宁平、曾凡勇等在中高浓度氨氮废水综合处理实

[11][10]

[8]

--

[14]

中加入适量的NaCl,生成的ClO具有强氧化性,又可间接氧化法氨氮。王鹏等提出用电化学间接氧化法去除氨氮,氧化6hNH3-N(1480mg/L)的垃圾渗滤液,去除率可达100%。最佳工艺条件是初始pH值为9.0,氯离子加入量为2000mg/L,使Cl的总含量不小于4000mg/L,电流密度32.3mA/cm2,水样

-

循环流速0.10cm/s。该方法耗电量大(以COD计为55kW#h/kg)。日本Sanyo电气公司开发出一种高速电解法去除废水中的含氮化合物,该法仅用50min就可将90%的硝酸盐转化成氮,而常规生物处理法要达到80%的转化率,则需要差不多1d的时间。该法用紫铜合金作阴极,从废水生成氢,用一种贵金属作阳极,生成氧。氢将硝酸盐还原成氨离子,而氧将氯离子氧化成次氯酸离子。次氯酸离子再氧化氨离子,放出氮气。该电解法的投资预计约为生物处理法的1/10,其装置规模约为生化系统的1/100,其能耗与生化处理法相当。Sanyo公司计划2002年或2003年将该法实现

(下转第58页)工业化应用。

[15]

验中研究了闭路循环吹脱)盐酸液吸收)折点加氯法联合处理中高浓度工业氨氮废水工艺。吹脱

段pH值控制在11,氧化段pH值在7左右,喷淋强54南通职业大学学报2003年

空间和绿地,暴雨往往容易形成地表径流并快速聚集,形成洪水而浪费水资源。可在城市建筑屋顶设立集水设备,集水可用于清洁用水而大大减少纯净自来水的使用。

参考文献:

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4结论

城市是一个社会、经济、自然的复合生态系统,是人们随着城市的发展对城市系统认识的结果。随着人为因素造成水环境恶化这一现实问题的进一步发展,城市复合生态系统中的社会、经济、自然三大因素在水环境恢复中的综合应用也是必然的,城市复合水循环便是这种应用的结果。只有将社会、经济、自然因素综合起来,管理水环境、恢复水环境,才能达到城市可持续发展的目的。

作者简介:陈康贵(1979-),男,福建福清人,研究生在读,主要研究方向:城市生态与可持续发展。

(责任编辑:杨林娟)

(上接第54页)

3结语

目前,高浓度氨氮废水的处理仍是困扰在环

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境工程领域内的一大难题。尽管氨氮去除方法有多种,有时还采取多种技术的联合处理,但还没有一种方案能做到高效、经济、稳定地处理高浓度氨氮废水,有些工艺在氨氮被脱除的同时带来了二次污染。操作简便、处理性能稳定高效、运行费用低廉、能实现氨氮回收利用的处理技术是今后发展的方向。

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作者简介:严进(1970-),男,江苏南通人,讲师,主要从事工业分析和三废处理的教学及研究。

(责任编辑:杨林娟)

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