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高氨氮废水处理的9种工艺

发布时间:2023.08.15

发布者:晟博

高氨氮废水是一种具有较高氨氮含量的废水,主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等,如果直接排放,会对水环境造成严重的影响,,甚至对人群及生物产生毒害作用,为了降低高氨氮废水对环境的影响,需要进行相应的处理。


废水中氨氮的构成主要有两种,一种是氨水形成的氨氮,一种是无机氨形成的氨氮,主要是硫酸铵,氯化铵等等。那么我们在处理高氨氮废水处理时会采用吹脱法、化学沉淀法、化学氧化法、吸附法和膜分离法用来进行高氨氮废水处理。下面介绍9种高氨氮废水处理工艺:

高氨氮废水处理的9种工艺

一、物化法


1. 吹脱法


在废水中氨氮多以铵离子(NH+4)和游离氨(NH3)的状态存在,两者保持平衡,平衡关系为:NH3+H2O→NH+4+OH-。这个平衡受pH值影响。当废水pH值升高时,OH-离子增多,该平衡反应向左移动,有利于NH+4生成游离态的NH3,从而使得游离氨所占比例加大,游离氨易于从水中逸出。当废水的pH值升高到11左右时,废水中的氨氮几乎全部以NH3的形式存在,再加上曝气吹脱的物理作用,则可促使NH3更容易从水中逸出,向大气转移。此外,该反应为放热反应,温度升高,反应方程向左移动,也有利于NH3从水中逸出。依据此原理,可以采用吹脱法来去除废水中氨氮。


2.膜分离技术


膜分离法是利用了膜的选择透过性来去除氨氮,膜的一侧是废水,另一侧是酸性溶液,利用气水分离膜透水不透气的特点,先将废水调节PH到碱性,使化学平衡逆向移动,增加氨气形态在废水中的比重,这样氨气透过膜转移到酸性吸收液一侧,与酸反应生成铵盐,之后废水再进入蒸发系统。

 

由膜脱氨法的原理,可知氨氮的吸收是在膜管里进行,所以此法须要限制废水中悬浮物的量,以免造成膜脱氨效率降低和堵塞,适用于废水杂质量不高和蒸发冷凝水等的脱氨。


3. 沸石脱氨法


利用沸石中的阳离子与废水中的NH4+进行交换以达到脱氮的目的。应用沸石脱氨法需要考虑沸石的再生问题,通常有再生液法和焚烧法。采用焚烧法时,产生的氨气需要进行处理,此法适合于低浓度的氨氮废水处理,氨氮的含量应在10--20mg/L。


4.化学沉淀法


化学沉淀法是通过在氨氮废水中投加镁化合物或磷酸氢盐,生成磷酸铵镁沉淀,从而去除水中的氨氮。其主要是利用以下化学反应:Mg,此法工艺操作相对简单,反应稳定,适用于高浓度氨氮废水的前处理。


5.化学氧化法


化学氧化法是利用强氧化剂,将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法,折点氯化法是常用的一种,其原理是将气通入氨氮废水中达到某一临界点,使氨氮转化为氮气。该法氨氮去除效率高,不受盐分,水温影响,但此法液消耗量大,容易造成二次污染,适用于低浓度氨氮废水的处理。

高氨氮废水处理的9种工艺

二、生物脱氮法


生物脱氨氮的原理:首先通过硝化作用将氨氮氧化成亚硝酸氮(NO-2-N),再通过硝化作用将亚硝酸氮进一步氧化为硝酸氮(NO3-N),通过反硝化作用将硝酸氮还原成氮气(N2)从水中逸出。反


生物法的优点是:可去除多种含氮化合物,对氨氮可以有效降解,总氨氮去除率可达95%以上,二次污染小且运行费用低。然而生物法对水质有严格的要求,高浓度的氨氮对微生物活性有阻止作用,会降低生化系统对有机污染物的降解效率,从而导致出水难于达标排放。因此,生物法主要用来处理低浓度的氨氮废水,且没有或少有毒害物质存在,主要在处理生活污水以及垃圾渗滤液等方面应用较广泛。常见的氨氮废水生物处理工艺有传统硝化反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、A/O、A2/O、氧化沟和SBR。


传统和新开发的脱氮工艺有A/O,两段活性污泥法、强氧化好氧生物处理、短程硝化反硝化、超声吹脱处理氨氮法方法等。


1.A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起,A段DO不大于0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸,使大分子有机物分解为小分子有机物,不溶性的有机物转化成可溶性有机物,当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时,提高污水的可生化性,提高氧的效率;在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的N或氨基酸中的氨基)游离出氨(NH3、NH4+),在充足供氧条件下,自养菌的硝化作用将NH3-N(NH4+)氧化为NO3-,通过回流控制返回至A池,在缺氧条件下,异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮(N2)完成C、N、O在生态中的循环,实现污水无害化处理。其特点是缺氧池在前,污水中的有机碳被反硝化菌所利用,可减轻其后好氧池的有机负荷,反硝化反应产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后,可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除,提高出水水质。BOD5的去除率较高可达90~95%以上,但脱氮除磷效果稍差,脱氮效率70~80%,除磷只有20~30%。尽管如此,由于A/O工艺比较简单,也有其突出的特点,目前仍是比较普遍采用的工艺。


2.两段活性污泥法能有效的去除有机物和氨氮,其中二级处于延时曝气阶段,停留时间在36小时左右,污水浓度在2g/l以下,可以不排泥或少排泥从而降低污泥处理费用。


3.强氧化好氧生物处理其典型代表有粉末活性炭法(PACT工艺)


粉末活性碳法的主要特点是向曝气池中投加粉末活性炭(PAC)利用粉末活性炭很发达的微孔结构和更大的吸附能力,使溶解氧和营养物质在其表面富集,为吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活环境从而提高有机物的降解速率。

近年来国内外出现了一些全新的脱氮工艺,为高浓度氨氮废水的脱氮处理提供了新的途径。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化等。


4. 短程硝化反硝化


短程硝化反硝化是在同一个反应器中,先在有氧的条件下,利用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐,然后在缺氧的条件下,以有机物或外加碳源作电子供体,将亚硝酸盐直接进行反硝化生成氮气。短程硝化反硝化的影响因素有温度、游离氨、pH值、溶解氧等。


该技术具有很大的优势:①节省25%氧供应量,降低能耗;②减少40%的碳源,在C/N较低的情况下实现反硝化脱氮;③缩短反应历程,节省50%的反硝化池容积;④降低污泥产量,硝化过程可少产污泥33%~35%左右,反硝化阶段少产污泥55%左右。实现短程硝化反硝化生物脱氮技术的关键就是将硝化控制在亚硝酸阶段,阻止亚硝酸盐的进一步氧化。


高氨氮废水处理的9种工艺

5. 好氧反硝化


传统脱氮理论认为,反硝化菌为兼性厌氧菌,其呼吸链在有氧条件下以氧气为终末电子受体在缺氧条件下以硝酸根为终末电子受体。所以若进行反硝化反应,需要在缺氧环境下。近年来,好氧反硝化现象不断被发现和报道,逐渐受到人们的关注。一些好氧反硝化菌已经被分离出来,有些可以同时进行好氧反硝化和异养硝化(如Robertson等分离、筛选出的Tpantotropha.LMD82.5)。这样就可以在同一个反应器中实现同步硝化反硝化,简化了工艺流程,节省了能量。


6. 厌氧氨氧化(ANAMMOX)和全程自养脱氮(CANON)


厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐为电子受体直接被氧化成氮气的过程。

厌氧氨氧化(Anaerobicammoniaoxidation,简称ANAMMOX)是指在厌氧条件下,以Planctomycetalessp为代表的微生物直接以NH4+为电子供体,以NO2-或NO3-为电子受体,将NH4+、NO2-或NO3-转变成N2的生物氧化过程。该过程利用独特的生物机体以硝酸盐作为电子供体把氨氮转化为N2,很大限度的实现了N的循环厌氧硝化,这种耦合的过程对于从厌氧硝化的废水中脱氮具有很好的前景,对于高氨氮低COD的污水由于硝酸盐的部分氧化,大大节省了能源。目前推测厌氧氨氧化有多种途径。其中一种是羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应,而N2O可以进一步转化为氮气,氨被氧化为羟氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨,联氨被转化成氮气并生成4个还原性[H],还原性[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是:一方面亚硝酸被还原为NO,NO被还原为N2O,N2O再被还原成N2;另一方面,NH4+被氧化为NH2OH,NH2OH经N2H4,N2H2被转化为N2。


与传统生物法相比,厌氧氨氧化无需外加碳源,需氧量低,无需试剂进行中和,污泥产量少,是较经济的生物脱氮技术。厌氧氨氧化的缺点是反应速度较慢,所需反应器容积较大,且碳源对厌氧氨氧化不利,对于解决可生化性差的氨氮废水具有现实意义。


全程自养脱氮工艺是近年发展起来的新型脱氮工艺.其原理是在单一反应器内, 利用好氧氨氧化细菌(AOB)和厌氧氨氧化细菌(AnAOB)的协同作用, 将水中的NH4+-N直接转化为N2, 该工艺不消耗有机碳源, 耗氧量低且污泥产量低, 被认为是具发展前景的脱氮工艺。


全程自养脱氮的全过程实在一个反应器中完成,其机理尚不清楚。Hippen等人发现在限制溶解氧(DO浓度为0.8·1.0mg/l)和不加有机碳源的情况下,有超过60%的氨氮转化成N2而得以去除。同时Helmer等通过实验证明在低DO浓度下,细菌以亚硝酸根离子为电子受体,以铵根离子为电子供体,产物为氮气。


有实验用荧光原位杂交技术监测全程自养脱氮反应器中的微生物,发现在反应器处于稳定阶段时即使在限制曝气的情况下,反应器中任然存在有活性的厌氧氨氧化菌,不存在硝化菌。有85%的氨氮转化为氮气。鉴于以上理论,全程自养脱氮可能包括两步一是将部分氨氮氧化为烟硝酸盐,二是厌氧氨氧化。


高氨氮废水处理的9种工艺

7.超声吹脱处理氨氮


超声吹脱法去除氨氮是一种新型高浓度氨氮废水处理技术,它是在传统的吹脱方法的基础上,引入超声波辐射废水处理技术,将超声波和吹脱技术联用而衍生出来的一种处理氨氮的方法。将这两种方法联用不仅改进了超声波处理废水成本较高的问题,也弥补了传统吹脱技术去除氨氮不佳的缺陷,超生吹脱法在保证处理氨氮的效果的同时还能对废水中有机物的降解起到一定的提高作用。技术特点(1)高浓度氨氮废水采用90年代高新技术——超声波脱氮技术,其总脱氮效率在70~90%,不需要投加化学药剂,不需要加温,处理费用低,处理效果稳定。(2)生化处理采用周期性活性污泥法(CASS)工艺,建设费用低,具有独特的生物脱氮功能,处理费用低,处理效果稳定,耐负荷冲击能力强,不产生污泥膨胀现象,脱氮效率大于90%,确保氨氮达标。


8. Bardenpho工艺


该工艺是在A/O工艺基础上,增设了一个缺氧段和好氧段,各段反应池均独立运行,混合液自一好氧池回流至一缺氧池二好氧池无混合液回流(因而须注意,二缺氧池和二好氧池并非组成一级A/O工艺)所增设的缺氧段和好氧段起强化脱氨和提高处理出水水质的作用。运行过程中,一好氧池的内部回流混合液、原水中的有机基质及回流污泥进入一厌氧池,进行反硝化脱氮。由于一厌氧池进水中含有较多内碳源可利用因而具有较高的反硝化速率,但与其进水中的食料比有关。好氧一池的容积一般可按F./M为0.25考虑;在厌氧二池中,由于好氧二池出水中有机物浓度较低,同时也没有外加碳源因而反硝化菌主要通过内源呼吸作用,以细胞内碳源进行反硝化,因此反硝化效率较低,并与系统的污泥龄有关。但这种反硝化作用可有效地提高整个处理系统的反硝化程度,从而利于提高脱氮效率。必要时,可将少部分进水引入厌氧二池以适当补充碳源,提高其反硝化速率。该工艺中好氧二池的主要作用是进一步降低废水中的有机物浓度,同时改善出水的表观性状由于增设了厌氧二池和好氧二池强化处理作用,该工艺的脱氮效率可以高达90%~95%(城市污水)。

高氨氮废水处理的9种工艺

9. BABE工艺


在通常的废水生物处理工艺中,其污泥经浓缩的上层液或氧化处理后脱水滤液均需返回至主体工艺进行处理。由于污泥浓缩上层液或脱水滤液中富含氮,因而其向主体工艺的返回将增加主体工艺的处理负荷,从而影响处理出水中氮的指标。BABE在运行过程中将以A/O方式运行的处理工艺主流程中回流污泥的一部分分流入BABE间歇曝气池,BABE 所处理的对象为含有高浓度的TN的污泥浓缩上层液或污泥脱水滤液。通过BABE池的间歇曝气运行,不仅有效地延长了处理工艺的污泥龄,并可对其进液中的氮实现充分的硝化作用,同时由于BABE池的良好消化条件,即较低的有机负荷及良好的温度控制(一般将温度控制在30℃),有效地提高了污泥中硝化菌的数量。BABE池经间歇曝气后富含硝化菌的混合液、内回流与进水一起进入A/O工艺主流程,可实现充分的反硝化脱氮,强化了系统对氮的去处作用。

高氨氮废水处理的9种工艺

三、生化联合法


生化联合法是同时运用多种生物反应器完成废水处理的一种技术。基于此技术,在高氨氮废水处理中,我们可以采取一系列已有的和新型的生化联合方法,以降低氨氮的含量并将其转化为无害的物质。


如何实施高氨氮废水的生化联合法?一般而言,这种处理方式通常涉及几个核心步骤:


一种方法:氧化还原与生化法相结合


通过将氧化还原方法与生物学处理法进行结合,可以降低氨氮的含量。一种常见的组合方式是将高氨氮废水分为两个部分,其中一个部分经过一定程度的生物处理,同时将另一个部分暴露在颗粒状硫酸盐中进行氧化还原反应,然后将两部分混合在一起,通过显微镜或其他设备进行监控和调整,以保证处理效果的更大化。


二种方法:替代模式生化反应


替代模式处理法也是一种比较常见的处理方式。这种方法利用一组或多组微生物,以组合的方式在有机废水中进行处理。在这种环境中,微生物会根据废水的成分和含有的多种物质进行有机物质的分解,并将其中的氨氮转化为无机物质,从而实现对高氨氮废水的处理。


三种方法:AB/SBR反应器等生化反应器的改进


改进生物反应器也是一种比较常见的处理高氨氮废水的方法。AB /SBR 生化反应器针对氨氮废水的处理因其能够同时处理氨氮、有机物质和硝化物而成为了一个很优良的选择。这种反应器的原理是通过设定不同的温度、循环时间和曝气条件等因素,促进不同菌种的生长。此外还可以通过将反应器内的生物培养基与废水联合起来实现对废水的有效处理。


高氨氮废水处理方法的选择因情况而异,需要根据污水的成分、浓度、容量等因素综合考虑。传统的生物法、化学法、物理法虽然能够有效地降低高氨氮废水的浓度,但也存在诸多局限,例如处理周期长、成本高等缺点。随着科技的发展,新的高氨氮废水处理技术不断涌现,例如纳米技术、超声波技术、电解技术等,它们具有治理效果好、反应速度快、节省能源等特点,将会成为未来高氨氮废水处理领域的重要发展方向。



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