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2023年新版高氨氮廢水處理技術(shù)

      污水中的含氮化合物主要有四種,即有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮,其中氨氮是最主要的存在形式。氨氮在污水中的存在形式有兩種,即游離氨(NH3)與離子狀態(tài)的氨鹽(NH4+),高氨氮廢水排入水體,會使水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象,嚴(yán)重威脅水環(huán)境的安全。因此,如何經(jīng)濟(jì)、高效地處理高氨氮廢水是保障水環(huán)境安全的首要任務(wù)。本文從高氨氮廢水的來源、水質(zhì)特征、危害和處理技術(shù)等方面進(jìn)行探究,以期促進(jìn)高氨氮廢水處理技術(shù)的發(fā)展。

1、高氨氮廢水來源及水質(zhì)特征

      高氨氮廢水具有來源廣、水質(zhì)多變等特點(diǎn),包括化肥廢水、味精廢水、焦化廢水、垃圾滲濾液、煤氣廢水、養(yǎng)殖廢水等。

      氮素是化肥的主要成分,生產(chǎn)化肥的過程中氮元素會大量進(jìn)入廢水中,以氨氮的形式存在于廢水中,化肥廢水的氨氮濃度為400~700mg/L、CODCr(化學(xué)需氧量)為400~600mg/L。

      味精生產(chǎn)流程一般為:制糖-谷氨酸發(fā)酵-中和提取-精制,其中,谷氨酸發(fā)酵工藝中會產(chǎn)生大量的高氨氮廢水,氨氮濃度高達(dá)5000~6000mg/L,此外味精廢水也是典型的高濃度有機(jī)廢水,廢水中的CODCr為20000~30000mg/L。

      原煤高溫干餾、煤氣凈化等過程會產(chǎn)生大量焦化廢水,焦化廢水的水質(zhì)成分與生產(chǎn)工藝有關(guān),一般焦化廢水中氨氮的濃度為200~700mg/L。城市化的快速發(fā)展使居民產(chǎn)生的生活垃圾越來越多,垃圾進(jìn)入填埋場后,垃圾本身的水分進(jìn)入土壤,會形成一種高濃度難降解的垃圾滲濾液,垃圾滲濾液中氨氮的濃度高達(dá)2000mg/L。煤氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤氣廢水含大量的氨氮以及CODCr,一般煤氣廢水中氨氮的濃度為200~250mg/L、CODCr為1200~1400mg/L。

      養(yǎng)殖企業(yè)動物糞便、尿液的集中排放帶來的環(huán)境問題不容忽視,養(yǎng)殖廢水也是高氨氮廢水之一。養(yǎng)殖企業(yè)廢水中氨氮的濃度為800~2200mg/L、CODCr為3000~12000mg/L。

      常見的六種高氨氮廢水水質(zhì)指標(biāo)總結(jié)如表1所示,通過比較發(fā)現(xiàn),不同企業(yè)產(chǎn)生的廢水中氨氮的含量差別很大,呈現(xiàn)出高氨氮高COD、低氨氮低COD、低氨氮高COD三個特點(diǎn)。因此,高氨氮廢水的差異性也導(dǎo)致高氨氮廢水處理難度的增加。

2、高氨氮廢水危害

      圖1為自然界中氨氮轉(zhuǎn)化示意圖,由該圖可以看出,氨氮在氮形態(tài)轉(zhuǎn)化過程中起重要作用。有機(jī)的降解主要有兩種途徑:一是有機(jī)物在氨氧化菌的作用下生成氨氮,在高pH值下氨氮會形成游離氨,合適條件下游離氨會吹脫進(jìn)入空氣中;二是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成氨氮后,氨氮在亞硝化菌作用下轉(zhuǎn)化成亞硝酸氮,亞硝酸氮在硝酸菌作用下轉(zhuǎn)化為硝酸氮,以上過程是氨氮轉(zhuǎn)化的硝化作用,硝酸氮與亞硝酸氮在反硝化菌的作用下被還原成氮?dú)?。由以上分析可知,在含氮有機(jī)物降解的兩種途徑中,氨氮起橋梁作用,一旦氨氮這一核心產(chǎn)物出現(xiàn)問題,整個氨氮循環(huán)將受到影響。

      高氨氮廢水的排放具有四種危害:一是水體富營養(yǎng)化,高氨氮廢水的排放會破壞水環(huán)境系統(tǒng)平衡,導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化加重;二是影響水廠運(yùn)行,高氨氮水源水進(jìn)入水廠后會影響水廠出水水質(zhì),使水廠出水產(chǎn)生異味;三是影響水生生物,水中硝化菌的硝化作用會消耗大量的溶解氧,氨氮需氧量在總需氧量中占比較大,因此會導(dǎo)致水體嚴(yán)重缺氧,對魚類、好氧水生物的生長不利;四是危害人類健康,高氨氮廢水在氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)獾倪^程中會產(chǎn)生大量的硝酸鹽和亞硝酸鹽,它們是誘發(fā)高鐵血紅蛋白的主要因素。

      綜上分析,對高氨氮廢水進(jìn)行有效的處理是確保水環(huán)境安全與居民飲用水安全的一項重要任務(wù)。

3、主要處理技術(shù)

      高氨氮廢水水質(zhì)變化較大,根據(jù)不同的水質(zhì)產(chǎn)生了不同的處理方法。目前,廣泛應(yīng)用的方法主要有物化法與生物法,在處理高氨氮廢水的實際工程應(yīng)用中,兩種方法都取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 物化法

3.1.1 吹脫法

      吹脫法是一種典型的高氨氮廢水物理處理法,其原理如式(1)所示。向高氨氮廢水中加入堿,升高廢水的pH值,由于OH-濃度增加,電離平衡向右進(jìn)行產(chǎn)生氨氣,然后再吹脫塔中將氨氣吹脫至空氣中。

      吹脫聯(lián)合MAP法能夠使百草枯廢水中氨氮濃度從23066mg/L降至26.99mg/L,氨氮的去除效率高達(dá)99.9%。當(dāng)試驗工況為pH=10.5、氣液比為3870、水溫為43~47℃、吹脫時間為6.5h時,吹脫法對氨氮的去除效率達(dá)到99.9%,能夠達(dá)到小試試驗的去除效率。MAP法適用于中低濃度高氨氮廢水,處理成本較高,吹脫聯(lián)合MAP法能夠解決這一問題,同時還能夠去除COD,去除率可達(dá)60%。

3.1.2 電解法

      電解法主要利用具有催化活性的電極對水中的氨氮進(jìn)行氧化,以達(dá)到對氨氮去除的目的。魯劍等采用體積為1L的玻璃燒杯作為反應(yīng)器,陽極電極采用Ti/RuO2-IrO2、陰極材料為不銹鋼板、電極的面積為50cm2、電極間距為2cm,對自行配置的高氨氮廢水進(jìn)行電解處理。試驗結(jié)果表明,當(dāng)電流強(qiáng)度為9A、電極間距為1cm、投加氯化鈉摩爾比(NH3-N/Cl-)為1:4,電解90min后氨氮濃度可以從2000mg/L降到247.51mg/L,氨氮的去除率87.6%。電流強(qiáng)度、氯離子濃度等對氨氮的去除率都有影響,電流強(qiáng)度越大對氨氮的去除率越高;氯離子濃度增加,氨氮的去除率也會增加,但是當(dāng)氯離子濃度增加到一定值后,氨氮的去除效率基本沒有變化。

3.1.3 化學(xué)沉淀法

      廢水中高氨氮會抑制微生物的生理作用,因此某些高氨氮廢水不宜采用生物法,所以化學(xué)沉淀法得到了廣泛應(yīng)用?;瘜W(xué)沉淀法的基本原理是,向高氨氮廢水中投加磷化物與鎂化物生成磷酸銨鎂沉淀,從而達(dá)到去除氨氮的效果。徐志高等以磷化物與鎂化物為沉淀試劑,處理鋯鉿萃取分離所產(chǎn)的高氨氮廢水。試驗結(jié)果表明,發(fā)生沉淀反應(yīng)的最佳pH值為9.0~10.5,pH值對氨氮的去除影響很大,當(dāng)廢水的pH值為9.5、氨氮濃度為3000mg/L時,在25℃的條件下反應(yīng)20min氨氮的去除率高達(dá)95%。

3.2 生物法

      生物法脫氮技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,但是高氨氮廢水中氨氮的濃度會影響微生物活性,需要對原水進(jìn)行稀釋處理。另外,消化過程需要大量的溶解氧,反硝化過程需要大量的碳源。高氨氮廢水的生物去除工藝常見的有膜生物反應(yīng)器法與厭氧氨氧化法。

3.2.1 膜生物反應(yīng)器法

      膜生物反應(yīng)器是水處理膜技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合的一種廢水處理工藝,以膜取代傳統(tǒng)生物處理工藝的二沉池,膜能夠截留活性污泥,生物反應(yīng)器中能保持高的微生物濃度,大大高了處理負(fù)荷。因此,膜生物反應(yīng)器法是處理高氨氮廢水的一種高效工藝。

      缺氧-好氧膜生物反應(yīng)器來處理高氨氮廢水,高氨氮廢水采用模擬廢水,采用甲醇為外加碳源。連續(xù)運(yùn)行結(jié)果表明,缺氧-好氧膜生物反應(yīng)器對廢水的濁度去除效果較好,去除率高達(dá)99.8%;工藝運(yùn)行穩(wěn)定后對COD的去除率可達(dá)95.3%,對氨氮的去除率可達(dá)97.2%。該工藝還具有處理負(fù)荷高、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)的優(yōu)勢。

3.2.2 厭氧氨氧化法

      厭氧氨氧化過程指的是在厭氧條件下微生物直接以NH4+為電子供體,以硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮為電子受體,將硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程。

4、結(jié)語

      高氨氮廢水具有來源廣、水質(zhì)變化大等特點(diǎn),其排入水體不僅危害水生生物,也嚴(yán)重危害飲用水安全。高氨氮廢水的物化法處理一般運(yùn)行費(fèi)用高昂,因此其應(yīng)用受到了一定限制。生物法雖然具有運(yùn)行費(fèi)用低、出水水質(zhì)高等特點(diǎn),但是微生物的馴化過程較困難,微生物活性易受水質(zhì)、水溫、有毒物質(zhì)等影響。在實際工程中,人們應(yīng)根據(jù)具體的廢水水質(zhì)特征來選擇合理的工藝,從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

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