高低濃度氨氮廢水處理工藝的對(duì)比,！
污水中因氨氮濃度不同分為高低濃度氨氮廢水,，在實(shí)際應(yīng)用中氨氮濃度大于500PPM的廢水需要預(yù)處理（稱為高氨氮廢水 ），然后配合低氨氮廢水的處理工藝進(jìn)行最后的脫氮,，因高氨氮廢水與低氨氮廢水采用的工藝不同,，本文大體介紹一下！
一,、高濃度氨氮廢水處理技術(shù)
1,、吹脫法
將空氣通入廢水中，使廢水中溶解性氣體和易揮發(fā)性溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入氣相,，使廢水得到處理的過程稱為吹脫,，常見的工藝流程見圖1。
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吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論,。將氨氮廢水pH 調(diào)節(jié)至堿性,，此時(shí)，銨離子轉(zhuǎn)化為氨分子,，再向水中通入氣體,，使其與液體充分接觸，廢水中溶解的氣體和揮發(fā)性氨分子穿過氣液界面,，轉(zhuǎn)至氣相,，從而達(dá)到去除氨氮的目的。常用空氣或水蒸氣作載氣,，前者稱為空氣吹脫,，后者稱為蒸汽吹脫。
蒸汽吹脫法效率較高,，氨氮去除率能達(dá)到90%以上,，但能耗較大，一般應(yīng)用在煉鋼,、化肥,、石油化工等行業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是可回收利用氨,，經(jīng)過吹脫處理后可回收到氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30%以上的氨水,。空氣吹脫法的效率雖比蒸汽法的低，但能耗低,、設(shè)備簡(jiǎn)單,、操作方便。在氨氮總量不高的情況下,，采用空氣吹脫法比較經(jīng)濟(jì),，同時(shí)可用硫酸作吸收劑吸收吹脫出的氨氮，生成的硫酸銨可制成化肥,。
但是在大規(guī)模的氨吹脫-汽提塔生產(chǎn)過程中,， 產(chǎn)生水垢是較棘手的問題。通過安裝噴淋水系統(tǒng)可有效解決軟質(zhì)水垢問題,，可是對(duì)于硬質(zhì)水垢，噴淋裝置也無法消除,。此外,，低溫時(shí)氨氮去除率低，吹脫的氣體形成二次污染,。因此,，吹脫法一般與其他氨氮廢水處理方法聯(lián)合運(yùn)用，用吹脫法對(duì)高濃度氨氮廢水進(jìn)行預(yù)處理,。最佳吹脫工藝條件,，見表1。
通過對(duì)比分析表1 可以得出：（1）吹脫法普遍適宜的pH 在11 附近,；（2）考慮經(jīng)濟(jì)因素,，溫度在30~40 ℃附近較為可行，且處理率高,；（3）吹脫時(shí)間為3 h左右,；（4）氣液比在5 000∶1 左右效果較好，且吹脫溫度越高,，氣液比越?。唬?）吹脫后廢水的濃度可降低到中低濃度,；（6）脫氮率基本保持90%以上,。盡管吹脫法可以將大部分氨氮脫除， 但處理后的廢水中氨氮仍然高達(dá)100 mg/L 以上,，無法直接排放,，還需要后續(xù)深度處理。
2,、鳥糞石法（磷酸銨鎂沉淀法）
化學(xué)沉淀法的原理,，是向氨氮污水中投加含Mg2+ 和PO43- 的藥劑， 使污水中的氨氮和磷以鳥糞石（磷酸銨鎂）的形式沉淀出來，同時(shí)回收污水中的氮和磷,。
化學(xué)沉淀法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：工藝設(shè)計(jì)操作相對(duì)簡(jiǎn)單,；反應(yīng)穩(wěn)定，受外界環(huán)境影響小,，抗沖擊能力強(qiáng),；脫氮率高，效果明顯,，生成的磷酸銨鎂可作為無機(jī)復(fù)合肥使用,，解決了氮的回收和二次污染的問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,。磷酸銨鎂沉淀法適用于處理氨氮濃度較高的工業(yè)廢水,， 表2 總結(jié)了一些使用化學(xué)沉淀法處理氨氮廢水的案例。
通過對(duì)表2 的比較,， 磷酸銨鎂沉淀法處理氨氮廢水的適宜條件是：pH 約為9.0,，n（P）∶n（N）∶n（Mg）在1∶1∶1.2 左右，磷酸銨鎂沉淀法的脫氮率能維持在較高水平,，普遍能夠達(dá)到90%以上,。
二、低濃度氨氮工業(yè)廢水處理技術(shù)
廢水中氨氮的構(gòu)成主要有兩種,，一種是氨水形成的氨氮,，一種是無機(jī)氨形成的氨氮，主要是硫酸銨,、氯化銨等,。氨氮是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一， 對(duì)這類污水進(jìn)行回收利用時(shí)還會(huì)對(duì)管道中的金屬產(chǎn)生腐蝕作用,， 縮短設(shè)備和管道的壽命,，增加維護(hù)成本。目前工業(yè)上常用于處理低濃度氨氮的技術(shù)主要有吸附法,、折點(diǎn)氯化法,、生物法、膜技術(shù)等,。
1,、吸附法
吸附是一種或幾種物質(zhì)（稱為吸附物）的濃度在另一種物質(zhì)（稱為吸附劑）表面上自動(dòng)發(fā)生變化的過程， 其實(shí)質(zhì)是物質(zhì)從液相或氣相到固體表面的一種傳質(zhì)現(xiàn)象,。
吸附法是處理低濃度氨氮廢水較有發(fā)展前景的方法之一,。吸附法常利用多孔性固體作為吸附劑，根據(jù)吸附原理不同可分為物理吸附,、化學(xué)吸附和交換吸附,。處理低濃度氨氮廢水較為理想的是離子交換吸附法,，它屬于交換吸附方法的一種，利用吸附劑上的可交換離子與廢水中的NH4+ 發(fā)生交換并吸附NH3 分子以達(dá)到去除水中氨的目的,， 這是一個(gè)可逆過程,， 離子間的濃度差和吸附劑對(duì)離子的親和力為吸附過程提供動(dòng)力。
具有良好吸附性能且常用的吸附劑有：沸石,、活性炭,、煤炭、離子交換樹脂等,，根據(jù)其吸附原理的不同,，這些吸附材料對(duì)不同吸附物的吸附效果不同。
該法一般只適用于低濃度氨氮廢水,， 而對(duì)于高濃度的氨氮廢水,， 使用吸附法會(huì)因吸附劑更換頻繁而造成操作困難， 因此需要結(jié)合其他工藝來協(xié)同完成脫氮過程,。供吸附法使用的吸附劑很多,， 但不同吸附劑對(duì)廢水中氨氮的吸附量卻有很大不同， 表3 對(duì)比了部分吸附劑的吸附效果,。
由表3 可以看出，對(duì)于傳統(tǒng)的吸附劑如沸石,、交換樹脂等,， 其對(duì)氨氮的處理率較高， 一般能達(dá)到90%以上,。
2,、折點(diǎn)氯化法
折點(diǎn)氯化法是污水處理工程中常用的一種脫氮工藝，其原理是將氯氣通入氨氮廢水中達(dá)到某一臨界點(diǎn),，使氨氮氧化為氮?dú)獾幕瘜W(xué)過程,，其反應(yīng)方程式為：NH4++1.5HOCl→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
折點(diǎn)氯化法的優(yōu)點(diǎn)為：處理效率高且效果穩(wěn)定，去除率可達(dá)100%,；該方法不受鹽含量干擾,，不受水溫影響，操作方便,；有機(jī)物含量越少時(shí)氨氮處理效果越好,，不產(chǎn)生沉淀；初期投資少,，反應(yīng)迅速完全,；能對(duì)水體起到殺菌消毒的作用。
但是折點(diǎn)氯化法僅適用于低濃度廢水的處理,， 因此多用于氨氮廢水的深度處理,。該方法的缺點(diǎn)是：液氯消耗量大,，費(fèi)用較高，且對(duì)液氯的貯存和使用的安全要求較高,， 反應(yīng)副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染,。
三、生物法
生物法是指廢水中的氨氮在各種微生物作用下,，通過硝化,、反硝化等一系列反應(yīng)最終生成氮?dú)猓瑥亩_(dá)到去除的目的,，其脫氮途徑如圖2 所示,。對(duì)于可生化性高的廢水（BOD/COD＞0.3），氨氮可通過生物法脫除,。
生物法具有操作簡(jiǎn)單,、效果穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染且經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn),，其缺點(diǎn)為占地面積大,，處理效率易受溫度和有毒物質(zhì)等的影響且對(duì)運(yùn)行管理要求較高。同時(shí),，在工業(yè)運(yùn)用中應(yīng)考慮某些物質(zhì)對(duì)微生物活動(dòng)和繁殖的抑制作用,。此外，高濃度的氨氮對(duì)生物法硝化過程具有抑制作用,， 因此當(dāng)處理氨氮廢水的初始質(zhì)量濃度＜300 mg/L 時(shí),，采用生物法效果較好。
1,、傳統(tǒng)生物硝化反硝化技術(shù)
傳統(tǒng)生物硝化反硝化脫氮處理過程包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,。硝化過程是指在好氧條件下，在硝酸鹽和亞硝酸鹽菌的作用下,， 氨氮可被氧化成硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮,；再通過缺氧條件，反硝化菌將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮還原成氮?dú)猓?從而達(dá)到脫氮的目的,。
傳統(tǒng)生物硝化反硝化法中,，較成熟的方法有A/O 法、A2/O 法,、SBR 序批式處理法,、接觸氧化法等。
它們具有效果穩(wěn)定,、操作簡(jiǎn)單,、不產(chǎn)生二次污染、成本較低等優(yōu)點(diǎn),。但該法也存在一些弊端,，如必須補(bǔ)充相應(yīng)的碳源來配合實(shí)現(xiàn)氨氮的脫除,， 使運(yùn)行費(fèi)用增加；碳氮比較小時(shí),，需要進(jìn)行消化液回流,，增加了反應(yīng)池容積和動(dòng)力消耗；硝化細(xì)菌濃度低,，系統(tǒng)投堿量大等,。
2、新型生物脫氮技術(shù)
1）短程硝化反硝化技術(shù)
短程硝化反硝化是在同一個(gè)反應(yīng)器中,，先在有氧的條件下,，利用氨氧化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽，阻止亞硝酸鹽進(jìn)一步氧化,，然后直接在缺氧的條件下,， 以有機(jī)物或外加碳源作為電子供體，將亞硝酸鹽進(jìn)行反硝化生成氮?dú)狻?/p>
短程硝化反硝化與傳統(tǒng)生物脫氮相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于活性污泥法,，可節(jié)省25%的供氧量,，降低能耗；節(jié)省碳源,，一定情況下可提高總氮的去除率,；提高了反應(yīng)速率， 縮短了反應(yīng)時(shí)間,， 減少反應(yīng)器容積,。但由于亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌之間關(guān)系緊密，每個(gè)影響因素的變化都同時(shí)影響到兩類細(xì)菌,， 而且各個(gè)因素之間也存在著相互影響的關(guān)系， 這使得短程硝化反硝化的條件難以控制,。
2）同時(shí)硝化反硝化技術(shù)
當(dāng)硝化與反硝化在同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行時(shí),， 即為同時(shí)硝化反硝化（SND）。廢水中溶解氧受擴(kuò)散速度限制,，在微生物絮體或者生物膜的表面,，溶解氧濃度較高，利于好氧硝化菌和氨化菌的生長繁殖,，越深入絮體或膜內(nèi)部,，溶解氧濃度越低，形成缺氧區(qū),，反硝化細(xì)菌占優(yōu)勢(shì),，從而形成同時(shí)硝化反硝化過程。
有實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)DO 為1mg/L,，C/N=30,，pH=7.2 時(shí),，COD、NH4+-N,、TN 去除率分別為96%,、95%、92%,， 并發(fā)現(xiàn)在一定的范圍內(nèi),，升高或降低反應(yīng)器內(nèi)DO 濃度后，TN 去除率都會(huì)下降,。同時(shí)硝化反硝化法節(jié)省反應(yīng)器,， 縮短了反應(yīng)時(shí)間，且能耗低,、投資省,。
3）厭氧氨氧化技術(shù)
厭氧氨氧化是指在缺氧或厭氧條件下，微生物以NH4+為電子受體,，以NO2- 或NO3- 為電子供體進(jìn)行的將NH4+,。
厭氧氨氧化技術(shù)可以大幅度地降低硝化反應(yīng)的充氧能耗，免去反硝化反應(yīng)的外源電子供體,，可節(jié)省傳統(tǒng)硝化反硝化過程中所需的中和試劑,， 產(chǎn)生的污泥量少。但目前為止,，其反應(yīng)機(jī)理,、參與菌種和各項(xiàng)操作參數(shù)均不明確。
四,、膜技術(shù)
1,、反滲透技術(shù)
反滲透技術(shù)是在高于溶液滲透壓的壓力作用下，借助于半透膜對(duì)溶質(zhì)的選擇截留作用,，將溶質(zhì)與溶劑分離的技術(shù),，具有能耗低、無污染,、工藝先進(jìn),、操作維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。利用反滲透技術(shù)處理氨氮廢水的過程中,， 設(shè)備給予足夠的壓力,，水通過選擇性膜析出，可用作工業(yè)純水,，而膜另一側(cè)氨氮溶液的濃度則相應(yīng)增高,，成為可以被再次處理和利用的濃縮液。在實(shí)際操作中,，施加的反滲透壓力與溶液的濃度成正比,， 隨著氨氮濃度的升高,，反滲透裝置所需的能耗就越高，而效率卻是在下降,。
2,、電滲析法
電滲析是在外加直流電場(chǎng)的作用下， 利用離子交換膜的選擇透過性,， 使離子從電解質(zhì)溶液中分離出來的過程,。電滲析法可高效地分離廢水中的氨氮，并且該方法前期投入小,，能量和藥劑消耗低,，操作簡(jiǎn)單，水的利用率高,，無二次污染副產(chǎn)物,。
采用自制電滲析設(shè)備對(duì)進(jìn)水電導(dǎo)率為2920 μS/cm， 氨氮質(zhì)量濃度為534.59 mg/L 的氨氮廢水進(jìn)行處理,，通過實(shí)驗(yàn)得到在電滲析電壓為55V,，進(jìn)水流量為24 L/h 這一最佳工藝參數(shù)條件下，可對(duì)實(shí)驗(yàn)用水有效脫氮的結(jié)論,，出水氨氮質(zhì)量濃度為13 mg/L,。
3、高低濃度氨氮廢水的處理方法比較
不同氨氮廢水處理方法優(yōu)缺點(diǎn)比較見表4,。
通過對(duì)以上幾種不同方法的論述,， 可以看出目前針對(duì)工業(yè)廢水中高濃度氨氮的處理方法主要使用物理化學(xué)方法做預(yù)處理， 再選擇其他方法進(jìn)行后續(xù)處理,，雖能取得較好的處理效果,，但仍存在結(jié)垢、二次污染的問題,。
對(duì)低濃度的氨氮廢水較常用的方法為化學(xué)法和傳統(tǒng)生物法,， 其中化學(xué)法的一些處理技術(shù)還不成熟，未在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用,，因此還無法滿足工業(yè)對(duì)低濃度氨氮廢水深度處理的要求；生物法能較好地解決二次污染問題,， 且能達(dá)到工業(yè)對(duì)低濃度氨氮廢水深度處理的要求,， 但目前對(duì)微生物的選種和馴化還不完全成熟。
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