讓數(shù)據(jù)來告訴你 如何更好地去除氨氮！
發(fā)布日期：2016-09-22 點(diǎn)擊：921
含氨氮廢水在化工生產(chǎn)中較為常見，氨氮在生化降解中是一個(gè)高好氧物質(zhì)，每降解1g的氨氯，要消耗4.57g的氧。當(dāng)水中氨氮濃度較高時(shí)，水中的溶解氧急劇下降，會(huì)影響魚類的生存，并導(dǎo)致厭氧菌的繁殖，使水體發(fā)臭發(fā)黑。此外氨氮還會(huì)引起水體有營(yíng)養(yǎng)化，使藻類瘋長(zhǎng)，而大量藻類的腐爛也會(huì)使水體進(jìn)一步惡化，因此氨氮的去除對(duì)保護(hù)環(huán)境是非常重要的。
氨氮的處理方法很多，如物理法有吸附法、萃取法、吹脫及氣提法、化學(xué)法有氧化法、沉淀法、離子交換法等、而生化法在去除廢水中的氨氮是非常重要的。本節(jié)將討論氨氮廢水的處理技術(shù)。
物理法
吸附法
膨潤(rùn)土、天然或合成的沸石、高嶺土及活性炭等可以用來吸附廢水中的氨氮。而其中人工合成的沸石具有最高吸附銨離子的能力。沸石吸附銨離子飽和后，可以用氯化鈉或氯化鉀溶液再生。再生液中的氨氮可以用次氯酸鈉處理使之成為氮?dú)庖萑�。吸附飽和的沸石也可以在移�?dòng)床中350～650℃中再生，沸石可以回用。
可用作吸附氨氮的沸石較多，除國(guó)產(chǎn)的絲光沸石及斜發(fā)沸石外，天然的澳大利亞沸石，如斜發(fā)沸石可從廢水中去除氨氮。它的離子交換作用對(duì)銨而言，比鈣、鎂及鉀等均有優(yōu)先作用，故可在連續(xù)操作形式的吸附裝置中處理含氨氮廢水。斜發(fā)沸石對(duì)銨離子有選擇性吸附作用。再生可用氯化鈉溶液，在高于80℃及pH為8下進(jìn)行。
廢水中NH4+可用3種天然朝鮮的沸石去除。這種沸石含有絲光沸石或斜發(fā)沸石。當(dāng)銨離子濃度為3mmo1/L時(shí)，NH4+的吸附交換量為23%～33%，并顯示較高的選擇性。此外土耳其Bahkesir地區(qū)的天然沸石可用來吸附廢水中的氨氮。對(duì)于7.5及5.0mg/L的NH4+離子初始濃度，其離子交換容量為4.5及1.7mgNH4+/g。
萃取法
含70～100mg/L的氨氮廢水可用液膜技術(shù)進(jìn)行處理。液膜由質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%Span-80、11%液態(tài)石蠟及煤油組成，內(nèi)水相由質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的稀硫酸組成，經(jīng)處理后廢水中的氨氮濃度可以降至1mg/L，CODcr可以降至100mg/L。
用HC-2作為表面活性劑、煤油及強(qiáng)化劑作為膜相，硫酸作為內(nèi)水相，而乳液與水質(zhì)量比為1：10，對(duì)1000mg/L的氨水，可以8min內(nèi)去除其中93%的氨。
吹脫及氣提法
對(duì)于含氨濃度較高的廢水可以考慮采用蒸餾的方法進(jìn)行回收、去除率可以達(dá)到99%。
吹脫及汽提法可用來預(yù)處理高濃度的氨氮廢水（特別是氨氮濃度大于5000mg/L的廢水）。但該法只能將氨氮降低到200mg/L左右，且處理費(fèi)用高。每噸廢水的蒸汽消耗量為0.125～0.3t。吹脫法因消耗大量的壓縮空氣而能耗較大，處理費(fèi)用高。經(jīng)吹脫處理的氨氮廢水仍含大量的氨氮、在低于0℃時(shí)，無法使用該方法。從被處理水中析出的碳酸鈣沉淀并沉積于吹脫塔的填充物上，這會(huì)導(dǎo)致空氣循環(huán)和霧滴形成量的減少，從而降低了除氮效率。最后完全堵塞吹脫塔。吹脫出的含氨氮的氣體也要妥善處理，以防造成二次污染。
制藥廢水含有氨氮7200～7500mg/L，可在pH為10～13及30～50℃用氣提法去除。去除率可達(dá)70.3%～99.3%。最佳工作pH為11，溫度為40℃，氣提時(shí)間為2h，可以去除96%的氨氮。處理后的廢水可以進(jìn)一步用生化方法處理。
廢水中的氨可以用噴淋塔進(jìn)行吹脫去除。噴淋塔的單體去除效果要比填料塔低，但用多級(jí)噴淋塔，即使在冬天，也可以使廢水中的氨氮達(dá)到任何所想達(dá)到的水平。
對(duì)含氨廢水進(jìn)行空氣吹脫時(shí)，其pH需大于10.5，以保證所有的銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，在吹脫過程中，pH會(huì)自動(dòng)下降，因此必須人工加以調(diào)整。在40℃時(shí)，空氣與廢水的體積比為1500：1，經(jīng)10h后，可有99%的氨被吹脫。
化學(xué)法
用石墨、炭、二氧化鈦及二氧化鋯作為載體的鉑可以在高溫高壓下，如150～180℃及1.5MPa下在連續(xù)式反應(yīng)器中將NH3-N氧化去除，其中以石墨作為載體活性較高，因?yàn)樗斜榷趸伡岸趸喚哂懈玫姆稚⑿�。�?dāng)系統(tǒng)中氧化為傳質(zhì)限制條件時(shí)，氮及水是其唯一產(chǎn)物，當(dāng)氧較充足時(shí)，還可形成N2O及NO2。也可以用載于二氧化鈦的鉑、銣、銥或金在高溫高壓下進(jìn)行氧化分解。
廢水中的氨可以用含氧的氣體，在100～370℃，并在壓力下用Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Cu、Au、W，它們的氧化物或化合物進(jìn)行氧化分解。如150mLNH4Cl溶液（2500mgNH3/L），在300mL的壓熱釜中，加入載銣的氧化鋁，并將pH調(diào)整至12，在18kg/cm2通人空氣2.650ml，在270℃加熱1h，可以使96%的氨分解。
濕式氧化可以處理廢水中的氨氮，可用含鈰的催化劑，在高的pH時(shí)，其處理效果較好，催化劑中以Co/Ce及Mn/Ce為最有效。這種催化劑并顯示對(duì)過氧化氫有很高的催化分解作用。
對(duì)于含氯廢水，還可以在作為催化劑的載氧化錳的沸石的存在下加入過氧化氫作用，使氨分解。本法特別適用工業(yè)廢水的處理。
化學(xué)氧化法
廢水中的氨氮可用次氯酸鈉法去除。其法可先將廢水的pH調(diào)整至8～10.5，然后加入超過化學(xué)計(jì)算量5%的次氯酸鈉溶液，或用氯水或次氯酸鈉進(jìn)行折點(diǎn)氯化法去除，去除率可達(dá)86.9%～100%。反應(yīng)可在5min內(nèi)完成，且不受溫度影響，最佳pH為7～8。其反應(yīng)方程式如下：
2NH4Cl+3NaOCl——N2+3NaCl+3H2O+2HCL
例如：400mL含20g氯化銨的溶液，在40℃用12g氫氧化鈉將pH調(diào)整至9后，加入296g的漂白液（相當(dāng)于41.79g次氯酸鈉及3g氫氧化鈉），此時(shí)PH將上升至13.8，并釋放出大量氣體，pH后期有所回落，10min后將釋放出4.75L氮?dú)猓琾H下降至7.5，廢水中尚含有1mg/L的銨離子及0.09g的次氯酸鈉，后者可用亞硫酸鈉處理，使其轉(zhuǎn)化為氯化鈉。在此例中次氯酸鈉中氯與廢水中的氨氮的質(zhì)量比為3.6：1。
焦化廢水中的氨氮經(jīng)活性污泥處理后，出水中仍含有100～200mg/L的氨氮，可以進(jìn)行折點(diǎn)氯化以降低其濃度。氯的投加量應(yīng)使CL與N摩爾比為6，余氯可用活性炭處理之。
折點(diǎn)加氯法可以處理氨氮濃度很高的廢水，也可以處理氨氮濃度很低的廢水（小于5mg/L）。它可以將氨氮的濃度降低為零，且不受溫度的限制。但當(dāng)氨氮濃度高時(shí)，氯的消耗量很大（1mgNH4-N需6～10g的氯），處理費(fèi)用很高。另外，氯及氯與水中有機(jī)物生成的化合物對(duì)人體是有害的。且氯的運(yùn)輸和使用都很不方便。該法常用于含氨氮廢水的深度處理。由于不受溫度的限制，因此在寒冷地區(qū)應(yīng)用較多。
氨氮還可以被高鐵酸鹽在pH7.5～11.0所氧化。如可用高鐵酸鹽來處理焦化廠的含氨氮廢水，含3493.8mg/L的氨氯廢水，在71℃投加60.14mg/L的高鐵酸鹽，可以使然氯的濃度降至1653.9mg/L。所排放的廢水中投加13.278mg/L的高鐵酸鹽，可以使氨氯的濃度從2.706mg/L降至良0.345mg/L。
在溴離子的存在下，臭氧可以氧化氨成為氮?dú)狻?/span>
廢水中氨氮可以很方便地用化學(xué)計(jì)量的NOx進(jìn)行處理而得到去除。
化學(xué)沉淀法
利用氫氧化鎂及磷酸或磷酸氫鎂可以沉淀廢水中的氨氮，前者的效果優(yōu)于后者，最佳pH9～11，氫氧化鎂與氨的摩爾比為4：1，磷酸與氫氧化鎂的摩爾比為1.5：1，沉淀是磷酸銨鎂。用本法處理，廢水中的氨氮可以降至1mg/L。
一般情況下銨離子不與陰離子生成沉淀，但它的某些復(fù)鹽不溶于水，如MgNH4PO4(MAP)、MnNH4PO4、NiNH4PO4、ZnNH4PO4等。利用這些復(fù)鹽可以將NH4+離子去除。Mn2+、Ni2+、Zn2+為重金屬，對(duì)人及其他生物有毒害作用，故不作為沉淀劑使用。而Mg2+離子無毒，因此可以采用向含NH4+廢水中加人Mg2+和PO43-生成MAP沉淀的方法將NH4+離子去除。該法的優(yōu)點(diǎn)是沉淀反應(yīng)不受溫度、水中毒素的限制，且可以處理高濃度的氨氮廢水。設(shè)計(jì)和操作均很簡(jiǎn)單。如果廢水中同時(shí)磷酸根的含量很高，還可以起到除磷的作用。因此在氨氮嚴(yán)重污染的今天，該法很有研究?jī)r(jià)值。目前該法應(yīng)用的主要局限是生成沉淀所需的藥劑費(fèi)用較高，所得的沉淀物MAP是一種緩釋型的肥料，應(yīng)對(duì)其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的研究和開發(fā)。
為了降低藥劑費(fèi)用，所得的沉淀MAP可以通過堿性熱解，除回收氨外，形成的磷酸鈉鎂可以再次作為沉淀劑，用來去除廢水中的氨氮。
離子交換法
離子交換法處理的氨氮濃度一般為10～50mg/L，離子交換樹脂的用量大。且交換樹脂再生出水中含有大量的氨氮，仍需要處理。因此這種方法用得不多。含氨廢水可以用含羧酸基團(tuán)的弱陽離子交換樹脂，如AmberliteIRC50進(jìn)行處理。交換時(shí)樹脂是以游離酸形式作用的，再生可用水在90℃進(jìn)行，出水經(jīng)蒸餾回收氨，剩余的水回用再用來再生樹脂。
含銨鹽廢水還可以用鈉型的WofatitKS10進(jìn)行離子交換處理，并可用4%的氯化鈉進(jìn)行再生。
生化法
生化法去除廢水中的氨氮，主要是利用生物的硝化和反硝化反應(yīng)。在一般的生化處理系統(tǒng)中，由于亞硝酸菌的作用，廢水中的氨氮可以被生物氧化成亞硝酸，并在硝酸菌的作用下可進(jìn)一步被氧化成硝酸。形成的硝酸或亞硝酸，在兼氧的條件下，并在有機(jī)物的存在下，可以被反硝化菌作用，生成氮?dú)�，從而將廢水中的氨氮去除。一般經(jīng)過二級(jí)處理后，廢水中碳、氮、磷3種元素總的去除比例大致為100：5：1。含氮較高的工業(yè)廢水和生活污水經(jīng)處理后，雖然BOD5可去除95%以上，但氮僅能去除一部分，因此排放出的水氨氮的污染還很嚴(yán)重。
為了更好地去除氨氮，可以采用A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)是虧氧好氧系統(tǒng)(An一oxic/oxicsystem)的簡(jiǎn)稱。它是20世紀(jì)70年代國(guó)外開發(fā)的廢水處理新工藝。它的主要作用是在原先的好氧處理曝氣池的基礎(chǔ)上，引進(jìn)虧氧段或缺氧段，采取內(nèi)部污泥循環(huán)，因此能同時(shí)具有脫氮、除磷和去除BOD5的作用。
A/0系統(tǒng)中污水首先進(jìn)人兼氧池（溶解氧小于0.5mg/L），并在此池中與回流污泥完全混合，在異養(yǎng)型兼性厭氧菌（一種反硝化菌）的作用下，將廢水中BOD5作為碳源以NO3-為電子受氫體進(jìn)入無氧呼吸，NO3-被還原為氮?dú)猓詈蟊会尫诺酱髿庵小?/span>
有機(jī)碳源BOD5+H2O——N2+OH-+CO2
同時(shí)因?yàn)槿毖酰珺OD5的存在激發(fā)了聚磷微生物放出貯藏在菌體內(nèi)的多聚正磷酸鹽和能量，因此此階段有磷回升現(xiàn)象、厭氧池出來的污水進(jìn)入缺氧池，在這里與從好氧池來的回流混合液混合、在反硝化菌的進(jìn)一步作用下，將好氧池中帶來的NO與剩余BOD5以進(jìn)一步作用，將BOD5和氮去除掉。經(jīng)過反硝化的污水流入好氧池、BOD5已去除約50%～60%，此時(shí)硝化菌很活躍，它把污水中的NH3-N氧化成NO-N,供虧氧階段反硝化。反應(yīng)式如下：
亞硝化單孢菌
NH4++1.5O2——NO2+2H++H2O+能量
硝化桿菌
NO2-十0.5O2——NO3-+能量
將上兩式相加得
NH4++2O2——NO3-+2H++H2O+能量
在此同時(shí)由于以氧化BOD5所提供的能量來吸收磷，這些磷最終在剩余污泥中(含磷時(shí)可達(dá)9%～10%)被帶出，而達(dá)到去磷的目的。因此通過A/O系統(tǒng)的內(nèi)部循環(huán)，而使BOD5，氮和磷都得以去除。
A/O系統(tǒng)工藝的特點(diǎn)是該系統(tǒng)能維持較高的MLVSS,凈化效率高，對(duì)于生活污水在3～5h內(nèi)，其BOD5、N、P的去除率可達(dá)80%～90%以上的效果。另外由于在處理過程中硝化和反硝化交替運(yùn)行，抑制了絲狀菌的生長(zhǎng)，所以不易發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，且污泥絮凝性好，使二次沉降池有良好的泥、水分離效果，提高了出水質(zhì)量。A/0系統(tǒng)已是當(dāng)今處理氨氮廢水的一種常規(guī)方法。
部分硝化的過程在一般常規(guī)的硝化及反硝化過程中，氨氮先進(jìn)行亞硝化成為亞硝酸鹽，再進(jìn)行生物硝化過程轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，最后再與氨氮在氧及碳源存在下進(jìn)行反硝化過程，而轉(zhuǎn)化成分子氮而被去除。這個(gè)過程最大的缺點(diǎn)是消耗能量較多，造成處理成本的上升。如果將硝化過程控制在亞硝化階段，再利用形成的亞硝酸鹽，與氨反應(yīng)生成亞硝酸銨，并分解成水和分子氮，則能量可以降低較多，所以這個(gè)方法具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
在常規(guī)的硝化一反硝化過程中，去除2mol的氨氮需4mol的氧及5mol的CH2O型有機(jī)底物，但如氧化至亞硝酸，并借亞硝酸銨的分解去除氨的話，則同樣去除2mol的氨，只需1.5mol的氧，并且不需要有碳源存在的情況下即能去除氨。
為了達(dá)到這個(gè)目的，可以在系統(tǒng)中加入催化劑，使產(chǎn)生的亞硝酸銨催化分解成原子氮，可以作為催化劑的有硅膠、鋁礬土、活性炭、碳酸鈣、鎳離子、鐵粉、硫化鐵，其中尤以三價(jià)鐵離子、氫氧化鐵膠體、含碘氫氧化鐵、丹寧酸鐵膠體、氧化鐵等的催化作用最強(qiáng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，由于亞硝酸銨的不斷分解，使硝化菌進(jìn)行生長(zhǎng)所需的亞硝酸鹽缺少，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，硝化菌的數(shù)目日益下降，而使亞硝化菌占優(yōu)勢(shì)。
在以氧化鐵作為催化劑的情況下，當(dāng)進(jìn)水的氨氮濃度為196.4mg/L時(shí)，出水中的氨氮可以降至5mg/L，亞硝酸離子及硝酸離子分別為0.2及0.3mg/L，總氯為6.1mg/L，而對(duì)照組(不加催化劑)出水中氨氮濃度為17.6mg/L。而亞硝酸及硝酸離子分別為22.3及154.2mg/L,總氮為194.3mg/L。
類似的工藝還有通過控制硝化反應(yīng)的條件使過程停留在亞硝化階段。為此必須控制反應(yīng)溫度，溶解氧濃度，pH，氨濃度及污泥泥齡等。生物硝化反應(yīng)適宜溫度為20～30℃，低于15℃時(shí)硝化速率降低，溫度超過30℃，硝化反應(yīng)也會(huì)受到減慢，導(dǎo)致亞硝酸的積累。所以如果硝化階段的溫度控制在較低或較高的溫度，亞硝化反應(yīng)可以占主要地位降；低溶解氧的濃度可以抑制亞硝酸進(jìn)一步生化氧化成硝酸，所以較低的溶解氧濃度有利于亞硝化過程的進(jìn)行，如可以控制溶解氧濃度在0.5mg/L；pH方面，亞硝化的最佳值在8左右，而硝化過程在7.0左右，所以增加亞硝化過程，pH以控制在8左右為宜；游離態(tài)的氨對(duì)硝化菌的影響比亞硝化菌為大，所以當(dāng)氨濃度較大，而pH又較高時(shí)，對(duì)亞硝化過程的進(jìn)行有利，而不利硝化過程的進(jìn)行；此外泥齡對(duì)亞硝化過程也有影響，由于亞硝酸菌的世代周期比硝酸菌短，所以控制適當(dāng)?shù)哪帻g可以使系統(tǒng)中的硝酸菌逐漸被排出系統(tǒng)。
利用上述原理可以更有效更經(jīng)濟(jì)地處理含氨氮廢水，例如SHARON工藝，即利用在高溫下(30～35℃)亞硝酸菌具有比硝酸菌有更高的生長(zhǎng)速率，亞硝酸菌的最小停留時(shí)間小于硝酸菌等的特點(diǎn)，使系統(tǒng)中的亞硝酸菌濃度逐步增加。使硝化過程控制在亞硝化階段，并已用在城市污水二級(jí)處理中污泥消化上清液和垃圾濾出液等高氨氮廢水的處理。
