邳州高氨氮廢水處理設(shè)備一體化污水凈化設(shè)施

1生物脫氮法

微生物去除氨氮過程需經(jīng)兩個階段。第一階段為硝化過程，亞硝化菌和硝化菌在有氧條件下將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的過程。第二階段為反硝化過程，污水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在無氧或低氧條件下，被反硝化菌(異養(yǎng)、自養(yǎng)微生物均有發(fā)現(xiàn)且種類很多)還原轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。在此過程中，有機(jī)物(甲醇、乙酸、葡萄糖等)作為電子供體被氧化而提供能量。常見的生物脫氮流程可以分為3類，分別是多級污泥系統(tǒng)、單級污泥系統(tǒng)和生物膜系統(tǒng)。

1.1多級污泥系統(tǒng)

此流程可以得到相當(dāng)好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點(diǎn)是流程長、構(gòu)筑物多、基建費(fèi)用高、需要外加碳源、運(yùn)行費(fèi)用高、出水中殘留一定量甲醇等。

1.2單級污泥系統(tǒng)

單級污泥系統(tǒng)的形式包括前置反硝化系統(tǒng)、后置反硝化系統(tǒng)及交替工作系統(tǒng)。前置反硝化的生物脫氮流程，通常稱為A/O流程與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝流程相比，A/O工藝具有流程簡單、構(gòu)筑物少、基建費(fèi)用低、不需外加碳源、出水水質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。后置式反硝化系統(tǒng)，因為混合液缺乏有機(jī)物，一般還需要人工投加碳源，但脫氮的效果可高于前置式，理論上可接近的脫氮。交替工作的生物脫氮流程主要由兩個串聯(lián)池子組成，通過改換進(jìn)水和出水的方向，兩個池子交替在缺氧和好氧的條件下運(yùn)行。該系統(tǒng)本質(zhì)上仍是A/O系統(tǒng)，但其利用交替工作的方式，避免了混合液的回流，因而脫氮效果優(yōu)于一般A/O流程。其缺點(diǎn)是運(yùn)行管理費(fèi)用較高，且一般必須配置計算機(jī)控制自動操作系統(tǒng)。

1.3生物膜系統(tǒng)

將上述A/O系統(tǒng)中的缺氧池和好氧池改為固定生物膜反應(yīng)器，即形成生物膜脫氮系統(tǒng)。此系統(tǒng)中應(yīng)有混合液回流，但不需污泥回流，在缺氧的好氧反應(yīng)器中保存了適應(yīng)于反硝化和好氧氧化及硝化反應(yīng)的兩個污泥系統(tǒng)。

2物化除氮

物化除氮常用的物理化學(xué)方法有折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、吹脫法、液膜法、電滲析法和催化濕式氧化法等。

2.1折點(diǎn)氯化法

不連續(xù)點(diǎn)氯化法是氧化法處理氨氮廢水的一種，利用在水中的氨與氯反應(yīng)生成氮?dú)舛鴮⑺邪比コ幕瘜W(xué)處理法。該方法還可以起到殺菌作用，同時使一部分有機(jī)物無機(jī)化，但經(jīng)氯化處理后的出水中留有余氯，還應(yīng)進(jìn)一步脫氯處理。

在含有氨的水中投加次氯酸HClO，當(dāng)pH值在中性附近時，隨次氯酸的投加，逐步進(jìn)行下述主要反應(yīng)

投加氯量和氨氮之比(簡稱Cl/N)在5.07以下時，首行①式反應(yīng)，生成一氯胺(NH2Cl)，水中余氯濃度增大，其后，隨著次氯酸投加量的增加，一氯胺按②式進(jìn)行反應(yīng)，生成二氯胺(NHCl2)，同時進(jìn)行③式反應(yīng)，水中的N呈N2被去除。

其結(jié)果是，水中的余氯濃度隨Cl/N的增大而減小，當(dāng)Cl/N比值達(dá)到某個數(shù)值以上時，因未反應(yīng)而殘留的次氯酸(即游離余氯)增多，水中殘留余氯的濃度再次增大，這個最小值的點(diǎn)稱為不連續(xù)點(diǎn)(習(xí)慣稱為折點(diǎn))。此時的Cl/N比按理論計算為7.6;廢水處理中因為氯與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，C1/N比應(yīng)比理論值7.6高些，通常為10。此外，當(dāng)pH不在中性范圍時，酸性條件下多生成三氯胺，在堿性條件下生成硝酸，脫氮效率降低。

在pH值為6～7、每mg氨氮氯投加量為10mg、接觸0.5～2.0h的情況下，氨氮的去除率為90%～。因此此法對低濃度氨氮廢水適用。

處理時所需的實際氯氣量取決于溫度、pH及氨氮濃度。氧化每mg氨氮有時需要9～10mg氯氣折點(diǎn)，氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2進(jìn)行反氯化，以除去水中殘余的氯。雖然氯化法反應(yīng)迅速，所需設(shè)備投資少，但液氯的安全使用和貯存要求高，且處理成本也較高。若用次氯酸或二氧化氯發(fā)生裝置代替液氯，會更安全且運(yùn)行費(fèi)用可以降低，目前國內(nèi)的氯發(fā)生裝置的產(chǎn)氯量太小，且價格昂貴。因此氯化法一般適用于給水的處理，不太適合處理大水量高濃度的氨氮廢水。

2.2化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是往水中投加某種化學(xué)藥劑，與水中的溶解性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成難溶于水的鹽類，形成沉渣易去除，從而降低水中溶解性物質(zhì)的含量。當(dāng)在含有NH4+的廢水中加入PO43-和Mg2+離子時，會發(fā)生如下反應(yīng)：

NH4++PO43-+Mg2+→MgNH4PO4↓④生成難溶于水的MgNH4PO4沉淀物，從而達(dá)到去除水中氨氮的目的。采用的常見沉淀劑是Mg(OH)2和H3PO4，適宜的pH值范圍為9.0～11，投加質(zhì)量比H3PO4/Mg(OH)2為1.5～3.5。廢水中氨氮濃度小于900mg/L時，去除率在90%以上，沉淀物是一種很好的復(fù)合肥料。由于Mg(OH)2和H3PO4的價格比較貴，成本較高，處理高濃度氨氮廢水可行，但該法向廢水中加入了PO43-，易造成二次污染。

2.3離子交換法

離子交換法的實質(zhì)是不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與廢水中的其它同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆性化學(xué)吸附。沸石是一種天然離子交換物質(zhì)，其價格遠(yuǎn)低于陽離子交換樹脂，且對NH4+-N具有選擇性的吸附能

力，具有較高的陽離子交換容量，純絲光沸石和斜發(fā)沸石的陽離子交換容量平均為每100g相當(dāng)于213和223mg物質(zhì)的量(m.e)。但實際天然沸石中含有不純物質(zhì)，所以純度較高的沸石交換容量每100g不大于200m.e，一般為100～150m.e。沸石作為離子交換劑，具有特殊的離子交換特性，對離子的選擇交換順序是：Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅰ)>Ca(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。工程設(shè)計應(yīng)用中，廢水pH值應(yīng)調(diào)整到6～9，重金屬大體上沒有什么

影響;堿金屬、堿土金屬中除Mg以外都有影響，尤其是Ca對沸石的離子交換能力影響比Na和K更大。沸石吸附飽和后必須進(jìn)行再生，以采用再生液法為主，燃燒法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由于廢水中含有Ca2+，致使沸石對氨的去除率呈不可逆性的降低，要考慮補(bǔ)充和更新。

2.4吹脫法

吹脫法是將廢水調(diào)節(jié)至堿性，然后在汽提塔中通入空氣或蒸汽，通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣中。通入蒸汽，可升高廢水溫度，從而提高一定pH值時被吹脫的氨的比率。用該法處理氨時，需考慮排放的游離氨總量應(yīng)符合氨的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)，以免造成二次污染。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫，而煉鋼、石油化工、化肥、有機(jī)化工有色金屬冶煉等行業(yè)的高濃度廢水則常用蒸汽進(jìn)行吹脫。

2.5液膜法

自從1986年黎念之發(fā)現(xiàn)乳狀液膜以來，液膜法得到了廣泛的研究。許多人認(rèn)為液膜分離法有可能成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術(shù)，尤其適用于低濃度金屬離子提純及廢水處理等過程。乳狀液膜法去除氨氮的機(jī)理是：氨態(tài)氮NH3-N易溶于膜相油相，它從膜相外高濃度的外側(cè)，通過膜相的擴(kuò)散遷移，到達(dá)膜相內(nèi)側(cè)與內(nèi)相界面，與膜內(nèi)相中的酸發(fā)生解脫反應(yīng)，生成的NH4+不溶于油相而穩(wěn)定在膜內(nèi)相中，在膜內(nèi)外兩側(cè)氨濃度差的推動下，氨分子不斷通過膜表面吸附、滲透擴(kuò)散遷移至膜相內(nèi)側(cè)解吸，從而達(dá)到分離去除氨氮的目的。

高氨氮廢水怎么處理作為水處理行業(yè)中的一個難點(diǎn)問題一直被業(yè)內(nèi)人士所探討研究。

目前處理高氨氮廢水的方法主要包括物理吸附、催化氧化及生物預(yù)處理法。

采用物化法來處理高氨氮廢水具有快速，高效的特點(diǎn)，但是其費(fèi)用高，操作復(fù)雜，且容易產(chǎn)生二次污染。因此，生物法在高濃度氨氮廢水處理中，尤其是廢水量大的情況下，具有更明顯的優(yōu)勢。

氨氮為極性分子，需對常見吸附劑，如活性炭、沸石、陶粒等進(jìn)行改性，且吸附效果有限，達(dá)到飽和需進(jìn)行再生，綜合處理效果及經(jīng)濟(jì)性較適用于突發(fā)性污染，不宜作為常規(guī)處理方法。氨氮在水體中很穩(wěn)定，一般的氧化劑難以對其氧化，一般采用催化氧化，但效果不佳且運(yùn)行費(fèi)用很高。從處理效果及經(jīng)濟(jì)來考慮，生物處理是相對更好的選擇也是普遍方法。

目前的生物處理方法工藝有很多種，包括生物轉(zhuǎn)盤，SBR，氧化溝等。生物學(xué)的角度主要還是硝化反硝化工藝，該工藝具有處理效率高、節(jié)約耗材等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些問題。比如：硝化階段需要在好氧條件下，反硝化階段需要在厭氧條件下進(jìn)行，由此需要的基建投資大，且好氧池需要大量曝氣，因此很多廢水處理從業(yè)人員開始在從生物學(xué)角度去研發(fā)新的高氨氮廢水處理工藝。

常用空氣作載體(若用水蒸氣作載體則稱汽提)。
吹脫塔常采用逆流操作，塔內(nèi)裝有一定高度的填料，以增加氣—液傳質(zhì)面積從而有利于氨氣從廢水中解吸。
常用填料有拉西環(huán)、聚丙烯鮑爾環(huán)、聚丙烯多面空心球等。廢水被提升到填料塔的塔頂，并分布到填料的整個表面，通過填料往下流，與氣體逆向流動，空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣液比增加而減少。
pH是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。當(dāng)pH大于10時，離解率在80%以上，當(dāng)pH達(dá)11時，離解率高達(dá)98%。
b、主要影響因素
控制吹脫效率高低的關(guān)鍵因素是水溫，氣液比、pH。
在水溫25℃，吹脫的氣液比控制在3000~3800左右，pH控制在10.5，可使吹脫效率大于90%，為了保證出水質(zhì)量，吹脫法適用于處理氨氮為500~1000mg/L的廢水。
溫度也會影響吹脫效率，吹脫法水溫低時處理效率很低，不適合在寒冷的冬天使用，廢水溫度升高，游離氨的比例增加，其處理效率升高。
因此汽提法是吹脫法的改進(jìn)版。其采用蒸汽為載體，提高氨氮處理效率。汽提塔更適用于處理氨氮為2000~4000mg/L的廢水。但汽提塔運(yùn)行一段時間后，汽提塔內(nèi)會結(jié)垢，從而影響處理效率。

邳州高氨氮廢水處理設(shè)備一體化污水凈化設(shè)施

吹脫法、汽提法其工藝簡單，效果穩(wěn)定，投資較低；但能耗大，處理成本高，處理成本約20~30元/噸水。出水氨氮大約為50~200mg/L，無法達(dá)到排放要求，必須增加后續(xù)的深度處理才能達(dá)標(biāo)排放。
其吹脫出的氨氣采用水淋洗吸收，氨水濃度低(1%左右)，回用價值低，易揮發(fā)，容易造成二次污染；使用硫酸等酸性溶液吸收，生成硫酸銨等其他銨鹽，需做進(jìn)一步的處理，工藝流程較長，必定增加投資成本，且最終生產(chǎn)的硫酸銨產(chǎn)品，價格低廉，銷售困難。
3、汽提精餾法
基于吹脫與簡單的汽提方法處理氨氮廢水存在二次污染，運(yùn)行成本高等問題，現(xiàn)階段多家環(huán)保設(shè)備研發(fā)機(jī)構(gòu)通過改良，采用精餾塔蒸氨回收氨水方法，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中處理氨氮廢水。
a、原理
氨與水分子相對揮發(fā)度存在差異，通過在精餾塔內(nèi)進(jìn)行多次氣液相平衡，將氨氮以分子氨的形式從水中分離，然后以氨水或液氨的形式從塔頂排出，并被冷凝器冷卻到常溫成為高純濃度氨水進(jìn)行回收，可回用于生產(chǎn)或直接銷售。
塔釜出水pH控制在10以上，脫氨后的廢水氨氮濃度可降至10mg/L以下，可直接排放或處理后回用于生產(chǎn)。
b、汽提精餾回收氨水法成本
投資成本：120~600萬元，回收的氨水濃度：16%~22%濃氨水。運(yùn)行成本：5~10元/噸，運(yùn)行成本受原水氨氮濃度、pH影響較大，高氨氮高pH的廢水，回收的氨水越多，運(yùn)行成本越低。
c、優(yōu)缺點(diǎn)
該方法投資成本及運(yùn)行成本處于中等水平，但是回收的氨水濃度較高，可根據(jù)企業(yè)情況選擇回用于生產(chǎn)，也可以外售。其氨水回用或者外售盈利的錢基本可以抵消工藝設(shè)備的運(yùn)行成本，且出水效果較好，氨氮濃度可降至10mg/L以下，省去為了達(dá)標(biāo)排放而進(jìn)行二次脫氨的投資和運(yùn)行成本。
其缺點(diǎn)就是為了保證出水達(dá)標(biāo)，其出水pH必須控制在10以上，造成堿的浪費(fèi)，還必須加酸回調(diào)至中性，才能達(dá)標(biāo)排放。另外，此方法尤其適用于氨氮濃度7000mg/L以上的高濃度氨氮堿性廢水，否則氨氮濃度低，同等條件下其回收的氨水較少，氨水回用或外賣的效益低，整體的運(yùn)行成本就會上升。
4、氣態(tài)膜法
氣態(tài)膜，又稱支撐膜，膜吸收。目前已應(yīng)用于水溶液中的揮發(fā)性反應(yīng)性溶質(zhì)如NH3、CO2、SO2、H2S、Cl2、Br2、I2、HCN、胺、的脫除，回收富集和純化。
氣態(tài)膜具有比表面積，高傳質(zhì)推動力，操作彈性大，氨氮脫除效率高，無二次污染等優(yōu)勢。
氣態(tài)膜脫氨技術(shù)采用疏水性的中空纖維微孔膜作為含氨廢水和吸收液的屏障，這時膜一側(cè)是待處理的氨氮廢水，另一側(cè)是酸性吸收液，疏水的微孔結(jié)構(gòu)在兩液相間提供一層很薄的氣膜結(jié)構(gòu)。
廢水中游離態(tài)的NH3在廢水側(cè)通過濃度邊界層擴(kuò)散至疏水微孔膜表面，隨后在膜兩側(cè)NH3分壓差的推動下，NH3在廢水和微孔膜界面處氣化進(jìn)入膜孔，然后擴(kuò)散進(jìn)入吸收液側(cè)與酸性吸收液發(fā)生快速的不可逆的反應(yīng)，從而達(dá)到氨氮脫除的目的。
氣態(tài)膜脫氨一般用稀硫酸作為吸收劑，但是對于很多企業(yè)來講，生成的硫酸銨存在銷售價格低廉等問題，并非理想回收產(chǎn)品，而很多企業(yè)更傾向于回收一定濃度的氨水自用或者銷售。
因此采用氣態(tài)膜+精餾技術(shù)組合受到關(guān)注，其原理主要是利用一種可再生吸收劑在膜兩側(cè)吸收氨，飽和的吸收劑采用精餾的方式進(jìn)行精餾回收15~18%氨水，出水氨氮可達(dá)到15mg/L以下，吸收劑可重復(fù)利用。
此方法于廢水氨氮在3000~6000mg/L之間的處理，飽和吸收劑可將氨氮濃度提高到10000mg/L以上，精餾消耗的蒸汽大幅下降，處理成本較其他處理方法，其綜合效益。
而對于氨氮為8000mg/L以上的廢水，采用氣態(tài)膜的方法就沒有明顯的成本優(yōu)勢了。
但是由于廢水的復(fù)雜性、膜材料的研發(fā)更新?lián)Q代、可逆吸收劑的研發(fā)適用性以及后續(xù)副產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用等多種原因，氣態(tài)膜法脫氨工業(yè)化進(jìn)程很慢，國內(nèi)生產(chǎn)應(yīng)用實例較少。