氨廢水處理工藝的多樣化選擇各有優(yōu)點
氨廢水處理工藝的多樣化選擇各有優(yōu)點。
當前，污水中氨氮含量超標的問題日益突出，相關的處理技術如雨后春筍般涌現(xiàn)。在生物脫氮、物化除氮、點氯、化學沉降、離子交換、吹脫等方面都具有各自的優(yōu)勢。
伴隨著工農業(yè)生產的發(fā)展和人們生活水平的提高，含氮化合物排放急劇增加，已成為主要的環(huán)境污染源，引起了社會各界的關注。對氨氮廢水進行經濟、有效的治理已成為當今環(huán)保工作者面臨的重要課題。
一、氨廢水的來源。
含氮物進入水環(huán)境的途徑主要有自然過程和人類活動兩種。含氮物進入水環(huán)境的自然來源和過程主要有降水降塵、市區(qū)外徑流和生物固氮等。人造化學肥料是水體中養(yǎng)分氮的主要來源，大量未被作物利用的氮素通過農田排泄和地表徑流進入地下水和地表水。近幾年來，隨著經濟的發(fā)展，任意排放的含氮污染物越來越多，對環(huán)境危害極大。氮氣在廢水中以多種形式存在，如：有機氮氣、氨態(tài)氮氣(NH4+-N)、硝態(tài)氮氣(NO3--N)和亞硝態(tài)氮氣(NO2--N)，而氨態(tài)氮氣則是其中的一種。氨氮是指游離氨和離子銨兩種形態(tài)的氮，主要來自于生活污水中含氮有機物的分解，工業(yè)廢水如焦化廢水、合成氨和農田排水等。氨污染源多，排放量大，濃度變化幅度大。
二、氨廢水危害。
過量的氨氮在水環(huán)境中的存在可產生多種有害影響：
(1)由于NH4+-N的氧化作用，使水中溶解氧濃度降低，使水體變黑變臭，水質下降，影響水生動植物的生存。當環(huán)境條件適宜時，廢水中所含的有機氮將轉化為NH4+-N,NH4+-N是一種還原力很強的無機氮形態(tài)，可進一步轉化為NO2--N和NO3--N。基于生化反應的定量關系，1gNH4+-N氧化生成NO2--N需要3.43g氧氣，而氧化生成NO3--N需要4.57g氧氣。
(2)水中含氮過多會導致水體富營養(yǎng)化，從而產生一系列嚴重后果。氮氣的存在，導致光合微生物(主要是藻類)數(shù)量增加，即發(fā)生水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，其后果是：阻塞濾池，導致濾池運行周期縮短，從而導致水處理成本增加；阻礙水上運動；藻類代謝的最終產物能產生導致色澤和味道變化的化合物；家畜受到藍-綠藻產生的毒素的傷害，導致魚類死亡；由于藻類的腐爛，水體中的氧虧現(xiàn)象也隨之出現(xiàn)。
(3)水中的NO2--N和NO3--N對人體和水生生物都有很大的危害。長時間飲用含NO3--N超過10mg/L的水，當血液中高鐵血紅蛋白含量達70mg/L時，就會發(fā)生窒息。水溶液中NO2--N和胺作用產生亞硝胺，這是一種“三致”物質。由于NH4+-N與氯氣反應產生氯胺，氯胺對消毒效果不如自由氯，所以有NH4+-N存在時，水處理廠需要更多的氯氣，從而增加處理成本。
三、處理氨氮廢水的主要技術。
當前國內外對氨氮廢水的處理方法主要有折點氯化法、化學沉降法、離子交換法、吹脫法和生物脫氨法等，其工藝分為物化法和生物脫氨法。
四、生物學脫氮法
細菌脫除氨氮需要經過兩個階段。在有氧條件下，亞硝化菌和硝化菌把氨態(tài)氮轉化為亞硝化氮和硝態(tài)氮的過程是一個硝化過程。在第二個階段是反硝化過程，污水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在無氧或缺氧條件下，被反硝化細菌(異養(yǎng)和自養(yǎng)微生物都存在，而且種類很多)還原為氮。這樣的話，有機物質(甲醇，醋酸，葡萄糖等)就會以電子的形式氧化并提供能量。生物脫氮一般可分為三種流程，即多段污泥法、單段污泥法和生物膜法。
多階段污泥系統(tǒng)
這種處理工藝具有BOD5去除效果好，脫氮效果好的優(yōu)點，缺點是工藝時間長，結構復雜，建設成本高，需要額外的碳源，運行費用高，出水中殘留一定量甲醇等。
單級渣料系統(tǒng)
單級污泥系統(tǒng)包括前置反硝化系統(tǒng)、后置反硝化系統(tǒng)和交替運行系統(tǒng)。A/O法是一種前置反硝化法，與傳統(tǒng)的生物脫氮法相比，A/O法具有流程簡單，結構簡單，基礎設施費用低，不需要額外碳源，出水水質較好等優(yōu)點。由于混合物中缺少有機物，后置反硝化系統(tǒng)一般還需要人工投加碳源，但脫氮效果比前置反硝化系統(tǒng)好，理論上可以接近100%。生物脫氮交替過程主要由兩個串聯(lián)池子組成，通過改變進水方向和出水方向，使其在低氧和好氧條件下交替運行。本系統(tǒng)本質上仍然是A/O系統(tǒng)，但它采用了交替作業(yè)的方法，避免了混合物的回流，因此脫氮效果比一般的A/O處理要好。不利之處是運行管理費用較高，而且一般都要配置計算機控制自動化操作系統(tǒng)。
生物膜系
在A/O體系中，將缺氧池和好氧池改造為固定式生物膜反應器，形成生物膜脫氮體系。本系統(tǒng)應有混合液回流，但不需要污泥回流，在低氧好氧反應器中保留兩種污泥系統(tǒng)，分別適應反硝化和好氧氧化及硝化反應。
五、物理脫氮
通常采用的物化法除氮的方法有：折點氯化法、化學沉降法、離子交換法、吹脫法、液膜法、電滲析和濕式催化氧化等。
折點氯化法
間斷點氯化法是利用水中的氨與氯反應生成氮而使水中的氨除去的化學處理方法，是氧化處理氨氮廢水的一種。本發(fā)明工藝可在滅菌過程中，使部分有機物無機化，但經氯化處理后出水仍留有余氯，需進一步脫氯。
次氯酸HClO投加于含氨水中，當pH值接近中性時，隨次氯酸投加，逐漸發(fā)生下列主要反應：
NH3+HClO→NH2Cl+H2O。
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O
nh2cl+nhCl2→n2+3H++3Cl-③
在投加氯量與氨氮的比值(簡稱Cl/N)低于5.07時，先進行①式反應，生成一氯胺(NH2Cl)，水中的余氯濃度增大，然后隨著次氯酸投加量的增加，按②式反應，生成二氯胺(NHCl2)，同時進行③式反應，水中的N呈N2狀消失。因此，隨著Cl/N的增加，水中的余氯濃度下降，當Cl/N比超過某個數(shù)值時，由于未反應而產生的殘余次氯酸(即游離余氯)增加，水中殘余余氯濃度再次增加，這一小值稱為不連續(xù)點(習慣上稱之為折點)。在此期間，Cl/N的比率理論上是7.6，而在廢水處理中，由于氯與廢水中的有機物質發(fā)生反應，C1/N的比率應該比7.6，通常是10。酸性條件下，pH不在中性范圍內時，多生成三氯胺，堿性條件下生成硝酸，脫氮效率降低。
當pH值6-7，氨氮濃度為每mg加氯10mg，接觸0.5-2.0h時，氨氮去除率為90%-100%。本方法適用于低濃度氨氮廢水處理。
實際氯氣量的大小與溫度、pH和氨氮濃度有關。有時，每mg氨氮的氧化需要9~10mg的氯氣，氯化法處理的廢水在排放之前，通常需要用活性炭或SO2進行脫氯處理，以除去水中殘留的氯。氯化反應速度快，所需設備投資小，但對液氯的安全使用和儲存要求高，處理費用高。如果以次氯酸或二氧化氯發(fā)生裝置取代液氯，則會更加安全，操作費用也能降低，目前國內氯發(fā)生裝置的生產規(guī)模太小，且價格昂貴。所以氯化法一般適用于給水處理，不太適合處理高濃度、大水量氨氮廢水。
六、化學沉降法
化學法是將某種化學劑投入水中，與水中的可溶物發(fā)生反應，生成難溶于水的鹽類，使其容易脫除，從而降低水中可溶物的含量。將PO43-和Mg2+離子添加到含NH4+的廢水中，可發(fā)生以下反應：
NH4++PO43-+Mg2+→MgNH4PO4↓④產生MgNH4PO4難溶于水的沉淀，從而達到對水中氨氮的去除。常見的沉淀劑有Mg(OH)2和H3PO4,pH范圍在9.0~11之間，與H3PO4/Mg(OH)2相比，投加量在1.5~3.5之間。在氨氮濃度低于900mg/L的情況下，脫除效率可達90%以上，沉淀是一種良好的復混肥。因為Mg(OH)2和H3PO4的價格相對昂貴，成本較高，處理高濃度氨氮廢水是可行的，但是該法將PO43-加入到廢水中，容易造成二次污染。
七、離子化交換法
離子化換法的本質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他同性離子進行交換反應，這是一種典型的可逆化學吸附的特殊吸附過程。分子篩是一種天然的離子交換物質，它的價格比陽離子交換樹脂低得多，而且對NH4+-N有選擇性的吸附能力，它有很高的陽離子交換容量，純絲光沸石和斜沸石的陽離子交換容量分別為100g和213mg(m.e)。但是真正的天然沸石中含有不純的物質，所以較高純度的沸石交換容量每100g不大于200m.e，通常是100-150m.e。作為離子交換劑的沸石具有獨特的離子交換特性，其離子交換的選擇次序為：Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。在工程設計應用中，廢水的pH值要調整到6~9，重金屬基本上沒有影響；堿金屬和堿土金屬中，除Mg外，對分子篩離子交換能力影響均大于Na和K。吸附飽和后必須進行沸石再生，主要采用再生液法，很少采用燃燒法。回收的液體主要是NaOH和NaCl。因水中Ca2+含量較高，導致分子篩對氨水的脫除率呈不可逆性下降，應考慮進行補充更新。
八、吹脫法操作
吹脫就是把廢水調到堿性，然后在蒸發(fā)器內通入空氣或蒸汽，使廢水中的游離氨通過氣體接觸吹脫到大氣中。通過通入蒸汽，可以提高廢水的溫度，因此在一定pH時可以提高吹脫的氨比。采用本法處理氨水時，要考慮氨水中游離氨的排放總量要符合氨水大氣排放標準，以免造成二次污染。低度廢水一般是在常溫下用空氣吹脫，高度廢水一般是在煉鋼、石化、化肥、有機化工、有色金屬冶煉等行業(yè)的蒸汽吹脫。
九、液體薄膜方法
目前，液膜分離法已成為繼萃取法之后的第二代分離純化技術，特別適合于低濃度金屬離子的凈化和廢水處理等工藝。乳液膜法脫氨機理為：NH3-N易溶于膜相油相，從膜相外高濃度的外液中脫除NH4+，通過膜相擴散遷移，到達膜相內部與膜相界面，與膜內酸性物質發(fā)生分離反應，生成NH4+不溶于膜相，穩(wěn)定在膜內，在膜內外氨濃度差的驅動下，氨分子不斷通過膜表面吸附，滲透擴散遷移到膜相內解吸，實現(xiàn)脫氨分離。
十、電滲析
電滲析法是一種膜分離技術，它利用陰陽膜對之間的電壓來除去水溶液中溶解的固體。直流電壓作用于電滲析室內陰陽滲透膜間，當進水通過多對陰陽離子滲透膜時，銨離子和其它離子在施加電壓的作用下，通過膜進入另一側的濃水中，并在濃水中聚集，從而與進水分離。
十一、濕法催化氧化法
催化濕式氧化是20世紀80年代國際上開發(fā)的廢水處理新工藝。通過空氣氧化，在一定溫度、壓力和催化劑的作用下，將污水中的有機物和氨水分別氧化分解為CO2、N2和H2O等無害物質，達到凈化的目的。本發(fā)明的特點是凈化效率高(經凈化后的廢水可以滿足飲用水標準)，流程簡單，占地面積小。經過多年的應用和實踐，該廢水處理方法的施工和運行成本僅為常規(guī)方法的60%左右，因此在技術和經濟上都有很強的競爭力。
