怎么才能有效驱除废水中氨氮和总氮??
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发布时间：2022-04-22 20:24
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时间：2023-07-08 05:52
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时间：2023-07-08 05:54
对于高浓度的氨氮废水，可以采取吹脱的方式。具体要看水的性质，不能一概而论。
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时间：2023-07-08 05:54
钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业，均排放高浓度的氨氮废水。 其中，某些工业自身会产生氨氮污染物，如钢铁工业及肉类加工业等。 而另一些工业将氨用作化学原料，如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃。此外，皮革、孵化、动物排泄物等新鲜废水中氨氮初始含量并不高，但由于废水中有机氮的脱氨基反应，在废水积存过程中氨氮浓度会迅速增加。
过量氨氮排入水体将导致水体富营养化，降低水体观赏价值，并且被氧化生成的*盐和亚*盐还会影响水生生物甚至人类的健康。因此，废水脱氮处理受到人们的广泛关注。目前，主要的脱氮方法有生物硝化反硝化、折点加氯、气提吹脱和离子交换法等。消化污泥脱水液、垃圾渗滤液、催化剂生产厂废水、肉类加工废水和合成氨化工废水等含有极高浓度的氨氮，以上方法会由于游离氨氮的生物抑制作用或者成本等原因而使其应用受到*。高浓度氨氮废水的处理方法可以分为物化法、生化联合法和新型生物脱氮法。
不同种类的工业废水中氨氮浓度干变万化，即使同类工业不同工厂的废水中其浓度也各不相同。以某化工厂香兰素生产废水为例，其氨氮浓度高达6～7×104mg／L。为了彻底治理污染，除对生产工艺进行必要的改造外，必须寻找合适的氨氮废水处理技术，降低废水处理的成本。
氨氮废水处理技术研究与应用现状
目前，氨氮废水的处理技术可以分为两大类：一类是物化处理技术，包括吹脱(或汽提)、沉淀、膜吸收、湿式氧化等，其中吹脱和膜吸收技术都需要氨氮尽可能以氨分子形态存在；另一类技术是生物脱氮技术。
物化处理技术
依据NH3的质量分数与pH的关系，如果氨氮的去除形态为氨气，为达到较高的去除率，就必须调节溶液的pH在11以上。这类技术包括吹脱、汽提、膜吸收等。在处理氨氮废水的过程中，需要消耗大量碱，但可以回收部分氨。
吹脱（汽提）法吹脱法是将废水pH值调节至碱性，然后在填料塔中通入空气或蒸汽，通过气液接触将废水中的游离氨吹脱至大气或蒸汽中。 采用蒸汽可以提高废水温度，从而提高一定pH值时被吹脱氨的比例。一般情况下，如果采用吹脱法去除98%以上的氨氮，需pH调节。例如采用汽提技术对对硝基苯胺废水进行了处理，在pH 大于11的条件下，废水中的氨氮由3150 mg／L下降为187 mg／L，去除率为93%。
低浓度废水通常在常温下用空气吹脱，而炼钢、石油化工、化肥、有机化工、有色金属冶炼等行业的高浓度废水则常用蒸汽进行吹脱。但是这种方法一般要采用NaOH调节废水的pH值，药剂和能源消耗比较大。 为了降低药剂成本，采用Ca(OH)2调节pH，结果表明，吹脱速率和吹脱效率要远小于NaOH，而且在汽提过程中容易结垢，使得操作运行困难。
这种技术的另一个关键在于保证填料塔内的气液充分接触，有效防止沟流、液泛等非正常操作。 因此，填料的选择和填充至关重要。除较高的能耗与碱耗外，利用吹脱技术处理氨氮的不足还在于使氨氮由液相转移至气相，如果没有相应的回收技术，很容易导致大气的二次污染。此技术主要用于高浓度氨氮废水的预处理。
膜吸收技术
膜吸收过程是将膜分离和吸收相结合而出现的一种新型膜过程，它使用微孔膜将气、液两相分隔开来，利用膜孔提供气、液两相间传质的场所。 膜吸收法处理含氨废水的原理为：疏水性微孔膜(聚丙烯、聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯)把含氨废水和H2SO4吸收液分隔于膜两侧，通过调节废水的pH值，使废水中离子态的NH3转变为分子态的挥发性NH3。 在膜两侧NH3的浓度差的推动下，废水中的NH3在废水一微孔膜界面汽化挥发。气态的NH3沿膜微孔向膜的另一侧扩散，在吸收液一微孑L膜界面上为H2SO4吸收，并反应生成不挥发的(NH3)2SO4而被回收。由于氨在废水和吸收液中存在形式的不同，使得废水中的氨能通过存在形式的转换不断向吸收液传递，直到吸收液中的H2SO4全部为氨中和为止，处理后废水中的氨氮浓度理论上可达到零。与吹脱(汽提)技术和生化法等其他高氨氮废水处理方法比较，膜吸收法的最大特点是，可以在常温、常压的条件下浓缩并回收废水中的氨，无二次污染产生，实现含氨废水的资源化。
现在，膜吸收工艺的难点在于防止膜的渗漏。为了保证较高的通量，一般的微孔膜的膜厚都比较薄，膜两侧的水相在压差的作用下很容易发生渗漏。只有非常精确地调整膜两侧的压力和流速，才能基本保证膜两侧的液量不发生变化。 即使在这样的条件下，在进行氨吸收过程中，氨溶液一侧的pH值还是有显著的降低，经检测，溶液中有大量硫酸根离子存在，最终导致氨溶液中的去除率仅在6O％左右。
因此，如何在保证氨氮传质通量的情况下有效防止膜的渗漏是膜吸收工艺研究的重要内容。
沸石脱氨法
利用沸石中的阳离子与废水中的NH4+进行交换以达到脱氮的目的。沸石一般被用于处理低浓度含氨废水或含微量重金属的废水。然而，蒋建国等[4]探讨了沸石吸附法去除垃圾渗滤液中氨氮的效果及可行性。小试研究结果表明，每克沸石具有吸附15.5 mg氨氮的极限潜力，当沸石粒径为30～16目时，氨氮去除率达到了78.5%，且在吸附时间、投加量及沸石粒径相同的情况下，进水氨氮浓度越大，吸附速率越大，沸石作为吸附剂去除渗滤液中的氨氮是可行的。
实验表明用沸石离子交换法处理经厌氧消化过的猪肥废水时发现Na-Zeo、Mg-Zeo、Ca-Zeo、k-Zeo中Na-Zeo沸石效果最好，其次是Ca-Zeo。增加离子交换床的高度可以提高氨氮去除率，综合考虑经济原因和水力条件，床高18cm（H/D=4），相对流量小于7.8BV/h是比较适合的尺寸。离子交换法受悬浮物浓度的影响较大。
应用沸石脱氨法必须考虑沸石的再生问题，主要有再生液法和焚烧法。采用焚烧法时，产生的氨气必须进行处理。通常采用再生液进行再生，再生液浓液再进行脱氨处理。
膜分离技术
利用膜的选择透过性进行氨氮脱除的一种方法。这种方法操作方便，氨氮回收率高，无二次污染。蒋展鹏等[6]采用电渗析法和聚丙烯(PP)中空纤维膜法处理高浓度氨氮无机废水可取得良好的效果。电渗析法处理氨氮废水2000～3000 mg/L，去除率可在85％以上，同时可获得8.9％的浓氨水。此法工艺流程简单、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。PP中空纤维膜法脱氨效率＞90％，回收的硫酸铵浓度在25％左右。运行中需加碱，加碱量与废水中氨氮浓度成正比。
乳化液膜是种以乳液形式存在的液膜具有选择透过性，可用于液-液分离。分离过程通常是以乳化液膜（例如煤油膜）为分离介质，在油膜两侧通过NH3的浓度差和扩散传递为推动力，使NH3进入膜内，从而达到分离的目的。用液膜法处理某湿法冶金厂总排放口废水（1000～1200 mgNH4+-N/L，pH为6～9），当采用烷醇酰胺聚氧乙烯醚为表面活性剂用量为4％～6％，废水pH调至10～11，乳水比在1:8～1:12，油内比在0.8～1.5。硫酸质量分数为10％，废水中氨氮去除率一次处理可达到97％以上。
膜分离法应用的主要问题是投资成本及运行成本较高，操作复杂，难以控制。
MAP沉淀法
主要是利用以下化学反应：
Mg2 ++NH4++PO43-=MgNH4PO4
理论上讲以一定比例向含有高浓度氨氮的废水中投加磷盐和镁盐，当[Mg2 + ][NH4+][PO43 -]>2.5×10–13时可生成磷酸铵镁（MAP），除去废水中的氨氮。穆大纲等[8]采用向氨氮浓度较高的工业废水中投加MgCl2•6H2O和Na2HP04•12H20生成磷酸铵镁沉淀的方法，以去除其中的高浓度氨氮。结果表明，在pH为8.9l，Mg2+，NH4，P043-的摩尔比为1.25:1:1，反应温度为25 ℃，反应时间为20 min，沉淀时间为20 min的条件下，氨氨质量浓度可由9500 mg/L降低到460 mg/L，去除率达到95％以上。由于在多数废水中镁盐的含量相对于磷酸盐和氨氮会较低，尽管生成的磷酸铵镁可以做为农肥而抵消一部分成本，投加镁盐的费用仍成为*这种方法推行的主要因素。海水取之不尽，并且其中含有大量的镁盐。以海水做为镁离子源试验研究了磷酸铵镁结晶过程。盐卤是制盐副产品，主要含MgCl2和其他无机化合物。Mg2+约为32 g/L为海水的27倍。Lee等[10]用MgCl2、海水、盐卤分别做为Mg2+源以磷酸铵镁结晶法处理养猪场废水，结果表明，pH是最重要的控制参数，当终点pH≈9.6时，反应在10 min内即可结束。由于废水中的N/P不平衡，与其他两种Mg2+源相比，盐卤的除磷效果相同而脱氮效果略差。
采用化学沉淀法的关键因素在于：
1)絮凝剂的用量；2)沉淀产物的去向。
一般情况下，采用磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水的氨氮浓度不大于1 500 mg／L。化学沉淀法的应用瓶颈同样是运行成本较高，无法进行工程应用。
催化湿式氧化法
催化湿式氧化法是8O年代国际上发展起来的一种治理废水的新技术。 在一定温度、压力下，在催化剂作用下，经空气氧化，可使污水中的有机物和氨分别氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质，达到净化的目的。具有净化效率高(据报道，废水经过净化后可达到饮用水标准)、流程简单、占地面积少等特点。经多年应用与实践，这一废水处理方法的建设及运行费用仅为常规方法6O%左右，因而在技术上和经济上均具有较强的竞争力。杜鸿章等对催化湿式氧化法作了一系列的研究，在270 ℃、9 MPa工艺条件下，研制的催化剂可使焦化污水氨氮的去除率达到99.6%，经处理后的污水水质优于国家环保排放标准的要求。湿式氧化法不足在于催化剂的流失和设备的腐蚀。
化学氧化法
利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法。折点加氯是利用在水中的氨与氯反应生成氨气脱氨，这种方法还可以起到杀菌作用，但是产生的余氯会对鱼类有影响，故必须附设除余氯设施。在溴化物存在的情况下，臭氧与氨氮会发生如下类似折点加氯的反应：
Br－+O3+H+→HBrO+O2，
NH3+HBrO→NH2Br+H2O，
NH2Br+HBrO→NHBr2+H2O，
NH2Br+NHBr2→N2+3Br－+3H+。
用一个有效容积32 L的连续曝气柱对合成废水(氨氮600 mg/L)进行试验研究，探讨Br/N、pH以及初始氨氮浓度对反应的影响，以确定去除最多的氨氮并形成最少的NO3-的最佳反应条件。发现NFR(出水NO3--N与进水氨氮之比)在对数坐标中与Br-/N成线性相关关系，在Br-/N>0.4，氨氮负荷为3.6～4.0 kg/(m3•d)时，氨氮负荷降低则NFR降低。出水pH＝6.0时，NFR和BrO－-Br（有毒副产物）最少。BrO－-Br可由Na2SO3定量分解，Na2SO3投加量可由ORP控制。
生化法
微生物去除氨氮过程需经过硝化和反硝化两个阶段过程。 传统观点认为：硝化过程为好氧过程，在此过程中，氨态氮在微生物的作用下转化为硝基氮和亚硝基氮；而反硝化过程为厌氧过程，在此过程中，硝基氮和亚硝基氮转化为氮气。 因此，一般的生物脱氮过程为厌氧／好氧过程、或厌氧／缺氧／好氧过程。
近年来的研究表明，反硝化过程可以在有氧的条件下进行，即好氧反硝化过程。它为突破传统生物脱氮技术*，利用一个生物反应器在一种条件下完成脱氮反应提供了依据。SBR生物脱氮工艺的优点在于以时间序列代替空间序列，使好氧硝化过程和反硝化过程在同一容器中完成。采用SBR技术处理高氨氮废水，在曝气段实现高氨氮废水的好氧硝化／反硝化处理。通过实验研究，她们提出的反应序列为：一段缺氧一好氧曝气一二段缺氧的SBR反应器，好氧段反硝化脱氮率要占总脱氮率的70%以上。研究表明：好氧反硝化菌为异养菌，脱氮反应历程与缺氧反硝化菌相同，并且最终产物主要为N2。
目前生物脱氮的浓度一般在400 mg／L以下，采用生物脱氮技术处理高浓度氨氮废水就需要进行大倍数稀释，这就使得生物处理设施的体积庞大，能耗会相应提高。 因此，在处理高氨氮废水时，采用生物处理前，一般要首先进行物化处理。
物化方法在处理高浓度氨氮废水时不会因为氨氮浓度过高而受到*，但是不能将氨氮浓度降到足够低（如100 mg/L以下）。而生物脱氮会因为高浓度游离氨或者亚*盐氮而受到抑制。实际应用中采用生化联合的方法，在生物处理前先对含高浓度氨氮的废水进行物化处理。目前，较先进的生化脱氨主要有以下几类方法。
膜生物反应器技术
膜生物反应器(MBR)是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和沙滤池的水处理技术。MBR将分离工程中的膜技术应用于废水处理系统，提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F／M比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，从而基本解决了传统活性污泥法存在的突出问题。
硝化菌为自养菌，生长繁殖的世代周期长，常规的生物脱氮工艺中，为保持构筑物中有足够数量的硝化菌以完成生物硝化作用，在维持较长污泥龄的同时也相应增大了构筑物的容积。此外，絮凝性较差的硝化菌常会被二沉池的出水带出，硝化菌数量的减少影响硝化作用，进而降低了系统的脱氮效率。膜生物反应器能够完全截留微生物，可以有效防止硝化菌的流失，是一种比较理想的硝化反应器。
在适宜的pH、DO条件下，容积负荷控制在2 kg／(m3•d)以下时，采用一体化膜生物反应器可以将浓度为2×103mg／L的氨氮转化为*盐。
虽然采用膜生物反应器处理氨氮废水会解决传统活性污泥法存在的一些问题，但膜污染问题尚未见有较好的解决办法
短程硝化反硝化
生物硝化反硝化是应用最广泛的脱氮方式。由于氨氮氧化过程中需要大量的氧气，曝气费用成为这种脱氮方式的主要开支。短程硝化反硝化（将氨氮氧化至亚*盐氮即进行反硝化），不仅可以节省氨氧化需氧量而且可以节省反硝化所需炭源。用合成废水试验确定实现亚*盐积累的最佳条件。要想实现亚*盐积累，pH不是一个关键的控制参数，因为pH在6.45～8.95时，全部硝化生成*盐，在pH<6.45或pH>8.95时发生硝化受抑，氨氮积累。当DO＝0.7 mg/L时，可以实现65％的氨氮以亚*盐的形式积累并且氨氮转化率在98％以上。DO<0.5 mg/L时发生氨氮积累，DO>1.7 mg/L时全部硝化生成*盐。对低碳氮比的高浓度氨氮废水采用亚硝玻型和*型脱氮的效果进行对比分析。试验结果表明，亚*型脱氮可明显提高总氮去除效率，氨氮和硝态氮负荷可提高近1倍。此外，pH和氨氮浓度等因素对脱氮类型具有重要影响。
短程硝化反硝化处理焦化废水的中试结果表明，进水COD、氨氮、TN 和酚的浓度分别为1201.6、510.4、540.1、110.4 mg/L时，出水COD、氨氮、TN和酚的平均浓度分别为197.1、14.2、181.5、0.4 mg/L，相应的去除率分别为83.6%、97.2%、66.4%、99.6%。与常规生物脱氮工艺相比，该工艺氨氮负荷高，在较低的C/N值条件下可使TN去除率提高。
厌氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自养脱氮(CANON)
厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚*盐为电子受体直接被氧化成氮气的过程。ANAMMOX的生化反应式为：
NH4++NO2－→N2↑+2H2O
ANAMMOX菌是专性厌氧自养菌，因而非常适合处理含NO2－、低C/N的氨氮废水。与传统工艺相比，基于厌氧氨氧化的脱氮方式工艺流程简单，不需要外加有机炭源，防止二次污染，又很好的应用前景。厌氧氨氧化的应用主要有两种：CANON工艺和与中温亚硝化（SHARON）结合，构成SHARON-ANAMMOX联合工艺。
CANON工艺是在限氧的条件下，利用完全自养性微生物将氨氮和亚*盐同时去除的一种方法，从反应形式上看，它是SHARON和ANAMMOX工艺的结合，在同一个反应器中进行。固体废弃物填埋场渗滤液处理，溶解氧控制在1 mg/L左右，进水氨氮<800 mg/L，氨氮负荷<0.46 kgNH4+/(m3•d)的条件下，可以利用SBR反应器实现CANON工艺，氨氮的去除率>95%，总氮的去除率>90%。
ANAMMOX和CANON过程都可以在气提式反应器中运转良好，并且达到很高的氮转化速率。控制溶解氧在0.5mg/L左右，在气提式反应器中，ANAMMOX过程的脱氮速率达到8.9 kgN/（m3•d），而CANON过程可以达到1.5 kgN/（m3•d）。
好氧反硝化
传统脱氮理论认为，反硝化菌为兼性厌氧菌，其呼吸链在有氧条件下以氧气为终末电子受体在缺氧条件下以*根为终末电子受体。所以若进行反硝化反应，必须在缺氧环境下。近年来，好氧反硝化现象不断被发现和报道，逐渐受到人们的关注。一些好氧反硝化菌已经被分离出来，有些可以同时进行好氧反硝化和异养硝化（如Robertson等分离、筛选出的Tpantotropha.LMD82.5）。这样就可以在同一个反应器中实现真正意义上的同步硝化反硝化，简化了工艺流程，节省了能量。
用序批式反应器处理氨氮废水，试验结果验证了好氧反硝化的存在，好氧反硝化脱氮能力随混合液溶解氧浓度的提高而降低，当溶解氧浓度为0.5 mg/L时，总氮去除率可达到66.0%。
连续动态试验研究表明，对于高浓度氨氮渗滤液，普通活性污泥达的好氧反硝化工艺的总氮去除串可达10％以上。硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而下降；反硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而上升。硝化及反硝化的动力学分析表明，在溶解氧为0.14 mg/L左右时会出现硝化速率和反硝化速率相等的同步硝化反硝化现象。其速率为4.7mg/(L•h)，硝化反应KN＝0.37 mg/L；反硝化反应KD=0.48 mg/L。
在反硝化过程中会产生N2O是一种温室气体，产生新的污染，其相关机制研究还不够深入，许多工艺仍在实验室阶段，需要进一步研究才能有效地应用于实际工程中。另外，还有诸如全程自养脱氮工艺、同步硝化反硝化等工艺仍处在试验研究阶段，都有很好的应用前景。
