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废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。
生物处理把大多
水中硝酸盐的脱除
1物理化学法
(1)膜分离法
膜分离法包括反渗透和电渗析两种。
反渗透膜对硝酸根无选择性,但各种离子的脱除率与其价数成正比。
常用的反渗透膜主要是醋酸酯膜,也可使用聚胺酯膜和其它复合膜。
反渗透在除去硝酸盐的同时也将除去其它的无机盐,因此反渗透法将降低出水的矿化度。
为延长反渗透膜的使用寿命,反渗透法须对进水进行预处理以减少矿物质、有机物、水中其它悬浮物在膜上的沉积结垢以及污染物、pH值波动对膜的伤害。
电渗析使用半透膜可选择性地脱除离子。
与传统的电渗析相比,可逆电
水,
(2)
用。
择性是
是CARIX
床中,用二氧碳再生树脂。
由于无须用盐再生树脂,因而减少了废水中盐的含量,所用的二氧化碳也可重复使用。
但CARIX的工艺复杂,管理困难,并且由于碳酸是弱酸,树脂再生后只恢复5%～10%的总交换容量。
离子交换法的另一种改进工艺是硝酸根选择性树脂,该工艺可以不受被处理水中硫酸盐的影响,从而降低了树脂再生的频度,同时也减少了高含盐废水的排放量。
但这种树脂的交换容量较低[22]。
离子交换工艺适合于中小城市使用,目前国外已有多座离子交换脱氮厂投入运行。
离子交换工艺对原水中的硫酸根离子、氯离子以及水中的有机物比较敏感,同时使出水中氯离子浓度升高、pH 值降低,对管道有腐蚀作用,因而要对出水进行后续处理。
离子交换工艺的最大缺点是产生浓缩废盐
水。
在沿海城市废水可直接排入大海[17]。
2生物反硝化法
在缺氧的情况下,兼性厌氧菌首选硝酸根进行其呼吸作用,将NO-3还原为
N2:NO-3+6H++5e-=1/2N2(g)+3H2O异养菌和自养菌可分别通过上述过程将有机物和无机物氧化,从而
获得所需的能量。
可用作异氧菌反硝化的有机物种类很多,在饮用水处理中常用的有甲醇、乙醇、醋酸、蔗糖等,其中尤以前三者为多。
完成反硝化所需的碳氮比(mg/mg):甲醇0.93、乙醇1.05、醋酸1.32，但在实际应用中都要求基质过量。
硝酸盐氮还原为氮气的过程包括以下几个步骤:NO-3→NO-2→NO→
微球菌
,
(某些
下降。
试验中出现了两个难克服的问题,一是地下水中的亚硝酸盐的浓度从0升高到0.17mg/L,二是出现了堵塞的现象,后者尤为棘手。
试验者的最终结论是地下生物反硝化有一定的潜力,但实际应用的前景决定于如何克服水井堵塞的问题。
同年在前捷克进行的砂砾水体的试验则没有出现堵塞的现象,所用基质为乙醇,硝酸盐的脱除率平均达到97%。
出水中亚硝酸盐氮的浓度介于0.02～0.3mg/L。
在加药期间,出水中反硝化菌的数目从原先的1.3E+3个/L增加到1.8E+5个/L。
一种更为复杂的“雏菊”式系统名为Nitredox,由外圈井和内圈井组成,以甲醇为基质,在外圈井中进行反硝化,而在内圈井中
进行脱气(氮气)和复氧。
通过氧化还原电位控制内外圈水井的运行。
这项技术在澳地利一砂砾层水
体的应用取得了成功。
系统中包括16个外圈井和8个内圈井,出水量为215m3/h,硝酸盐氮从22.6g/L降低到5.7g/L,亚硝酸盐氮的含量低于0.01mg/L。
在正确操作时,没有出现堵塞现象。
一种将地面生物反硝化与原位生物反硝化的结合起来的试验颇有新意。
该工艺包括地面堆式反应器和地下系统两部分。
地面堆式反应器内充填以切碎的麦桔杆、磷酸钙、灰沙,以麦桔杆为反硝化的基质。
当停留时间为2h时,脱氮率达到100%。
地面反应器的出水通过围绕中心取水井布置的渗滤坑进入地下,利用其中的残留有机物继续进行地下反硝化,同时进行二次处理。
经过一个多月的运行,中心取水井中的硝酸盐氮从14mg/L降低到12mg/L,亚硝酸盐氮从0升高到0.02mg/L,出水中没有有机物残留。
运行中出
低。
,出水可
(实
基体每天可处理560kgNO3-[24]。
另一种电化学生物反应器工艺的基本原理是:通过一段时间的培养,使反硝化菌在反应器的阴极上生长;阳极使用碳材料;在直流电的作用下,阴极产生氢为细菌利用,使水中的硝酸盐氮还原;阳极发生氧化反应,碳被氧化成二氧化碳,既可供细菌作合成生物质的碳源,又可缓冲体系的pH值。
该装置在长期运行中,硝酸盐氮的脱除率大于98%[17]。
3化学反硝化
利用化学反硝化也能脱氮。
在碱性条件下可以发生下列还原反应：
NO3+8Fe(OH)2+6H2O→NH3+8Fe(OH)3+OH-
试验结果表明,在铜催化下,Fe∶NO-3为15∶1。
该工艺产生大量的含铁污泥,并且需要通过充气来去除产生的氨氮,但费用太高。
1991年Murphy描述了使用铝粉的化学反硝化[25]。
氨氮是主要的产物(占60%～90%),可通过充气法去除。
脱硝的最佳pH值是10.25。
基本原理如下：3NO-3+2Al+3H2O→3NO-2+2Al(OH)3
NO-2+2Al+5H2O→NH3+2Al(OH)3+OH-
2NO-2+2Al+4H2O→N2+2Al(OH)3+2OH-
该工艺适合用石灰软化水的水厂使用。
在这种场合,pH通常被调到9.1以上,因而反硝化所需调节pH。