氨氮废水处理技术研究进展黄　骏　陈建中(昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明650093)摘　要　氨氮废水是造成水体富营养化的主要因素之一,本文综述了氨氮废水的几种主要处理技术,介绍了它们的处理原理以及适用条件,指出了今后研究工作中需要解决的问题和氨氮废水处理技术今后的发展方向。

关键词　氨氮废水　处理技术　发展Recent advances on the treatment technologiesof ammonia -nitrogen wastewaterHuang Jun Chen Jianzhong(College of Environmen tal Science and Engineering ,Kunming University of Science and T echnology ,Kunming 650093)A bstract The recent advances on the treatment technologies of ammonia -nitrogen wastewater werebriefly review ed in this paper .In addition ,the paper reviewed mechanisms and conditions of treatment and pointed out the direction of development in the treatment technologies of ammonia -nitrogen w astew ater .Key words ammonia -nitrogen w astew ater ;treatment technologies ;development1　前　言氨氮排入水体,特别是流动较缓慢的湖泊、海湾,容易引起水中藻类及其他微生物大量繁殖,形成富营养化污染,除了会使自来水处理厂运行困难,造成饮用水的异味外,严重时会使水中溶解氧下降,鱼类大量死亡,甚至会导致湖泊的干涸灭亡[1]。

氨氮还使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中增大了用氯量;对某些金属,特别是对铜具有腐蚀性;当污水回用时,再生水中氨氮可以促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖,形成生物垢,堵塞管道和用水设备,并影响换热效率[10]。

氨氮存在于许多工业废水中。

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。

某些工业自身会产生氨氮污染物,如钢铁工业(副产品焦炭、锰铁生产、高炉)以及肉类加工业等。

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,在废水存积过程中氨氮浓度会迅速增加[2]。

不同类的工业废水中氨氮浓度千变万化,即使同类工业不同工厂的废水中其浓度也各不相同。

氨氮处理技术的选择与氨氮浓度密切相关。

此外,对一给定废水,氨氮处理技术的选择主要取决于水的性质、要求达到的处理效果和经济性。

2　处理方法2.1　生物法在废水的生物脱氮处理过程中,首先在好氧条件下,通过好氧硝化菌的作用,将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐;然后在缺氧条件下,利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从废水中逸出[3,4]。

因而,废水的生物脱氮包括硝化和反硝化两个阶段。

生物脱氮工艺流程见图1。

第3卷第1期环境污染治理技术与设备V ol .3,N o .12002年1月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Jan .,2002 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐的过程,包括两个基本反应步骤:由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应;由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。

亚硝酸菌和硝酸菌都是自养菌,它们利用废水中的碳源,通过与NH 4-N 的氧化还原反应获得能量。

反应方程式如下:亚硝化:2NH +4+3O 2※2NO -2+2H 2O +4H +硝化:2NO -2+O 2※2NO -3硝化菌的适宜pH 值为8.0—8.4;最佳温度为35℃,温度对硝化菌的影响很大,温度下降10℃,硝化速度下降一半;DO 浓度:2—3mg /L ;BOD 5负荷:0.06—0.1kg BOD 5/(kgM LSS ·d );泥龄3—5d 以上。

在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用,将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N 的过程,称为反硝化。

反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源)。

以甲醇为碳源为例,其反应式为:6NO 3-+2CH 3OH ※6NO 2-+2CO 2+4H 2O6NO 2-+3CH 3OH ※3N 2+3CO 2+3H 2O +6OH-反硝化菌的适宜pH 值为6.5—8.0;最佳温度为30℃,当温度低于10℃时,反硝化速度明显下降,而当温度低至3℃时,反硝化作用将停止;DO 浓度<0.5mg /L ;BOD 5/TN >3—5。

生物脱氮法可去除多种含氮化合物,总氮去除率可达70%—95%,二次污染小且比较经济,因此在国内外运用最多。

其缺点是占地面积大,低温时效率低。

2.2　吹脱法及汽提法吹脱法和汽提法均是将废水和气体接触,使氨氮从液相转移到气相的方法。

均用于高浓度氨氮废水的处理。

吹脱是使水作为不连续相与空气接触,利用水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异,使氨氮转移至气相而去除[5]。

废水中的氨氮通常以铵离子(NH +4)和游离氨(NH 3)的状态保持平衡而存在(NH 4++OH - NH 3+H 2O )。

将废水pH 值调节至碱性时,离子态铵转化为分子态氨,然后通入空气将氨吹脱出[6]。

在吹脱过程中,pH 、水温、水力负荷及气水比对吹脱效果有较大影响。

一般来说,pH 要提高至10.8—11.5;水温不能低于10℃;水力负荷为2.5—5m 3/(m 2·h );气水比为2500—5000m 3/m 3。

吹脱法除氨,去除率可达60%—95%,流程简单,处理效果稳定,但水温低时吹脱效率低,不适合在寒冷的冬季使用。

汽提法是用蒸汽将废水中的游离氨转变为氨气逸出,处理机理与吹脱法一样是一个传质过程,即在高pH 值时,使废水与气体密切接触,从而降低废水中氨浓度的过程,示意图见图2。

传质过程的推动力是气体中氨的分压与废水中氨的浓度相当的平衡分压之间的差。

延长气水间的接触时间及接触紧密程度可提高氨氮的处理效率,用填料塔可以满足此要求。

塔的填料或充填物可以通过增加浸润表面积和在整个塔内形成小水滴或生成薄膜来增加气水间的接触时间。

汽提法适用于处理连续排放的高浓度氨氮废水,操作条件与吹脱法类似,对氨氮的去除率可达97%以上。

但汽提塔内容易生成水垢,使操作无法正常进行。

吹脱和汽提法处理废水后所逸出的氨气可进行回收:用硫酸吸收作为肥料使用;冷凝为1%的氨溶液。

图2　汽提法除氮1:布水器;　2:填料塔;　3:集水池2.3　折点氯化法折点氯化法是将氯气通入废水中达到某一点,在该点时水中游离氯含量最低,而氨的浓度降为零[2]。

折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反应生成氮气,整个反应如下:NH 4++1.5HClO ※0.5N 2←+1.5H 2O +2.5H ++1.5Cl -需氯量取决于氨氮的浓度,两者重量比为7.6∶1,为了保证完全反应,一般氧化1mg 氨氮需加9—10mg 的氯气。

pH 值在6—7时为最佳反应区间,接触时间为0.5—2h [4]。

氯化法的处理率达90%—100%,处理效果稳定,不受水温影响,投资较66 环境污染治理技术与设备 3卷　少,但运行费用高,副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。

氯化法只适用于处理低浓度氨氮废水。

2.4　离子交换法离子交换是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程[1]。

离子交换法采用无机离子交换剂沸石作为交换树脂,沸石具有对非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用,它是一类硅质的阳离子交换剂,成本低,它对NH+4有很强的选择性[7,9]。

pH=4—8是沸石离子交换的最佳范围。

当pH<4时,H+与NH+4发生竞争;pH>8时,NH+4变为NH3而失去离子交换性能。

处理含氨氮10—20mg/L的城市污水,出水浓度可达1m g/L以下。

离子交换法适用于中低浓度的氨氮废水(<500mg/L),对于高浓度的氨氮废水,会因树脂再生频繁而造成操作困难。

离子交换法去除率高,但再生液为高浓度氨氮废水,仍需进一步处理。

2.5　化学沉淀法化学沉淀法是通过向废水中投加某种化学药剂,使之与废水中的某些溶解性污染物质发生反应,形成难溶盐沉淀下来,从而降低水中溶解性污染物浓度的方法[1]。

在氨氮废水中投加化学沉淀剂M g(OH)2+H3PO4与NH+4反应生成M gNH4PO4沉淀,沉淀物可作为复合肥使用。

整个反应pH值的适宜范围为9—11。

pH<9时,溶液中PO43-浓度很低,不利于M gNH4PO4沉淀生成,而主要生成M g(H2PO4)2;当pH值过高则在强碱性溶液中生成比M gNH4PO4更难溶于水的Mg3(PO4)2沉淀。

再则,此时溶液中NH+4变成游离氨,不利于废水中氨氮的沉淀[8]。

适宜的药剂投加重量比H3PO4/ M g(OH)2为1.5—3.5,废水氨氮浓度要小于900mg/L。

利用化学沉淀法,可使废水中氨氮作为肥料得以回收。

2.6　用循环冷却水系统脱氨循环冷却水系统由冷却塔、循环泵和换热设备组成,它是一个特殊的生态环境,具有合适的水温、长的停留时间、巨大的填料表面积、充足的空气等优良条件,可促使氨氮的转化[10]。

氨氮主要是在冷却塔内得以脱除,其中80%为硝化作用,10%为解吸作用,10%为微生物同化作用,三种作用综合影响,但以硝化作用为主。

本法适宜处理氨氮浓度低于50mg/L的废水,一般操作条件:温度为25—40℃;停留时间为12.5h;pH为7.0—8.2。

对于大多数企业,循环冷却水系统兼用脱氨不需增加费用就可使废水处理达标,具有双重效益。

然而在实际运用中,必须要考虑系统内生物膜的形成对热交换效率、水质稳定等造成的影响。

2.7　土壤灌溉土壤灌溉是把低浓度的氨氮废水(<50mg/L)作为农作物的肥料来使用,既为污灌区农业提供了稳定的水源,又避免了水体富营养化,提高了水资源利用率。

西红柿罐头废水与城市污水混合并经氧化塘处理至11m g氨氮/L后用于灌溉,氨氮可完全被吸收;马铃薯加工厂废水也用于喷淋灌溉,经测定25mg氨氮/L的排放水中有75%的氨氮被吸收[11]。