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高浓度氨氮废水处理各种工艺比较

发布日期:2019/06/20

高浓度氨氮废水处理常见工艺

物化法

国内外处理高浓度氨氮废水的物理化学方法很多,主要有空气吹脱法、蒸汽汽提法、折点加氯法、离子交换法、化学沉淀法、催化湿式氧化法和烟道气治理法等,这些方法各有优缺点,可用于不同条件的废水处理。

1.2.1.1空气吹脱法

空气吹脱法是使废水作为不连续相与空气接触,利用废水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异,使氨氮由液相转移至气相而去除。废水中的氨氮通常以离子铵(NH4+)和游离氨(NH3)的状态保持平衡而存在,将废水pH值调节至碱性时,NH4+转化为NH3,然后通入空气将NH3吹脱出来。

NH4++ OH-→ NH3+ H2O

在吹脱过程中,废水pH值、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值要提高至10.8~11.5,水温一般不能低于20℃,水力负荷为2.5~5 m3/(m2·h),气水比为2500~5000 m3/m3,此时氨氮去除率在80%~95%。

空气吹脱法工艺流程简单,但NH3-N仅从溶解状态转化为游离态,并没有彻底除去,需要相应的回收装置,否则易造成二次污染;当温度低时,NH3-N吹脱效率大大低,不适合在寒冷的冬季使用。

另外,在当前越来越严格的排放要求条件下,作为一种较为简单粗糙的氨氮废水处理工艺,空气吹脱法由于无法达到排放要求(如15 mg∙L-1以下),加上氨的回收利用上受到限制,因此采用它的改良方法。

氨氮吹脱塔2.png

1.2.1.2蒸汽汽提法

蒸汽汽提法是利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,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。其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值。延长汽水间的接触时间及接触紧密程度可提高NH3-N的处理效率,用填料塔可以满足此要求。由于采用蒸汽作为工作介质,氨自废水进入蒸汽中,然后在塔顶蒸馏成浓氨水、浓氨气或者液氨回收,或是采用酸吸收成为相应的铵盐。

蒸汽汽提法适用于处理连续排放的高浓度氨氮废水(浓度在1000 mg∙L-1以上),操作条件易于控制。对于浓度在1000~30000 mg∙L-1,甚至更高浓度的氨氮废水,采用该法可以经一次处理后,氨氮浓度达到15 mg∙L-1(一级排放标准)以下。

蒸汽汽提脱氨技术因为是以蒸汽为脱氨介质,由于蒸汽价格较高(约200元/吨),因此蒸汽消耗就成为了该技术关键指标。传统蒸汽汽提脱氨技术蒸汽消耗达到300kg/吨废水以上,因此传统蒸汽汽提脱氨技术成本很高。随着近些年来技术的进步,一些在传统蒸汽汽提脱氨技术上研究开发的新型蒸汽汽提脱氨技术已经大大降低了蒸汽单耗,达到了30kg/吨废水,因此新型蒸汽汽提脱氨技术正在高浓度工业氨氮废水处理领域得到广泛地推广应用,为我国氨氮污染物减排起到了强有力的技术支撑作用。

1.2.1.3折点加氯法

折点加氯法是将氯气通入水中,当投入量达到某一值(点)时,水中游离氯含量低而氨的浓度降为零,当投入量超过该点时,水中的游离氯就会增多。因此,该点称为折点,该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化去除氨的的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气,氮气逸入大气。

折点加氯法需氯量取决于氨氮的浓度,两者质量比为7.6:1,为了保证反应完全,一般氧化1 mg氨氮需加9~10 mg的氯气。当氨氮浓度< 20 mg∙L-1时,脱氮率大于90%。pH值对脱氮率影响较大,pH值高时产生NO3-,pH值低时产生NCl3,pH值较高或较低时都会过多消耗氯气,因而pH值通常控制在6~8 。

折点加氯法处理效率能达到90%~100%,处理效果稳定,不受水温影响,投资较少,但运行费用很高,如果控制不好,副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。该法只适用于处理不易生化处理的低浓度氨氮废水(如几十mg∙L-1左右),且处理量不宜过大。

泵站2.jpg

1.2.1.4离子交换法

离子交换法是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程。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以及与离子氨的离子交换作用,它是一种硅质类的阳离子交换剂,沸石处理氨氮废水成本低,而且对NH4+有很强的选择性。pH值对沸石离子交换性能影响很大:当pH=4~8时,沸石离子交换性能佳;当pH < 4 时,H+与NH4+发生竞争;pH > 8时,NH4+变为NH3而失去离子交换性能。

离子交换法具有投资省、工艺简单、占地小、操作较为方便、温度和毒物对脱氮率影响小等优点,该法适用于处理中低浓度氨氮废水(<500 mg∙L-1),或者低浓度氨氮废水(如几十mg∙L-1左右)的处理或水的深度处理。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。离子交换法氨氮去除率高,但再生液为高浓度氨氮废水,仍需进一步处理。

1.2.1.5化学沉淀法

化学沉淀法是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,从而降低废水中溶解性污染物浓度的方法。

目前,研究多的是向废水中添加含有Mg2+和PO43-的药剂,如用Na2HPO4和MgSO4作为化学沉淀剂,对于氨氮含量在500~30000 mg∙L-1氨氮废水,氨氮去除率可达到90%左右。

主要是利用以下化学反应:

 

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。穆大纲等采用向氨氮浓度较高的工业废水中投加MgCl2•6H2ONa2HPO4•12H2O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pH8.9lMg2+NH4+PO43-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-1降低到460 mg∙L-1,去除率达到95%以上。

化学沉淀法可以处理各种浓度的氨氮废水,并且得到的沉淀物是一种很好的复合肥料。但是,由于Mg(OH)2H3PO4价格比较高,采用该法处理高浓度氨氮废水虽然工艺可行,但成本太高,而且向废水中加入PO43-,易造成二次污染,实际生产中难以推广应用,仅于一些特定的废水处理场所。

1.2.1.6催化湿式氧化法

催化湿式氧化法是在一定的温度、压力下,在催化剂的作用下,经空气氧化使污水中的有机物、氨等分别氧化成CO2H2ON2等无害物质,达到净化的目的。

该方法净化效率高、流程简单、占地面积少,但由于反应设备需耐高温、耐腐蚀,故投资较大,尚处于研究开发阶段,少见工业化应用报导。

1.2.1.7烟道气法

烟道气法是指通入烟道废气使含氨废水气化后,氨与烟道气中二氧化硫充分接触发生物理化学反应,将其中的氨固化,从而降低废水中氨氮含量的方法。当废水中氨与烟道气中二氧化硫含量相当时,可完全脱氨。此方法既有效地利用了烟道气的废热,又使氨固化,是一种以废治废的综合利用方法。该方法用发电厂的烟道废气,应考虑烟道气的量和剩余氨水的量相匹配,因此,烟道气法应用受到限制。

1.2.2  生化处理法

  生化法是利用好氧菌及厌氧菌的硝化和反硝化过程,将废水中的氨氮转化为硝酸盐,然后转化为氮气,实现废水的达标排放。生化法能彻底脱除废水中的氨,并且不会造成二次污染,能耗较物理化学法低。但由于生物所能承受氨氮的浓度较低,一般生物处理氨氮浓度不能超过200 mg∙L-1

如果废水中的氨氮浓度高于200 mg∙L-1而低于1000 mg∙L-1时则通常需要采用物理化学法和生化法相结合的工艺,即采用物理化学法先去除废水中部分氨,然后再采用生化法将氨氮彻底去除到排放标准。

如果废水中的氨氮浓度高于1000 mg∙L-1,例如几千mg∙L-1,甚至达到数万mg∙L-1,对于这样的废水,目前国内外的生产实践中比较通行的做法是:先将高浓度氨氮废水通过蒸氨的或吹脱将废水中的氨氮降到300 mg∙L-1以下(无法降到300 mg∙L-1以下,则需用清水进行稀释),然后用A/0法或化学沉淀法(磷酸铵镁盐法)进行后续处理。出水NH3-N在操作管理十分良好的前提下,一般可以达到排放三级标准。