工業廢水中氨氮處理方法比較分析

2018-08-15 16:09:53 點擊數:

目前,工業氨氮廢水處理的方法主要有物理化學方法和生物方法,其中,常用的吹脫法、吸附法、膜技術、化學沉淀法、化學氧化法屬于物理化學方法。生物方法可分為傳統硝化反硝化法和新型的短程硝化反硝化法、同時硝化反硝化法、厭氧氨氧化法等。

但是由于水質指標的不同和工藝條件的限制,針對不同類別的廢水,采用的處理技術有很大差異,如在高濃度氨氮廢水處理過程中常采用吹脫-生物法、吹脫-折點氯化法、化學沉淀-生物法等;而在低濃度氨氮廢水處理中考慮到成本和效益問題常采用吸附法、生物法等〔1〕。筆者將對含氨氮廢水不同處理技術及其效果等進行分析和總結,為其工業化處理過程中在選擇工藝方法和設計參數時提供參考。

1高濃度氨氮廢水處理技術

高濃度氨氮廢水是指氨氮質量濃度大于500mg/L的廢水。伴隨石油、化工、冶金、食品和制藥等工業的發展,以及人民生活水平的不斷提高,工業廢水和城市生活污水中氨氮的含量急劇上升,呈現氨氮污染源多、排放量大,并且排放的濃度增大的特點〔2〕。目前針對高氨氮廢水的處理技術主要使用吹脫法、化學沉淀法等。

1.1吹脫法

將空氣通入廢水中,使廢水中溶解性氣體和易揮發性溶質由液相轉入氣相,使廢水得到處理的過程稱為吹脫,常見的工藝流程見圖1。

吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質速度理論。將氨氮廢水pH調節至堿性,此時,銨離子轉化為氨分子,再向水中通入氣體,使其與液體充分接觸,廢水中溶解的氣體和揮發性氨分子穿過氣液界面,轉至氣相,從而達到去除氨氮的目的〔3〕。常用空氣或水蒸氣作載氣,前者稱為空氣吹脫,后者稱為蒸汽吹脫。

蒸汽吹脫法效率較高,氨氮去除率能達到90%以上,但能耗較大,一般應用在煉鋼、化肥、石油化工等行業,其優點是可回收利用氨,經過吹脫處理后可回收到氨質量分數達30%以上的氨水。空氣吹脫法的效率雖比蒸汽法的低,但能耗低、設備簡單、操作方便。在氨氮總量不高的情況下,采用空氣吹脫法比較經濟,同時可用硫酸作吸收劑吸收吹脫出的氨氮,生成的硫酸銨可制成化肥。但是在大規模的氨吹脫-汽提塔生產過程中,產生水垢是較棘手的問題。通過安裝噴淋水系統可有效解決軟質水垢問題,可是對于硬質水垢,噴淋裝置也無法消除。此外,低溫時氨氮去除率低,吹脫的氣體形成二次污染。因此,吹脫法一般與其他氨氮廢水處理方法聯合運用,用吹脫法對高濃度氨氮廢水進行預處理。

許多學者對吹脫法用于不同的氨氮廢水處理進行了實驗研究,分別得到其最佳吹脫工藝條件,見表1。

通過對比分析表1可以得出:(1)吹脫法普遍適宜的pH在11附近;(2)考慮經濟因素,溫度在30~40℃附近較為可行,且處理率高;(3)吹脫時間為3h左右;(4)氣液比在5000∶1左右效果較好,且吹脫溫度越高,氣液比越小;(5)吹脫后廢水的濃度可降低到中低濃度;(6)脫氮率基本保持90%以上。盡管吹脫法可以將大部分氨氮脫除,但處理后的廢水中氨氮仍然高達100mg/L以上,無法直接排放,還需要后續深度處理。

1.2化學沉淀法(磷酸銨鎂沉淀法)

化學沉淀法的原理,是向氨氮污水中投加含Mg2+和PO43-的藥劑,使污水中的氨氮和磷以鳥糞石(磷酸銨鎂)的形式沉淀出來,同時回收污水中的氮和磷〔2〕。

化學沉淀法的優點主要表現在:工藝設計操作相對簡單;反應穩定,受外界環境影響小,抗沖擊能力強;脫氮率高,效果明顯,生成的磷酸銨鎂可作為無機復合肥使用,因此解決了氮的回收和二次污染的問題,具有良好的經濟和環境效益。

磷酸銨鎂沉淀法適用于處理氨氮濃度較高的工業廢水,表2總結了一些使用化學沉淀法處理氨氮廢水的案例。

通過對表2的比較,磷酸銨鎂沉淀法處理氨氮廢水的適宜條件是:pH約為9.0,n(P)∶n(N)∶n(Mg)在1∶1∶1.2左右,磷酸銨鎂沉淀法的脫氮率能維持在較高水平,普遍能夠達到90%以上。

2低濃度氨氮工業廢水處理技術

由于技術和處理成本方面的原因,我國許多企業在排放污水時僅對COD進行深度處理,而往往忽略了對低濃度氨氮的處理。廢水中氨氮的構成主要有兩種,一種是氨水形成的氨氮,一種是無機氨形成的氨氮,主要是硫酸銨、氯化銨等。氨氮是造成水體富營養化的重要因素之一,對這類污水進行回收利用時還會對管道中的金屬產生腐蝕作用,縮短設備和管道的壽命,增加維護成本〔14〕。目前工業上常用于處理低濃度氨氮的技術主要有吸附法、折點氯化法、生物法、膜技術等。


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