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工业废水中氨氮处理方法比较分析

北极星环保网来源:工业水处理 金源2018/6/19 13:41:41我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:废水处理 氨氮废水 废水处理技术

北极星环保网讯:近年来,我国社会经济高速发展,对矿产资源尤其是稀土资源产生了巨大需求。然而,稀土冶炼过程中会产生大量高氨氮废水。我国已将氨氮纳入了“十二五”环境污染物约束性控制指标,对冶炼行业废水排放制定了更为严格的标准,规定从2012年开始,铅锌行业废水氨氮直接排放标准需控制在8mg/L以下。在此背景下,如何选用高效经济的方法对其进行处理,已成为水污染控制工程技术研究的重点。

目前,工业氨氮废水处理的方法主要有物理化学方法和生物方法,其中,常用的吹脱法、吸附法、膜技术、化学沉淀法、化学氧化法属于物理化学方法。生物方法可分为传统硝化反硝化法和新型的短程硝化反硝化法、同时硝化反硝化法、厌氧氨氧化法等。

但是由于水质指标的不同和工艺条件的限制,针对不同类别的废水,采用的处理技术有很大差异,如在高浓度氨氮废水处理过程中常采用吹脱-生物法、吹脱-折点氯化法、化学沉淀-生物法等;而在低浓度氨氮废水处理中考虑到成本和效益问题常采用吸附法、生物法等〔1〕。笔者将对含氨氮废水不同处理技术及其效果等进行分析和总结,为其工业化处理过程中在选择工艺方法和设计参数时提供参考。

1高浓度氨氮废水处理技术

高浓度氨氮废水是指氨氮质量浓度大于500mg/L的废水。伴随石油、化工、冶金、食品和制药等工业的发展,以及人民生活水平的不断提高,工业废水和城市生活污水中氨氮的含量急剧上升,呈现氨氮污染源多、排放量大,并且排放的浓度增大的特点〔2〕。目前针对高氨氮废水的处理技术主要使用吹脱法、化学沉淀法等。

1.1吹脱法

将空气通入废水中,使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相,使废水得到处理的过程称为吹脱,常见的工艺流程见图1。

吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。将氨氮废水pH调节至碱性,此时,铵离子转化为氨分子,再向水中通入气体,使其与液体充分接触,废水中溶解的气体和挥发性氨分子穿过气液界面,转至气相,从而达到去除氨氮的目的〔3〕。常用空气或水蒸气作载气,前者称为空气吹脱,后者称为蒸汽吹脱。

蒸汽吹脱法效率较高,氨氮去除率能达到90%以上,但能耗较大,一般应用在炼钢、化肥、石油化工等行业,其优点是可回收利用氨,经过吹脱处理后可回收到氨质量分数达30%以上的氨水。空气吹脱法的效率虽比蒸汽法的低,但能耗低、设备简单、操作方便。在氨氮总量不高的情况下,采用空气吹脱法比较经济,同时可用硫酸作吸收剂吸收吹脱出的氨氮,生成的硫酸铵可制成化肥。但是在大规模的氨吹脱-汽提塔生产过程中,产生水垢是较棘手的问题。通过安装喷淋水系统可有效解决软质水垢问题,可是对于硬质水垢,喷淋装置也无法消除。此外,低温时氨氮去除率低,吹脱的气体形成二次污染。因此,吹脱法一般与其他氨氮废水处理方法联合运用,用吹脱法对高浓度氨氮废水进行预处理。

许多学者对吹脱法用于不同的氨氮废水处理进行了实验研究,分别得到其最佳吹脱工艺条件,见表1。

通过对比分析表1可以得出:(1)吹脱法普遍适宜的pH在11附近;(2)考虑经济因素,温度在30~40℃附近较为可行,且处理率高;(3)吹脱时间为3h左右;(4)气液比在5000∶1左右效果较好,且吹脱温度越高,气液比越小;(5)吹脱后废水的浓度可降低到中低浓度;(6)脱氮率基本保持90%以上。尽管吹脱法可以将大部分氨氮脱除,但处理后的废水中氨氮仍然高达100mg/L以上,无法直接排放,还需要后续深度处理。

1.2化学沉淀法(磷酸铵镁沉淀法)

化学沉淀法的原理,是向氨氮污水中投加含Mg2+和PO43-的药剂,使污水中的氨氮和磷以鸟粪石(磷酸铵镁)的形式沉淀出来,同时回收污水中的氮和磷〔2〕。

化学沉淀法的优点主要表现在:工艺设计操作相对简单;反应稳定,受外界环境影响小,抗冲击能力强;脱氮率高,效果明显,生成的磷酸铵镁可作为无机复合肥使用,因此解决了氮的回收和二次污染的问题,具有良好的经济和环境效益。

磷酸铵镁沉淀法适用于处理氨氮浓度较高的工业废水,表2总结了一些使用化学沉淀法处理氨氮废水的案例。

通过对表2的比较,磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水的适宜条件是:pH约为9.0,n(P)∶n(N)∶n(Mg)在1∶1∶1.2左右,磷酸铵镁沉淀法的脱氮率能维持在较高水平,普遍能够达到90%以上。

2低浓度氨氮工业废水处理技术

由于技术和处理成本方面的原因,我国许多企业在排放污水时仅对COD进行深度处理,而往往忽略了对低浓度氨氮的处理。废水中氨氮的构成主要有两种,一种是氨水形成的氨氮,一种是无机氨形成的氨氮,主要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一,对这类污水进行回收利用时还会对管道中的金属产生腐蚀作用,缩短设备和管道的寿命,增加维护成本〔14〕。目前工业上常用于处理低浓度氨氮的技术主要有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技术等。

延伸阅读:

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