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物化法除氨氮的技术汇总!

北极星水处理网  来源:环保工程师    2021/4/12 9:27:17  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:氨氮去除 生化脱氮 吹脱法

北极星水处理网讯:氨氮去除手段我们常用到生化脱氮,但是在一些特殊场合或者应急情况下,可能需要用到非生化的手段去去除!

1、吹脱法

吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。废水中的NH3-N通常以铵离子(NH4+)和游离氨(NH3)的状态把持平衡而存在的:

NH4++OH↹NH3+H2O

当PH为中性时,NH3-N主要以铵离子(NH4+)形式存在,当PH值为碱性,NH3-N主要以游离氨(NH3)状态存在吹脱法是在沸水中加入碱,调节PH值至碱性,先将废水中的NH4+转化为NH3,然后通入蒸汽或空气进行解吸,将废水中的NH3转化为气相,从而将NH3-N从水中去除。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。

而控制吹脱效率高低的关键因素是温度、气液比和pH。

在水温大于25 ℃,气液比控制在3500左右,渗滤液pH控制在10.5左右,对于氨氮浓度高达2000~4000mg/L的垃圾渗滤液,去除率可达到90%以上。吹脱法在低温时氨氮去除效率不高。

采用超声波吹脱技术对化肥厂高浓度氨氮废水(例如882mg/L)进行了处理试验。最佳工艺条件为pH=11,超声吹脱时间为40min,气水比为1000:1试验结果表明,废水采用超声波辐射以后,氨氮的吹脱效果明显增加,与传统吹脱技术相比,氨氮的去除率增加了17%~164%,在90%以上,吹脱后氨氮在100mg/L以内。

为了以较低的代价将pH调节至碱性,需要向废水中投加一定量的氢氧化钙,但容易生水垢。同时,为了防止吹脱出的氨氮造成二次污染,需要在吹脱塔后设置氨氮吸收装置。

在处理经UASB预处理的垃圾渗滤液(2240mg/L)时发现在pH=11.5,反应时间为24h,仅以120r/min的速度梯度进行机械搅拌,氨氮去除率便可达95%。而在pH=12时通过曝气脱氨氮,在第17小时pH开始下降,氨氮去除率仅为85%。据此认为,吹脱法脱氮的主要机理应该是机械搅拌而不是空气扩散搅拌。

2、沸石吸附

利用沸石中的阳离子与废水中的NH4 进行交换以达到脱氮的目的。沸石一般被用于处理低浓度含氨废水或含微量重金属的废水。然而,蒋建国等探讨了沸石吸附法去除垃圾渗滤液中氨氮的效果及可行性。小试研究结果表明,每克沸石具有吸附15.5mg氨氮的极限潜力,当沸石粒径为30~16目时,氨氮去除率达到了78.5%,且在吸附时间、投加量及沸石粒径相同的情况下,进水氨氮浓度越大,吸附速率越大,沸石作为吸附剂去除渗滤液中的氨氮是可行的。

用沸石离子交换法处理经厌氧消化过的猪肥废水时发现Na-Zeo、Mg-Zeo、Ca-Zeo、k-Zeo中Na-Zeo沸石效果最好,其次是Ca-Zeo。增加离子交换床的高度可以提高氨氮去除率,综合考虑经济原因和水力条件,床高18cm(H/D=4),相对流量小于7.8BV/h是比较适合的尺寸。离子交换法受悬浮物浓度的影响较大。

应用沸石脱氨法必须考虑沸石的再生问题,通常有再生液法和焚烧法。采用焚烧法时,产生的氨气必须进行处理。

3、膜分离技术

利用膜的选择透过性进行氨氮脱除的一种方法。这种方法操作方便,氨氮回收率高,无二次污染。蒋展鹏等采用电渗析法和聚丙烯(PP)中空纤维膜法处理高浓度氨氮无机废水可取得良好的效果。电渗析法处理氨氮废水2000~3000mg/L,去除率可在85%以上,同时可获得8.9%的浓氨水。此法工艺流程简单、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。PP中空纤维膜法脱氨效率>90%,回收的硫酸铵浓度在25%左右。运行中需加碱,加碱量与废水中氨氮浓度成正比。

乳化液膜是种以乳液形式存在的液膜具有选择透过性,可用于液-液分离。分离过程通常是以乳化液膜(例如煤油膜)为分离介质,在油膜两侧通过NH3的浓度差和扩散传递为推动力,使NH3进入膜内,从而达到分离的目的。

4、MAP(鸟粪石)沉淀法

主要是利用以下化学反应:

Mg2+NH4+PO43-=MgNH4PO4

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•6H2O和Na2HPO4•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pH为8.91,Mg2 ,NH4 ,PO43-的摩尔比为1.25:1:1,反应温度为25℃,反应时间为20min,沉淀时间为20min的条件下,氨氨质量浓度可由9500mg/L降低到460mg/L,去除率达到95%以上。

由于在多数废水中镁盐的含量相对于磷酸盐和氨氮会较低,尽管生成的磷酸铵镁可以做为农肥而抵消一部分成本,投加镁盐的费用仍成为限制这种方法推行的主要因素。海水取之不尽,并且其中含有大量的镁盐。Kumashiro等以海水做为镁离子源试验研究了磷酸铵镁结晶过程。盐卤是制盐副产品,主要含MgCl2和其他无机化合物。Mg2约为32g/L为海水的27倍。Lee等用MgCl2、海水、盐卤分别做为Mg2 源以磷酸铵镁结晶法处理养猪场废水,结果表明,pH是最重要的控制参数,当终点pH≈9.6时,反应在10min内即可结束。由于废水中的N/P不平衡,与其他两种Mg2 源相比,盐卤的除磷效果相同而脱氮效果略差。

5、化学氧化法

利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法。折点加氯是利用在水中的氨与氯反应生成氨气脱氨,这是最常见的一种化学氧化法。

折点加氯法是将氯气或次氯酸钠通入废水中将废水中的NH3-N氧化成N2的化学脱氮工艺。当氯气通入废水中达到某一点时水中游离氯含量最低,氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时,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。处理氨氮污水所需的实际氯气量取决于温度、pH值及氨氮浓度。氧化每克氨氮需要9~10mg氯气。pH值在6~7时为最佳反应区间,接触时间为0.5~2小时。

1.jpg

折点加氯法处理后的出水在排放前一般需要用活性碳或二氧化硫进行反氯化,以去除水中残留的氯。1mg残留氯大约需要0.9~1.0mg的二氧化硫。在反氯化时会产生氢离子,但由此引起的pH值下降一般可以忽略,因此去除1mg残留氯只消耗2mg左右(以CaCO3计)。折点氯化法除氨机理如下:

Cl2+H2O→HOCl+H++Cl

NH4++HOCl→NH2Cl+H++H2O

NHCl2+H2O→NOH+2H++2Cl

NHCl2+NaOH→N2+HOCl+H++Cl

折点氯化法最突出的优点是可通过正确控制加氯量和对流量进行均化,使废水中全部氨氮降为零,同时使废水达到消毒的目的。对于氨氮浓度低(小于50mg/L)的废水来说,用这种方法较为经济。为了克服单独采用折点加氯法处理氨氮废水需要大量加氯的缺点,常将此法与生物硝化连用,先硝化再除微量残留氨氮。

氯化法的处理率达90%~100%,处理效果稳定,不受水温影响,在寒冷地区此法特别有吸引力。投资较少,但运行费用高,副产物氯胺和氯化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。

作为同系的溴来说,在溴化物存在的情况下,臭氧与氨氮会发生如下类似折点加氯的反应:

Br-+O3+H+ →HBrO+O2

NH3+HBrO→NH2Br+H2O

NH2Br+HBrO→NHBr2+H2O

NH2Br+NHBr2→N2↑+3Br-+3H+

用一个有效容积32L的连续曝气柱对合成废水(氨氮600mg/L)进行试验研究,探讨Br/N、pH以及初始氨氮浓度对反应的影响,以确定去除最多的氨氮并形成最少的NO3-的最佳反应条件。发现NFR(出水NO3--N与进水氨氮之比)在对数坐标中与Br-/N成线性相关关系,在Br-/N>0.4,氨氮负荷为3.6~4.0kg/(m³•d)时,氨氮负荷降低则NFR降低。出水pH=6.0时,NFR和BrO--Br(有毒副产物)最少。BrO--Br可由Na2SO3定量分解,Na2SO3投加量可由ORP控制。


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