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化工生产废水氨氮的生化降解【建筑工程类独家文档首发】
含氨氮废水在化工生产中较为常见,氨氮在生化降解中是一个高好氧物质,每降解1g的氨氯,要消耗4.57g的氧。
当水中氨氮浓度较高时,水中的溶解氧急剧下降,会影响鱼类的生存,并导致厌氧菌的繁殖,使水体发臭发黑。
此外氨氮还会引起水体有营养化,使藻类疯长,而大量藻类的腐烂也会使水体进一步恶化,因此氨氮的去除对保护环境是非常重要的。
氨氮的处理方法很多,如物理法有吸附法、萃取法、吹脱及气提法、化学法有氧化法、沉淀法、离子交换法等、而生化法在去除废水中的氨氮是非常重要的。
本节将讨论氨氮废水的处理技术。
物理法
吸附法
膨润土、天然或合成的沸石、高岭土及活性炭等可以用来吸附废水中的氨氮。
而其中人工合成的沸石具有最高吸附铵离子的能力。
沸石吸附铵离子饱和后,可以用氯化钠或氯化钾溶液再生。
再生液中的氨氮可以用次氯酸钠处理使之成为氮气逸去。
吸附饱和的沸石也可以在移动床中350~650℃中再生,沸石可以回用。
可用作吸附氨氮的沸石较多,除国产的丝光沸石及斜发沸石外,天然的澳大利亚沸石,如斜发沸石可从废水中去除氨氮。
它的离子交换作用对铵而言,比钙、镁及钾等均有优先作用,故可在连续操作形式的吸附装置中处理含氨氮废水。
斜发沸石对铵离子有选择性吸附作用。
再生可用氯化钠溶液,在高于80℃及pH为8下进行。
废水中NH4可用3种天然朝鲜的沸石去除。
这种沸石含有丝光沸石或斜发沸石。
当铵离子浓度为3mmo1/L时,NH4的吸附交换量为23%~33%,并显示较高的选择性。
此外土耳其Bahkesir地区的天然沸石可用来吸附废水中的氨氮。
对于7.5及5.0mg/L的NH4离子初始浓度,其离子交换容量为4.5及1.7mgNH4/g。
萃取法
含70~100mg/L的氨氮废水可用液膜技术进行处理。
液膜由质量分数6%Span-80、11%液态石蜡及煤油组成,内水相由质量分数20%的稀硫酸组成,经处理后废水中的氨氮浓度可以降至1mg/L,CODcr可以降至100mg/L。
用HC-2作为表面活性剂、煤油及强化剂作为膜相,硫酸作为内水相,而乳液与水质量比为1:
10,对1000mg/L的氨水,可以8min内去除其中93%的氨。
吹脱及气提法
对于含氨浓度较高的废水可以考虑采用蒸馏的方法进行回收、去除率可以达到99%。
吹脱及汽提法可用来预处理高浓度的氨氮废水(特别是氨氮浓度大于5000mg/L的废水)。
但该法只能将氨氮降低到200mg/L左右,且处理费用高。
每吨废水的蒸汽消耗量为0.125~0.3t。
吹脱法因消耗大量的压缩空气而能耗较大,处理费用高。
经吹脱处理的氨氮废水仍含大量的氨氮、在低于0℃时,无法使用该方法。
从被处理水中析出的碳酸钙沉淀并沉积于吹脱塔的填充物上,这会导致空气循环和雾滴形成量的减少,从而降低了除氮效率。
最后完全堵塞吹脱塔。
吹脱出的含氨氮的气体也要妥善处理,以防造成二次污染。
制药废水含有氨氮7200~7500mg/L,可在pH为10~13及30~50℃用气提法去除。
去除率可达70.3%~99.3%。
最佳工作pH为11,温度为40℃,气提时间为2h,可以去除96%的氨氮。
处理后的废水可以进一步用生化方法处理。
废水中的氨可以用喷淋塔进行吹脱去除。
喷淋塔的单体去除效果要比填料塔低,但用多级喷淋塔,即使在冬天,也可以使废水中的氨氮达到任何所想达到的水平。
对含氨废水进行空气吹脱时,其pH需大于10.5,以保证所有的铵盐转化为氨,在吹脱过程中,pH会自动下降,因此必须人工加以调整。
在40℃时,空气与废水的体积比为1500:
1,经10h后,可有99%的氨被吹脱。
化学法
高温催化分解法
用石墨、炭、二氧化钛及二氧化锆作为载体的铂可以在高温高压下,如150~180℃及1.5MPa下在连续式反应器中将NH3-N氧化去除,其中以石墨作为载体活性较高,因为它有比二氧化钛及二氧化锆具有更好的分散性。
当系统中氧化为传质限制条件时,氮及水是其唯一产物,当氧较充足时,还可形成N2O及NO2。
也可以用载于二氧化钛的铂、铷、铱或金在高温高压下进行氧化分解。
废水中的氨可以用含氧的气体,在100~370℃,并在压力下用Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Cu、Au、W,它们的氧化物或化合物进行氧化分解。
如150mLNH4Cl溶液(2500mgNH3/L),在300mL的压热釜中,加入载铷的氧化铝,并将pH调整至12,在18kg/cm2通人空气2.650ml,在270℃加热1h,可以使96%的氨分解。
湿式氧化可以处理废水中的氨氮,可用含铈的催化剂,在高的pH时,其处理效果较好,催化剂中以Co/Ce及Mn/Ce为最有效。
这种催化剂并显示对过氧化氢有很高的催化分解作用。
对于含氯废水,还可以在作为催化剂的载氧化锰的沸石的存在下加入过氧化氢作用,使氨分解。
本法特别适用工业废水的处理。
化学氧化法
废水中的氨氮可用次氯酸钠法去除。
其法可先将废水的pH调整至8~10.5,然后加入超过化学计算量5%的次氯酸钠溶液,或用氯水或次氯酸钠进行折点氯化法去除,去除率可达86.9%~100%。
反应可在5min内完成,且不受温度影响,最佳pH为7~8。
其反应方程式如下:
2NH4Cl3NaOCl——N23NaCl3H2O2HCL
例如:
400mL含20g氯化铵的溶液,在40℃用12g氢氧化钠将pH调整至9后,加入296g的漂白液(相当于41.79g次氯酸钠及3g氢氧化钠),此时PH将上升至13.8,并释放出大量气体,pH后期有所回落,10min后将释放出4.75L氮气,pH下降至7.5,废水中尚含有1mg/L的铵离子及0.09g的次氯酸钠,后者可用亚硫酸钠处理,使其转化为氯化钠。
在此例中次氯酸钠中氯与废水中的氨氮的质量比为3.6:
1。
焦化废水中的氨氮经活性污泥处理后,出水中仍含有100~200mg/L的氨氮,可以进行折点氯化以降低其浓度。
氯的投加量应使CL与N摩尔比为6,余氯可用活性炭处理之。
折点加氯法可以处理氨氮浓度很高的废水,也可以处理氨氮浓度很低的废水(小于5mg/L)。
它可以将氨氮的浓度降低为零,且不受温度的限制。
但当氨氮浓度高时,氯的消耗量很大(1mgNH4-N需6~10g的氯),处理费用很高。
另外,氯及氯与水中有机物生成的化合物对人体是有害的。
且氯的运输和使用都很不方便。
该法常用于含氨氮废水的深度处理。
由于不受温度的限制,因此在寒冷地区应用较多。
氨氮还可以被高铁酸盐在pH7.5~11.0所氧化。
如可用高铁酸盐来处理焦化厂的含氨氮废水,含3493.8mg/L的氨氯废水,在71℃投加60.14mg/L的高铁酸盐,可以使然氯的浓度降至1653.9mg/L。
所排放的废水中投加13.278mg/L的高铁酸盐,可以使氨氯的浓度从2.706mg/L降至良0.345mg/L。
在溴离子的存在下,臭氧可以氧化氨成为氮气。
废水中氨氮可以很方便地用化学计量的NOx进行处理而得到去除。
结语:
任何一个人,都要必须养成自学的习惯,即使是今天在学校的学生,也要养成自学的习惯,因为迟早总要离开学校的!
自学,就是一种独立学习,独立思考的能力。
行路,还是要靠行路人自己。
努力学习,勤奋工作,让青春更加光彩。
本文由王敏老师编辑整理,感谢大家的支持!
化学沉淀法
利用氢氧化镁及磷酸或磷酸氢镁可以沉淀废水中的氨氮,前者的效果优于后者,最佳pH9~11,氢氧化镁与氨的摩尔比为4:
1,磷酸与氢氧化镁的摩尔比为1.5:
1,沉淀是磷酸铵镁。
用本法处理,废水中的氨氮可以降至1mg/L。
一般情况下铵离子不与阴离子生成沉淀,但它的某些复盐不溶于水,如MgNH4PO4(MAP)、MnNH4PO4、NiNH4PO4、ZnNH4PO4等。
利用这些复盐可以将NH4离子去除。
Mn2、Ni2、Zn2为重金属,对人及其他生物有毒害作用,故不作为沉淀剂使用。
而Mg2离子无毒,因此可以采用向含NH4废水中加人Mg2和PO43-生成MAP沉淀的方法将NH4离子去除。
该法的优点是沉淀反应不受温度、水中毒素的限制,且可以处理高浓度的氨氮废水。
设计和操作均很简单。
如果废水中同时磷酸根的含量很高,还可以起到除磷的作用。
因此在氨氮严重污染的今天,该法很有研究价值。
目前该法应用的主要局限是生成沉淀所需的药剂费用较高,所得的沉淀物MAP是一种缓释型的肥料,应对其在农业中的应用进行进一步的研究和开发。
为了降低药剂费用,所得的沉淀MAP可以通过碱性热解,除回收氨外,形成的磷酸钠镁可以再次作为沉淀剂,用来去除废水中的氨氮。
离子交换法
离子交换法处理的氨氮浓度一般为10~50mg/L,离子交换树脂的用量大。
且交换树脂再生出水中含有大量的氨氮,仍需要处理。
因此这种方法用得不多。
含氨废水可以用含羧酸基团的弱阳离子交换树脂,如AmberliteIRC50进行处理。
交换时树脂是以游离酸形式作用的,再生可用水在90℃进行,出水经蒸馏回收氨,剩余的水回用再用来再生树脂。
含铵盐废水还可以用钠型的WofatitKS10进行离子交换处理,并可用4%的氯化钠进行再生。
生化法
生化法去除废水中的氨氮,主要是利用生物的硝化和反硝化反应。
在一般的生化处理系统中,由于亚硝酸菌的作用,废水中的氨氮可以被生物氧化成亚硝酸,并在硝酸菌的作用下可进一步被氧化成硝酸。
形成的硝酸或亚硝酸,在兼氧的条件下,并在有机物的存在下,可以被反硝化菌作用,生成氮气,从而将废水中的氨氮去除。
一般经过二级处理后,废水中碳、氮、磷3种元素总的去除比例大致为100:
5:
1。
含氮较高的工业废水和生活污水经处理后,虽然BOD5可去除95%以上,但氮仅能去除一部分,因此排放出的水氨氮的污染还很严重。
为了更好地去除氨氮,可以采用A/O系统。
A/O系统是亏氧好氧系统(An一oxic/oxicsystem)的简称。
它是20世纪70年代国外开发的废水处理新工艺。
它的主要作用是在原先的好氧处理曝气池的基础上,引进亏氧段或缺氧段,采取内部污泥循环,因此能同时具有脱氮、除磷和去除BOD5的作用。
A/0系统中污水首先进人兼氧池(溶解氧小于0.5mg/L),并在此池中与回流污泥完全混合,在异养型兼性厌氧菌(一种反硝化菌)的作用下,将废水中BOD5作为碳源以NO3-为电子受氢体进入无氧呼吸,NO3-被还原为氮气,最后被释放到大气中。
有机碳源BOD5H2O——N2OH-CO2
同时因为缺氧,BOD5的存在激发了聚磷微生物放出贮藏在菌体内的多聚正磷酸盐和能量,因此此阶段有磷回升现象、厌氧池出来的污水进入缺氧池,在这里与从好氧池来的回流混合液混合、在反硝化菌的进一步作用下,将好氧池中带来的NO与剩余BOD5以进一步作用,将BOD5和氮去除掉。
经过反硝化的污水流入好氧池、BOD5已去除约50%~60%,此时硝化菌很活跃,它把污水中的NH3-N氧化成NO-N,供亏氧阶段反硝化。
反应式如下:
亚硝化单孢菌
NH41.5O2——NO22HH2O能量
硝化杆菌
NO2-十0.5O2——NO3-能量
将上两式相加得
NH42O2——NO3-2HH2O能量
在此同时由于以氧化BOD5所提供的能量来吸收磷,这些磷最终在剩余污泥中(含磷时可达9%~10%)被带出,而达到去磷的目的。
因此通过A/O系统的内部循环,而使BOD5,氮和磷都得以去除。
A/O系统工艺的特点是该系统能维持较高的MLVSS,净化效率高,对于生活污水在3~5h内,其BOD5、N、P的去除率可达80%~90%以上的效果。
另外由于在处理过程中硝化和反硝化交替运行,抑制了丝状菌的生长,所以不易发生污泥膨胀现象,且污泥絮凝性好,使二次沉降池有良好的泥、水分离效果,提高了出水质量。
A/0系统已是当今处理氨氮废水的一种常规方法。
部分硝化的过程在一般常规的硝化及反硝化过程中,氨氮先进行亚硝化成为亚硝酸盐
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