為什么說低濃度氨氮廢水處理采用化學(xué)法處理效果佳？
時間: 2014-08-28 11:22:54 來源: 東莞市海韻水處理科技有限公司
飲用水水源的氮磷污染問題逐漸受到人們的關(guān)注，氮磷過量導(dǎo)致湖泊等封閉型水體富營養(yǎng)化，而水質(zhì)惡化會增加給水處理的難度，通過常規(guī)處理難以達到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。有研究表明，在供水管網(wǎng)中，0.25mg/L的NH就足以使硝化細菌生長繁殖，且硝化細菌在代謝過程中會釋放出臭昧；過量的硝酸氮會在人胃中還原為亞硝酸氮，與胃中的仲胺或酞胺作用形成致癌性物質(zhì)亞硝胺。因此，法國和德國規(guī)定飲用水中的氨氮(NH3-N)≤0.5mg/L；荷蘭更是嚴(yán)格至0.2mg/L；中國根據(jù)新的飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB5749—2006)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定(NH3-N)≤0.5mg/L。有效去除微污染水源中低濃度氨氮已成為水處理領(lǐng)域的熱門話題。
根據(jù)國內(nèi)外工程實例及資料介紹，目前處理微污染水體中低濃度氨氮廢水的方法主要有三類，即物理法、化學(xué)法、生物法。文中主要通過生物法與物理、化學(xué)法的對比，強調(diào)化學(xué)處理法是目前除氮效果最佳方法；并詳細闡述目前幾種化學(xué)處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀，提出了今后脫氮技術(shù)的發(fā)展趨勢。
一、生物處理方法與物理化學(xué)方法的比較。目前，處理微污染水體中低濃度氨氮廢水的物理與化學(xué)法主要有以下幾種方法：折點氯化法、離子交換法、吸附法、電化學(xué)氧化法等。折點加氯法就是投加cl：，將NH4+一N轉(zhuǎn)化為N：的化學(xué)過程，反應(yīng)速度快，但加氯量大，費用高，副產(chǎn)物氯胺和氯代有機物會造成二次污染；。離子交換法的脫氮過程是選用對銨離子有很強選擇性的離子交換劑作為交換樹脂，使固相交換劑和廢水中銨離子之間進行化學(xué)置換反應(yīng)，從而達到去除氨氮的目的。雖然離子交換法去除廢水中的氨氮取得了一定的效果，但交換劑的交換容量有限，交換劑使用前需要改性等問題制約著離子交換法的廣泛使用；吸附法主要采用具有較強吸附能力的固體介質(zhì)對河道水體中的NH4+一N進行去除，常用的吸附劑有活性炭、黏土、硅藻土、沸石等。但目前缺乏價格合適、性能良好的吸附劑作為吸附材料，還不適合作為單獨的處理系統(tǒng)；電化學(xué)氧化法去除有機污染物是由電氧化法與化學(xué)氧化法共同完成，該方法能使水中的污染物生成不溶于水的沉淀物，或生成氣體從水中逸出，從而使廢水得以凈化。此法經(jīng)常與生化法結(jié)合用于反硝化除氮，但是受電極材料的限制，電化學(xué)氧化降解有機廢水的電流效率偏低，能耗偏高。
生物脫氮原理從反應(yīng)類型上可分為NH4+一N的硝化作用和NO；一N(N0—N)的反硝化作用兩種。好氧條件下氨化菌將水中的有機氮分解、轉(zhuǎn)化成NH4+一N，再利用亞硝化菌把NH4+一N轉(zhuǎn)化為NO一N，NO一N在硝化菌的作用下，進一步轉(zhuǎn)化成NO一N。生物脫氮由于其成本低廉、高效、無二次污染和易操作等優(yōu)點，極具發(fā)展前景。在傳統(tǒng)的生物脫氮工藝中，尤其是在低濃度氨氮的環(huán)境中，低碳源和貧營養(yǎng)、硝化細菌生長緩慢的特點達不到深度處理的效果，同時由于水力停留時間(HRT)太短，很難實現(xiàn)固液分離，使得硝化細菌在處理系統(tǒng)中大量流失。因此，在傳統(tǒng)生物脫氮工藝基礎(chǔ)上，針對以上問題，進行了新的探索與改進。目前，低氨氮濃度廢水的生物處理法主要有固定化細胞技術(shù)、厭氧氨氧化技術(shù)、膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝、生物膜法等。
二、生物處理方法
（一）固定化微生物技術(shù)
固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)的或者物理的手段和方法將游離微生物限制或定位在某一特定空問范圍內(nèi)，保留其固有的催化活性，且能夠被重復(fù)和連續(xù)使用的現(xiàn)代生物工程技術(shù)。由于具有高效、快速、耐受性強、污泥產(chǎn)量少、微生物密度高等優(yōu)點，因此，在水處理中得到越來越多的研究和應(yīng)用。固定化大致可分為四種：吸附法、交聯(lián)法、包埋法和介質(zhì)截留法。
一般認(rèn)為，微生物去除氨氮需經(jīng)過好氧硝化、厭氧反硝化兩個階段。黃廷林等人針對微污染水低碳源和貧營養(yǎng)的特點，利用固定化微生物技術(shù)將異養(yǎng)硝化菌和好氧反硝化菌固定于自制懸浮纖維海綿球型填料上，研究了貧營養(yǎng)及好氧條件下水源水的生物脫氮過程。由篩選的優(yōu)勢異養(yǎng)硝化菌和好氧反硝化菌為主構(gòu)建的纖維海綿球填料生物膜系統(tǒng)，試驗結(jié)果表明，在原水總氮2.7mg/L、氨氮1.3mg/L、水溫25℃、溶解氧3—4mg/L的條件下，經(jīng)過19d的連續(xù)運行，構(gòu)建的生物膜系統(tǒng)對水中氨氮的去除率達到了100%，總氮去除率最高達到52%，處理效果穩(wěn)定，在低營養(yǎng)條件下獲得良好的生物脫氮效果，該技術(shù)是改善微污染水源水水質(zhì)的有效途徑。
低濃度氨氮處理工作人員通過人工配制微污染廢水，利用水性聚胺酯包埋固定硝化菌在上流式循環(huán)反應(yīng)器中對約含1mg/L氨氮廢水進行了研究，并探討了不同因素如溫度，溶解氧(DO)、濃度和pH值對硝化作用的影響。結(jié)果表明，當(dāng)初始氨濃度為1mg/L時，最佳操作條件pH為9、DO為4mg/L、溫度為30~C和氧氣充足的條件下，固定化顆粒具有較好的硝化特性，在較低溫度下和更廣泛的pH范圍內(nèi)保留其硝化活性。微污染廢水的連續(xù)處理表明，在停留時間為30min時，使用水性聚胺酯固定化顆粒的氨氮去除率保持在80%以上，即使在水力停留時間10rain以下時，出水仍符合國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水性聚胺酯包埋固定硝化菌在低濃度氨氮廢水中體現(xiàn)出較高的氨氮的去除能力，同時可長期穩(wěn)定運行。這種方便的固定化硝化細菌的方法在微污染水源處理的長期運行中很有前途，但處理費用高。
（二）、厭氧氨氧化技術(shù)
在傳統(tǒng)生物脫氮基礎(chǔ)上，人們不斷對生物脫氮技術(shù)進行研究，提出了一種新的脫氮途徑即厭氧氨氧化。厭氧氨氧化的基本原理是在厭氧或缺氧的條件下，微生物直接以NH—N為電子供體，以NO；一N為電子受體，將NH—N、NO；一N轉(zhuǎn)變成N：的生物氧化過程。Kuypers等在黑海中發(fā)現(xiàn)，厭氧氨氧化菌能夠高效地消耗從黑海表層區(qū)域進入到下層厭氧區(qū)的無機氮，從而說明在氨氮濃度極低的條件下，厭氧氨氧化反應(yīng)也能順利進行。
采用特制的HHU一2T型往復(fù)式水浴恒溫振蕩器，在SBR反應(yīng)器中，以好氧硝化污泥和厭氧污泥作為接種污泥進行混合培養(yǎng)，為了使厭氧氨氧化工藝運用于城市污水處理中，試驗進水氨氮濃度一般維持在12mg/L，由于氨氮濃度很低，厭氧氨氧化的富集時間較高濃度氨氮條件下更長(一般為100d左右)，約5個多月才能完成反應(yīng)器的啟動，但成功啟動后氨氮和亞硝氮的去除率均達到90%以上，高于多數(shù)高氨氮條件下啟動的厭氧氨氧化反應(yīng)器的去除效率。在此基礎(chǔ)上，研究了pH值、溫度及化學(xué)需氧量(COD)對厭氧氨氧化反應(yīng)過程的影響，并確定了各因素的最佳控制范圍。研究結(jié)果表明：在低濃度氨(NH一N一12mg/L)條件下，厭氧氨氧化反應(yīng)在pH值為7.5—8.0、溫度為30—35℃、COD為0—50mg/L時反應(yīng)達到最佳狀態(tài)。
采用污泥混合接種的方法，利用UASB反應(yīng)器進行厭氧氨氧化菌混培物的培養(yǎng)與馴化，反應(yīng)器連續(xù)運行了210d。當(dāng)含氮模擬廢水的NH，一N濃度和NO一N濃度分別為3—5mmol/L和4—6mmol/L時，其最大去除率分別達68.0%和95.1%。運用厭氧氨氧化技術(shù)處理濃度小18mg/L的低濃度氨氮廢水，結(jié)果表明，厭氧氨氧化反應(yīng)在pH8.0、溫度30cC、有機質(zhì)(TOC)濃度40mg/L時，反應(yīng)達到最佳狀態(tài)，亞硝酸鹽氮與氨氮去除率分別為100%和93%。
厭氧氨氧化較傳統(tǒng)工藝而言，首先反應(yīng)無需外加有機碳源作為電子供體，在節(jié)約成本的同時，防止了投加碳源產(chǎn)生的二次污染。其次只需將進水中50%氨氮氧化為亞硝酸態(tài)氮，節(jié)省了供氧動力消耗。再次，反應(yīng)過程中幾乎不產(chǎn)生N，O，避免了傳統(tǒng)硝化一反硝化工藝中產(chǎn)生的溫室氣體排放，因此該工藝自發(fā)現(xiàn)以來一直是國內(nèi)外研究的熱點。
（三）、生物膜法
生物膜法是利用固著在惰性材料表面的膜狀生物群落處理污水的方法。生物濾池法、生物接觸氧化法和生物轉(zhuǎn)盤法均屬于此種方法。目前，對低濃度氨氮的微污染水處理，生物膜法主要采用序批式生物膜法(SBBR)、曝氣生物濾池(BAF)及改進工藝等。
序批式生物膜法(SBBR)實質(zhì)上是生物膜法(SBR)的問歇操作模式，它秉承了SBR工藝最成熟的可控制非穩(wěn)態(tài)技術(shù)特征，是SBR技術(shù)的革新工藝之一。該法結(jié)合了生物膜和序批式的特點，采用限制性曝氣實現(xiàn)厭氧、好氧的交替運行，通過控制合適的時間比例，可以達到較好的去除氨氮的效果。采用序批式生物膜法對廣州地區(qū)城市生活污水進行生物脫氮實驗，研究表明：氨氮的去除率都在86%以上，出水濃度基本都小于4mg/L，而且大部分都在1ing/L；經(jīng)過60min左右反硝化反應(yīng)后，硝酸鹽濃度基本在0.08mg/L以下。溫度對硝化和反硝化的影響較大。
在生物膜法處理中，生物固體的平均停留時間與污水的停留時間無關(guān)，硝化菌和亞硝化細菌能夠大量繁殖，氨氮的容積去除負(fù)荷率較大，耐沖擊負(fù)荷能力強。系統(tǒng)對氨氮去除效果顯著，可以在較短的停留時間內(nèi)取得較高的去除率。
三、化學(xué)處理法
東莞市海韻水處理科技有限公司用東莞絮凝劑對低濃度氨氮廢水進行處理。東莞絮凝劑具有污水澄清快，絮凝棉礬大，脫水率高，對除臭，脫色，降低COD、BOD等水質(zhì)凈化有很好的明顯效果。由于東莞絮凝劑優(yōu)點顯著，已被廣泛應(yīng)用于中成藥廢水、制藥廢水、生活污水等廢水的處理。
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