水中硝酸根离子氨氮的去除

水中氮的除方化)(一生物硝化：(1)在硝化，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需；(2)硝化过出H+化度以CaCO3计7.lg(1)pH值?当pH值为8.0～8.4时20℃)硝化作用中pH7.5以上(2)温?温度高硝化亚硝为35在15℃以下其；(3)污泥停间?硝＝温度，pH8.02,＞；(4)溶氧??氧是生物硝化作用中在(5)BOD负荷?BOD若BOD5在(二生物反硝化(菌将NO2--N和NO3--N还原成N2(氢体物碳)十→6NO2-十2CO2十4H2O十→3N2十十3H2O使NO3--N、NO2--N：(1)度温持20～40℃为值?反硝化过程的pH值7.0；(3)溶氧在0.5mg/L以下活性污泥法或1mg/L以下生法源BOD5/TN＞(3～5)时，可无需外加碳源。当废水所含的为NO3--N的3倍。即源，但为＝2，n＝0～9)，中M2+代表Ca2+、Sr2+等二，M+代Na+：K+＞Mg2+。对NH4+的强选择性，可采用交换吸pH值对沸pH，NH4+向NH3当pH过，H+的竞争吸附NH4+的水以～8氮达约～150约左右用5g/L的3～5%入0.1molNaCl，可提高用2％(1)空的NH3量；(2)蒸气吹脱冷凝液为1%的氨溶液，；(3)电解氧化化下pH以NH3在(图20-2)。让废水值?将至～11.5度水温脱20℃时氨去除率为90～而1075%荷荷m3/m2．h)过大，将破坏高效吹脱所需的水流状态，而形成为2.5～5m3/m2．h气?气取～5000(m3/m2)填度6。若结?垢CaCO3)特降低吹脱塔的处的空气吹脱(如尾用达60～95%为→0.5N2十十十氯C12)为8pH～7投为格控制减少反应中生成胺(如和达90～100%，处理效果稳定，不受水温影响，基建费用-水中硝酸的脱除221理化学法(1)膜分离法膜分离法包括反渗透和电渗析两种。反渗透膜对硝酸根无选择性但各种离子的脱除率与其价数成正比。常用的反渗透膜主要是醋酸酯膜也可使用聚胺酯膜和其它复合膜。反渗透在除去硝酸盐的同时也将除去其它的无机盐因此反渗透法将降低出水的矿化度。为延长反渗透膜的使用寿命反渗透法须对进水进行预处理以减少矿物质机物水中其它悬浮物在膜上的沉积结垢以及污染物、pH波动对膜的伤害。电渗析使用半透膜可选择性地脱除离子。与传统的电渗析相比可逆电极的电渗析工艺减少了膜上的结垢及化学药剂的用量可用于从苦水和海水中生产饮用水。电渗析和反渗透的脱硝效率差不多。电渗透脱硝法只适用于软水。一种被称为NitRem新型电渗装置可选择性地脱除硝酸盐,能将硝酸根浓度从0mg/L以上降低到25mg/L以下。该装置的另一优点是无须使用任何化学药剂。膜分离法适于小型供水设施其缺点是费用高(尤其是电渗透法),产生浓缩废盐水,存在着废水排放问题[(2)离子交换法

。离子交换是让要处理的水通过一强碱性树脂床,水中的硝酸根与氯离子或重碳酸根换直到树脂的交换容量耗尽。用过的树脂用氯化钠或重碳酸钠浓溶液再生也可以用海水再生。离子交换工艺的发展比较成熟,但由于担心树脂中有机物的渗出对水的污染影响了该工艺在饮用水处理中的应用经研究,树脂不但不会向被处理水中释放有毒物质还能吸附水中的微污染物[20]

目前,离子交换工艺已成为饮用水脱硝的主要手段之一年,法国有套处理能力为60m3

/h的离子交换装置用于饮用水的脱硝处理。1992美国已建成15个离子交换脱硝厂。普通的阴离子交换树脂对离子的选择性是:SO

>NO-3

>HCO>Cl

-

,因此应用离子交换脱硝法树脂中的氯离子将水中所有的硫酸根离子、硝酸根离子和约一半的重碳酸根离子交换掉。其缺点是使出水中氯离子浓度增加并且再生剂用量也比较大。研究表明部分再(60%)比完全再生95%)更为经济。对普通的离子交换工艺的改进之一是CARIX离子交换工艺

此工艺将弱酸树脂和重碳酸盐形式的弱碱树脂结合将两种树脂放在混合床中,用二氧碳再生树脂由于无须用盐再生树脂,因而减少了废水中盐的含量,所用的二氧化碳也可重复使用。但CARIX的工艺复杂管理困难,并且由于碳酸是弱酸,树脂再生后只恢复%～10%的总交换容量。离子交换法的另一种改进工艺是硝酸根选择性树脂该工艺可以不受被处理水中硫酸盐的影响,从而降低了树脂再生的频度同时也减少了高含盐废水的排放量。但这种树脂的交换容量较低[22]

。离子交换工艺适合于中小城市使用目前国外已有多座离子交换脱氮厂投入运行。离子交换工艺对原水中的硫酸根离子、氯离子以及水中的有机物比较敏感同时使出水中氯离子浓度升高、pH值降低,对管道有腐蚀作用,因而要对出水进行后续处理。离子交换工艺的最大缺点是产生浓缩废盐2222222222水。在沿海城市废水可直接排入大海生物反硝化法

。在缺氧的情况下,兼性厌氧菌首选硝酸根进行其呼吸作用将NO

还原为N:NO-3

+6H++5e

=1/2N(g)+3HO异养菌和自养菌可分别通过上述过程将有机物和无机物氧化从而获得所需的能量。可用作异氧菌反硝化的有机物种类很多在饮用水处理中常用的有甲醇、乙醇、醋酸、蔗糖等其中尤以前三者为多。完成反硝化所需的碳氮比mg/mg):甲醇0.93、乙醇.05、醋酸1.32，但在实际应用中都要求基质过量。硝酸盐氮还原为氮气的过程包括以下几个步:NO-3→NO→NONO→N。许多细菌只能进行以上过程的一步或两步反应这意味着完整的反硝化过程可能是由一组互补的微生物群完成。反硝化菌以假单胞菌属最为常见该菌属可能是自然界最活跃的反硝化菌其他比较重要的反硝化菌有产碱菌属和黄杆菌属硫杆菌是典型的自养反硝化菌微球菌属反硝化菌既能进行异养反硝化在缺少有机碳源时也能利用氢进行自养反硝化。影响生物反硝化的因素主要有氧气含量、营养物的供给、pH值、温度等。当氧含量较高时会抑制反硝化过程的部分步骤或全部,有证据表明当氧气浓度大于.2mg/L时硝酸盐氮的还原即无法进行

。足够的营养物质是保证细菌正常生长的基本条件、、ON、、是细胞合成所需基本营养元素另外微量的矿物质元素如K、、、、及痕量的Mn、、、、也是必不可少的细菌生长所需的营养元素的最佳比例(CNP∶S)为100∶20∶1(不包括异养菌所需的能源物质)多数地下水中含有足够的矿物质和痕量元素。反硝化的最佳H值为78.0,低会使产甲烷菌成为优势菌属过高则会出现亚硝酸盐的积累。温度对反硝化的影响显着低温下(0～5℃)反硝化的速度缓慢(某些嗜冷菌例外[),一般地温度每提高10℃反硝化速度提高一倍。在生物反硝化中常会出现亚硝酸盐氮的累积现象,这主要是由硝酸盐氮抑制ONO的还原导致。对于地下水脱硝,生物反硝化有地下式和地上式两种方式。地下生物反硝化地下生物反硝化又称原位生物反硝化是向地下水体注入基质和营养物质,在地下水体中完成反硝化及二次处理的过程。最简单的地下反硝化工艺由一个加药井和一个取水井组成1985年在荷兰以甲醇为基质进行了试验。初期脱氮率30%～50%,以后有所下降验中出现了两个难克服的问题,一是地下水中的亚硝酸盐的浓度从0升高到.17mg/L,是出现了堵塞的现象,后者尤为棘手。试验者的最终结论是地下生物反硝化有一定的潜力但实际应用的前景决定于如何克服水井堵塞的问题在前捷克进行的砂砾水体的试验则没有出现堵塞的现象所用基质为乙醇,硝酸盐的脱除率平均达到7%。出水中亚硝酸盐氮的浓度介于.02～0.3mg/L。在加药期间,出水中反硝化菌的数目从原先的.3E+3个/L加到.8E+5/L一种更为复杂的“雏菊”式系统名为Nitredox,外圈井和内圈井组成以甲醇为基质,在外圈井中进行反硝化,而在内圈井中进行脱气(氮气)和复氧。通过氧化还原电位控制内外圈水井的运行。这项技术在澳地一砂砾层水33223332233体的应用取得了成功。系统中包16个外井和内圈井,出水量为215m3/h,硝酸盐氮从22.6g/L降低到5.7g/L,亚硝酸盐氮的含量低于.01mg/L在正确操作时,没有出现堵塞现象一种将地面生物反硝化与原位生物反硝化的结合起来的试验颇有新意。该工艺包括地面堆式反应器和地下系统两部分。地面堆式反应器内充填以切碎的麦桔杆、磷酸钙、灰沙以麦桔杆为反硝化的基质。当停留时间为2h时,脱氮率达到1面反应器的出水通过围绕中心取水井布置的渗滤坑进入地下利用其中的残留有机物继续进行地下反硝化同时进行二次处理。经过一个多月的运行中心取水井中的硝酸盐氮从14mg/L降低到2mg/L,亚硝酸盐氮从升高到0.02mg/L,水中没有有机物残留。运行中出现两个问题,一是堆式反应器变形二是由于反应器中的气体排出不畅导致管流现象。但地下水层中未出现堵塞现象[

。饮用水脱硝是一个世界性的难题。由于生物脱硝可将水中的硝酸盐氮彻底脱除因此对饮用水生物脱硝的研究较多,最新研究主要集中在地面脱硝工艺的研究方面。针对异养反硝化过程使出水中细菌含量增加和残留有机物污染的问题,Nilsson等人开始进行将反硝化菌包藏在藻酸钠等介质的颗粒中的固定化生物反硝化的研究Lemoine等人则开展了将固定化生物夹在两层微孔膜之间或用膜将固定化生物与被处理水分开的反硝化研究。通过这些措施细菌和有机物对出水的污染大大降低McCleaf和chroeder等人对该工艺进行了进一步的研究。证,在该工艺中悬浮生物比生物膜的脱氮速度更高;浮生长的生物不能透过0.02μm分隔膜。相比于异养生物反硝化,以氢气为基质的自养生物反硝化工艺有两个显着的优点氢气对水不会产生污染;(2)反硝化菌生长较缓慢出水可无须灭菌处理。但如前所述,源供氢亦有缺点。1992年obert等人首次进行了将电解供氢与生物反硝化集成在一起的工艺研究。其原理是将提纯的反硝化酶和可传递电子的染料混合共同固定在聚合物基体上,并使之以一薄层附着在电化学反应器的阴极上低压直流电作用下阴极产生氢(实验中发现,氢在被利用前以原子形式存在),并在酶的催化作用下使硝酸盐氮还原实验系统主要由两个反应器串联组成。在第一个反应器中硝酸盐氮被还原为亚硝酸盐氮,在第二个反应器中亚硝酸盐氮再被还原为氮气。实验中的脱氮率为00%根据作者的推算,每立方米固定有反硝化酶的聚合物基体每天可处理560kgNO-[24]。另一种电化学生物反应器工艺的基本原理是通过一段时间的培养使反硝化菌在反应器的阴极上生长阳极使用碳材料;直流电的作用下,阴极产生氢为细菌利用使水中的硝酸盐氮还原;极发生氧化反应,碳被氧化成二氧化碳既可供细菌作合成生物质的碳源,又可缓冲体系的pH。该装置在长期运行中,硝酸盐氮的脱除率大于8%[17]化学反硝化利用化学反硝化也能脱氮。在碱性条件下可以发生下列还原反应：NO+8Fe(OH)+6HO→NH+8Fe(OH)+OH-

。223322322233223232试验结果表明,在铜催化下,Fe∶NO

为51。该工艺产生大量的含铁污泥并且需要通过充气来去除产生的氨氮,但费用太高1991年urphy描述了使用铝粉的化学反硝化25]

。氨氮是主要的产物(占60%～90%),可过充气法去除。脱硝的最佳pH值是10.25。基本原理如下：3NO+2Al+3H→3NO+2Al(OH)

3NO

+2Al+5HO→NH+2Al(OH)+OH-2NO+2Al+4H→N+2Al(OH)+2OH-该工艺适合用石灰软化水的水厂使用。在这种场合,pH通常被调到9.1以上,因而反硝化所需调节pH的费用就很小。铝与水有如下副反应：2Al+6HO→2Al(OH)+3H在pH9.1～9.3间铝因上述反应损失不超过2%还原1g硝酸盐氮需要1.16g铝在H910.5,优先于硫酸盐还原硝酸