7种氨氮废水的处理技术

高浓度氨氮废水处理工艺工业废水氨氮处理工艺：工业废水——原水泵——粗格栅——曝气沉砂——细格栅——缺氧池——好氧池——缺氧池——MBR池——消毒池——出水污泥回流一、氨氮废水处理技术1.传统脱氮工艺活性污泥法脱氮的传统工艺[1]是在1969年美国的巴茨（Barth）提出的，被称为三级活性污泥法，是以氨化、硝化和反硝化3步反应过程为基础建立起来的。活性污泥含有有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌，它们分别在各自的反应池内生长繁殖，并且有各自的沉淀池和回流设施，如图1.1所示。在实践中还可采用两级生物脱氮系统（如图1.2所示），将前两级BOD去除和硝化两道反应过程合在同一反应器内进行，第一级池去除BOD，将有机氮转化为NH3、NH4+，同时使NH3、NH4+进一步氧化成NOx－-N。第二级池在缺氧条件下，将NOx－-N还原为氮气，并逸出大气，应采取厌氧－缺氧的运行方式。碳源，既可投加CH3OH（甲醇）作为外加碳源，亦可引入原废水作为碳源。该工艺优点反应速率大，而且比较彻底。缺点是处理设施多，占地面积大，造价高，管理不够方便，因此在实践中采用比较少。图1.1传统活性污泥法脱氮工艺（三级活性污泥法流程）图1.2两级生物脱氮工艺2.A/O法A/O脱氮工艺是80年代初开发出来的工艺流程（图1.4）。废水经预处理和一级处理后，首先进入缺氧池，利用氨化菌将废水中有机氮转化成NH3-N，与原废水中的NH3-N一并进入好氧池。在好氧池中，除与常规活性污泥法一样对含碳有机物进行氧化外，在适宜的条件下，利用亚硝化菌及硝化菌，将废水中NH3-N硝化生成NOx－-N。为了达到废水脱氮的目的，好氧池中硝化混合液通过内循环回流到缺氧池，利用原废水中有机碳作为电子供体进行反硝化，将NOx－-N还原成氮气。与传统生物脱氮工艺相比，A/O系统不用投加外加碳源，可利用原废水中的有机物作为碳源进行反硝化，达到同时降低COD和脱氮的目的。缺氧池设在好氧池之前，当水中碱度不足时，由于反硝化可增加碱度，因而可以补偿硝化过程中对碱度的消耗。A/O工艺只有一个污泥系统，混合菌群交替处于好氧和缺氧状态，有机物浓度高低交替条件，有利于控制污泥膨胀。近十几年来A/O工艺在国内外的应用发展较快，被认为是解决城市污水及含氮工业废水氮污染的有效工艺。图1.4A/O法

3.氧化沟氧化沟是上世纪50年代由荷兰巴斯韦尔（Pasveer）开发出来的一种废水生物处理技术，属于活性污泥法的一种变型。其基本特征是曝气池呈封闭、环状跑道式，废水和活性污泥以及各种微生物混合在沟渠中作不停地循环流动，完成对废水的硝化与反硝化处理。生物氧化沟兼有完全混合式、推流式和氧化塘的特点。在技术上具有净化程度高、耐冲击、运行稳定可靠、操作简单、运行管理方便、维修简单、投资少、能耗低等特点。氧化沟在空间上形成了好氧区、缺氧区和厌氧区，具有良好的脱氮功能。以卡鲁塞尔氧化沟为例，其是在每组沟渠的转弯处安装一台表面曝气机，靠近曝气机的下游为富氧区，而上游为低氧区，外环还可能成为缺氧区，这样形成了生物脱氮的环境条件。目前常用的氧化沟主要有多沟交替式氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、一体化氧化沟(见图1.4)。

a多沟交替式氧化沟

b卡鲁塞尔氧化沟

c奥贝尔氧化沟

d一体化氧化沟图1.5氧化沟4.SBA法SBR法是在20世纪70年代逐渐发展起来的一种生物处理技术，以序批间歇式操作为主要特征。所谓序列间歇式有两种含义，一是运行操作在空间上按序排列的、间歇的。由于废水大多是连续排放，且流量波动很大，这使得SBR至少两个池或者多个池，各个池按一定顺序和周期运行，也是间歇的。二是运行操作在时间上也是按序排列的、间歇的。一般按运行次序分五个阶段，即进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段，称为一个运行周期，如下图所示。进水

反应

沉淀

排水

闲置图1.6SBR法工序循环周期和各个阶段的运行时间及运行状态都可以根据具体废水水质和出水要求灵活控制。例如，在进水阶段，可以按限制性曝气（进水期间不曝气）运行，也可以按半限制性曝气（进水到一半时开始曝气）运行，还可以按非限制性曝气（边进水边曝气）运行；在反应阶段，可以一直曝气，为了实现生物脱氮除磷也可以曝气后搅拌或者曝气搅拌交替进行；剩余污泥排放可以在排水阶段或排水后期排放。只要我们有效调节好SBR运行周期、各阶段运行时间和运行状态就可以达到多种功能的要求。5.DAT-LAT工艺DAT-IAT工艺是SBR工艺继ICEAS、CASS、CAST、IDEA法之后不断完善发展起来的一种新工艺，其主体构筑物由需氧池（DemandAerationTank,简称DAT）和间歇曝气池（IntermittentAerationTank,简称IAT）串联组成（如图1.6所示）。废水进入DAT池后，在DAT池内与以前的混合液以及回流液完全混合，并进行连续曝气，具有较高的溶解氧，细菌的活性非常强，大部分可溶性有机物被去除，它的反应机制以及有机物的去除机理与连续流活性污泥法（CFS）基本相同，但是在DAT池内有机物浓度要高于连续流活性污泥法，有机物负荷高，降解速率快。IAT池与典型的SBR池相似，包括曝气、沉淀、排水、闲置四个阶段，也可以根据实际需要增加搅拌阶段，处理后的上清夜和剩余污泥均在IAT池内排放，但与SBR法又有不同点，其进水是连续的。由于DAT池对水质的调节、均衡作用，使得进入IAT池内水质稳定，有机物负荷低，提高了系统对水量水质变化的适应性。同时，由于有机物浓度低，为硝化菌繁殖创造了条件，有利于硝化反应进行。IAT池间歇曝气，并根据需要增加厌氧搅拌，使得微生物处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物降解作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。IAT池中底部沉降的活性污泥大部分作为该池下个处理周期使用，一部分污泥用污泥泵连续打回DAT池作为DAT池的回流污泥，多余的剩余污泥引至污泥处理系统进行污泥处理。

曝气

搅拌

曝气

曝气

曝气

沉淀

曝气

排水

图1.6DAT-IAT工艺工序6.折点加氯法废水中含有氨和各种有机氮化物，大多数污水处理厂排水中含有相当量的氮。如果在二级处理中完成了硝化阶段，则氮通常以氨或硝酸盐的形式存在。投氯后次氯酸极易与废水中的氨进行反应，在反应中依次形成三种氯胺：

NH3+HOCl→NH2Cl(一氯胺)+H2O

NH2Cl+HOCl→NHCl2(二氯胺)+H2O

NH2Cl+HOCl→NCl3(三氯胺)+H2O

上述反应与pH值、温度和接触时间有关，也与氨和氯的初始比值有关，大多数情况下，以一氯胺和二氯胺两种形式为主。其中的氯称为有效化合氯。

在含氨水中投入氯的研究中发现，当投氯量达到氯与氨的摩尔比值1∶1时，化合余氯即增加，当摩尔比达到1.5∶1时，（质量比7.6∶1），余氯下降到最低点，此即“折点”"。在折点处，基本上全部氧化性的氯都被还原，全部氨都被氧化，进一步加氯就都产生自由余氯。

在废水处理中，达到折点所需氯总是超过质量比7.6∶1，当污水的预处理程度提高时，到达折点所需氯量就减少。

折点加氯产生酸，当氧化1mg/LNH3-N时，需14.3mg/L的碱度（以CaCO3计）来中和，实际上，由于氯的水解，真正需要的碱度为15mg/L。大多数情况下，pH值将略有降低。

为了达到折点反应所加入的氯剂，除形成次氯酸外，还增加废水中的总溶解固体含量。在废水复用情况下，溶解固体的含量可能成为影响回用的障碍。

以氯气进行折点氯化6.2:1

以次氯酸钠进行折点氯化7.1:1

投氯气后，用石灰中和全部酸度12.2:1

投氯气后，用NaOH中和全部酸度14.8:1

折点加氯法因加氯量大，费用高，以及产酸增加总溶解固体等原因，目前尚未见以此为主要除氨方法的污水厂在运行6.吹脱法吹脱法用于脱除水中氨氮，即将气体通入水中，使气液相互充分接触，使水中溶解的游离氨穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除氨氮的目的。常用空气作载体（若用水蒸气作载体则称汽提）。水中的氨氮，大多以氨离子（NH4+）和游离氨（NH3）保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下：NH4++OH-NH3+H2O（1）氨与氨离子之间的百分分配率可用下式进行计算：Ka=Kw/Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+（2）式中：Ka———氨离子的电离常数；Kw———水的电离常数；Kb———氨水的电离常数；C———物质浓度。式（1）受pH值的影响，当pH值高时，平衡向右移动，游离氨的比例较大，当pH值为11左右时，游离氨大致占90％。由式（2）可以看出，pH值是影响游离氨在水中百分率的主要因素之一。另外，温度也会影响反应式（1）的平衡，温度升高，平衡向右移动。表1列出了不同条件下氨氮的离解率的计算值。表中数据表明，当pH值大于10时，离解率在80%以上，当pH值达11时，离解率高达98%且受温度的影响甚微。表1不同pH、温度下氨氮的离解率%pH20℃30℃35℃9.02550589.560808310.080909311.0989898氨吹脱一般采用吹脱池和吹脱塔2类设备，但吹脱池占地面积大，而且易造成二次污染，所以氨气的吹脱常采用塔式设备。吹脱塔常采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气—液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸。常用填料有拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填料塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下流，与气体逆向流动，空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气液比增加而减少。2影响因素及液气比的确定影响游离氨在水中分布的pH值、温度等因素都会影响吹脱效率。另外气液比、喷淋密度等操作条件也是影响吹脱效率的主要因素。下面以逆流塔为例分析液气比的确定及其影响。氨吹脱是一个相转移过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差，由物料守衡（见图1）可得吹脱塔操作线方程为：Y=L/V（X~X1）+Y1（3）图1.7逆流吹脱塔物料衡算即以（L/V）为斜率的直线，如图2的直线MN。在此，L值已经确定，若减少吹脱气体的用量，操作线斜率将会增大，点N便沿垂直线X=X2向上移动，传质推动力（X2~X2*）或（Y2~Y2*）随之减小，当点N落在线Y*上时，Y2=Y2*，塔顶吹脱气体浓度达到平衡，即最高浓度。此时气体用量最小，这是理论上液气比能达到的最大值，但推动力变为0。（L/V）max=（Y2*~Y1）/（X2~X1）（4）通常要求达到的氨去除程度（X1）、进口浓度（X2）为已知，空气进口浓度（Y1）为零，Y2*为与X2对应的气体平衡浓度，可由亨利定律求得[2、3]，如下式：Y=mX（5）因此最大液气比可表示为：（L/V）max=mX2/（X2~X1）（6）式中m为平衡常数，是温度的函数。所以温度对气体平衡浓度进而对（L/V）max有较大的影响。有文献报道[4]，当温度从10℃变为40℃时，（L/V）max从0.58增大到2.4。在逆流吹脱塔中，对确定的废水量而言，增大气体量，传质推动力相应增大，有利于氨氮吹脱去除。但气量太大，气速过高，将影响废水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛现象。因此，对一定废水量，最小液气比受液泛气速控制。液泛气速与塔式结构、填料种类和液体物性等因素都有关。显然，实际的液气比应满足下式要求：（L/V）泛＜（L/V）＜（L/V）amx（7）图1.8逆流吹脱塔操作线3吹脱工艺的应用吹脱法已广泛用于化肥厂废水、垃圾渗滤液、石化、炼油厂等[5~8]含氨氮废水。低浓度废水通常在常温下用空气吹脱，而高浓度废水则常用蒸汽进行吹脱。有些高浓度废水经吹脱处理后，仍含有较高的氨。因而常与其它工艺相结合。二、工艺选择1．吹脱法+生物法根据工程事例，采用吹脱一缺氧一两级好氧工艺处理垃圾渗滤液，其中氨氮含量达1400mg/L，COD浓度为4000~5000mg/L。选定pH值为9.5，吹脱时间12h，经吹脱后氨氮去除率为60%，经生化处理后氨氮去除率达95%，同时取得90%以上的COD去除效果。其工艺流程如图2.1。图2.1垃圾渗滤液处理工艺流程2.吹脱法+折点氯化法注：预处理包括两级调节、铜置换、沉淀图4酞菁蓝生产废水处理工艺折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠，使废水中氨完全氧化为N2或硝酸盐的方法[12]，可用以下反应式表示：NH4++HOCl→NH2Cl+H2O+H+（8）NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O（9）NHCl2+HOCl→NCl3+H2O（10）一氯胺进一步氧化为氮：2NH2Cl+HOCl→N2+H2O+3H++3Cl-（11）二氯胺经下列反应生成硝酸盐：NHCl2+H2O→NH（OH）Cl+H++Cl-（12）NH（OH）Cl+2HOCl→NO3-+4H++3Cl-（13）氯化法处理率达90%~100%，效果稳定，不受水温影响、操作方便、投资省，但对于高浓度氨氮废水的处理运行成本很高。若在此之前用吹脱法降低废水中氨氮含量，可以减少加氯量，极大地降低处理成本。3.A/O法+折点加氯法利用A/O法去除大部分的氨氮，在利用折点加氯法确保出水的达标。三、试验1、工艺流程图：2.工艺条件a、硝化过程的主要环境条件（1）好氧条件，根据计算，1g的氮完全硝化需要4.75g的氧，要求溶解氧不低于1mg/L；（2）有机物，混合液中的有机物含