水中氨氮的去除方法綜述

1、 摘要水中存在的氨氮能夠產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化等危害。水中氨氮的去除非常必要。氨氮去除方法有多種,物理化學(xué)法有折點(diǎn)氯化法、空氣吹脫法、化學(xué)沉淀法、液膜法、電滲析除氨氮法、催化濕式氧化法、土壤灌溉法、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)脫氨法;生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70 %-95 % ,主要有傳統(tǒng)硝化反硝化、短程硝化反硝化、同時(shí)硝化反硝化、厭氧氨氧化。有時(shí)要采取多種技術(shù)的聯(lián)合處理,才能取長(zhǎng)補(bǔ)短達(dá)到較好的處理效果。關(guān)鍵詞:氨氮廢水處理脫氮Abstract :Existence of ammonia in water can generate eutrophication and other hazar

2、ds. Ammonia in the water removal is necessary.There are many kinds of N H3 - N wastewater treatment techniques. Physical -chemical treatment techniques mainly include : break - point chlorination process , air stripping process , chemical precipitation process , ion exchange process , liquid membran

3、e process , electro dialysis process , catalytic - wet oxidation process , land irrigation process ,cool recycle water system removing ammonia process , etc. . Biological techniques can remove many kinds of nitrogen containingcompounds , total nitrogen clearance is 70 % -95 % ,mainly includingtradit

4、ional , short - distance , SND and ANAMMOX technique. Sometimes in order to overcome one techniques weakness by acquiring others strong point s and get good effect , several techniques should be joined together.Key words : Ammonia - Nitrogen ; wastewater ; treatment;nitrogen removal水中氨氮的去除方法綜述引言氮在廢水

5、中以分子態(tài)氮、有機(jī)態(tài)氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮以及硫氰化物和氰化物等多種形式存在,而氨氮是最主要的存在形式之一。氨氮存在于許多工業(yè)廢水中,氨氮排入水體,特別是流動(dòng)較緩慢的湖泊、海灣,容易引起水中藻類(lèi)及其他微生物大量繁殖,形成富營(yíng)養(yǎng)化污染,除了會(huì)使自來(lái)水處理廠(chǎng)運(yùn)行困難,造成飲用水的異味外,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水中溶解氧下降,魚(yú)類(lèi)大量死亡,甚至?xí)?dǎo)致湖泊的干涸滅亡1。2007年太湖爆發(fā)的藍(lán)藻污染就是典型的氨氮污染事件。2007年5月16日,梅梁湖水質(zhì)變黑;22日,小灣里水廠(chǎng)停止供水;25日,貢湖水廠(chǎng)水質(zhì)尚滿(mǎn)足供水要求;28日,貢湖水廠(chǎng)水源地水質(zhì)嚴(yán)重惡化,水源惡臭,水質(zhì)發(fā)黑,溶解氧下降到0毫克每升,氨氮指標(biāo)

6、上升到5毫克每升,居民自來(lái)水臭味嚴(yán)重。氨氮還使給水消毒和工業(yè)循環(huán)水殺菌處理過(guò)程增大了用氯量;對(duì)某些金屬,特別是對(duì)銅具有腐蝕性;當(dāng)污水回用時(shí),再生水中氨氮可以促進(jìn)輸水管道和用水設(shè)備中微生物的繁殖,形成生物垢,堵塞管道和用水設(shè)備,并影響換熱效率2。為滿(mǎn)足公眾不斷提高的環(huán)境質(zhì)量要求,國(guó)家對(duì)氨氮制訂了越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),研究開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的除氮處理技術(shù)已成為水污染控制工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)3。一、水的氨氮污染情況和特點(diǎn)(一水的氨氮污染情況隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的進(jìn)程,對(duì)水的需求量在不斷地增大,隨之而來(lái)的是廢水的排放量也日益增多,水體中的氨氮污染已引起國(guó)內(nèi)外社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì),2003年

7、全國(guó)廢水的排放總量為460.0億噸,其中工業(yè)廢水排放量為212. 4億噸, 氨氮的排放量為40.4萬(wàn)噸;城鎮(zhèn)生活廢水的排放量為247. 6億噸,氨氮的排放量為89. 3萬(wàn)噸。氨氮的大量排放,不僅造成了水環(huán)境的污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化及水體發(fā)生赤潮等現(xiàn)象,而且在工業(yè)廢水處理和回用工程中造成用水設(shè)備中微生物的繁殖而形成生物垢,堵塞管道和用水設(shè)備,影響熱交換。1995年,德國(guó)要求85%污水處理廠(chǎng)的外排廢水達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1999年,在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上還要求污水廠(chǎng)出水每2h取樣的混合水樣至少有80%滿(mǎn)足無(wú)機(jī)氮5mg/L。我國(guó)在1988年實(shí)施的地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-88中規(guī)定硝酸鹽、亞硝酸鹽、非離子氨

8、和凱氏氮的標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)隔11年,在GHZB1-1999增加了氨氮的排放標(biāo)準(zhǔn),在GB3838-2002標(biāo)準(zhǔn)中增加了總氮控制。各地的環(huán)保部門(mén)要求相關(guān)行業(yè)必須馬上建設(shè)脫氮設(shè)施,否則關(guān)閉工廠(chǎng)或增加排污費(fèi)的征收。由此可知氨氮處理的重要性。目前,國(guó)內(nèi)外有很多處理氨氮廢水的方法,為了避免重復(fù)建設(shè)和使用不成熟的技術(shù),分析當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。(二水的氨氮污染特點(diǎn)水中的氮主要以氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和有機(jī)氮幾種形式存在。在特定條件下,如氧化和微生物活動(dòng),有機(jī)氮可能轉(zhuǎn)化為氨氮。好氧情況下,氨氮又可被硝化細(xì)菌氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。 水中氨氮濃度并非固定不變,而是可在多種氮的存在形式間互相轉(zhuǎn)化。我國(guó)

9、地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明中指出了水中三氮(氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮出現(xiàn)的水質(zhì)意義,見(jiàn)表2。由表2可知,根據(jù)原水中三氮出現(xiàn)情況的不同,水質(zhì)呈現(xiàn)不同的污染特征。但只要水中有氨氮出現(xiàn),則表示水體受到新的污染,水體自?xún)羯形赐瓿伞Ｗ詠?lái)水廠(chǎng)面對(duì)這樣的原水,為了保證飲用水安全,應(yīng)該采取相應(yīng)的水處理措施4。 二、水中氨氮去除方法的機(jī)理和工藝目前,水中氨氮的處理方法很多,其主要可分為兩大類(lèi):物理化學(xué)法和生物脫氮法。物理化學(xué)法有折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、吹脫法和氣提法、液膜法、電滲析法、催化濕式氧化法等。生物法主要是利用微生物通過(guò)氨化、硝化、反硝化等一系列反應(yīng)使廢水中的氨氮最終轉(zhuǎn)化成無(wú)害的氮?dú)馀欧?/p>

10、。(一 物理化學(xué)法1.折點(diǎn)氯化法折點(diǎn)氯化法是將氯氣通入廢水中達(dá)到某一點(diǎn),在該點(diǎn)時(shí)水中游離氯含量較低,而氨的濃度降為零。當(dāng)氯氣通入量超過(guò)該點(diǎn)時(shí),水中的游離氯就會(huì)增多。因此,該點(diǎn)稱(chēng)為折點(diǎn)。該狀態(tài)下的氯化稱(chēng)為折點(diǎn)氯化。折點(diǎn)氯化法除氨的機(jī)理為氯氣與氨反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)?其反應(yīng)方程式為: 5Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl NH4+ + HOCl NH2Cl (一氯胺 + H2O + H+NH2Cl + HOCl NHCl2 (二氯胺 + H2ONHCl2 + HOCl NCl3 (三氯胺 + H2ONH4+ + 3HOCl N2+ 5H+ + 3Cl + 3H2ON 2逸入大氣,使反應(yīng)

11、源源不斷向右進(jìn)行。加氯比例:與之比為8 :l - 10 :1 。當(dāng)氨氮濃度小于20 mg/ L 時(shí),脫氮率大于90 % ,pH 影響較大,pH 高時(shí)產(chǎn)生NO3- ,低時(shí)產(chǎn)生NCl3 ,將消耗氯,通?？刂苝 H 在6-8 6。此法用于廢水的深度處理,脫氮率高、設(shè)備投資少、反應(yīng)迅速完全,并有消毒作用。但液氯安全使用和貯存要求高,對(duì)p H 要求也很高,產(chǎn)生的水需加堿中和,因此處理成本高。另外副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會(huì)造成二次污染7。2.化學(xué)沉淀(MAP 法在一定的pH條件下,水中的Mg2+、HPO43-和NH4+可以生成磷酸銨鎂沉淀8,而使銨離子從水中分離出來(lái)。影響沉淀效果的因素有沉淀劑種類(lèi)及配比、p

12、H值、廢水中的初始氨的濃度、干擾組分等。有研究表明沉淀法去除廢水中氨氮的pH值為10.0 ,物質(zhì)的量之比MgN= 1.2、P:N = 1. 02 時(shí)沉淀效果最好,氨氮去除率達(dá)到90 % 9 。趙慶良等10研究表明,MgCl2·6H2O 和Na2HPO4·12H2O 組合沉淀劑優(yōu)于MgO 和H3PO4組合,垃圾滲濾液中的氨氮質(zhì)量濃度可由5618 mg/ L 降低到65 mg/ L。李芙蓉等11采用氧化鎂和磷酸作為沉淀劑去除煤氣洗滌循環(huán)水中高濃度的氨氮,效果良好。李才輝等12對(duì)MAP 法處理氨氮廢水的工藝進(jìn)行優(yōu)化,研究表明氨氮的去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加,隨著MgN 比值的

13、增加而增加。劉小瀾13探討了不同操作條件對(duì)氨氮去除率的影響,在pH值為8.5-9. 5 的條件下,投加的藥劑Mg2+:NH4+PO43- (摩爾比為1. 410. 8 時(shí),廢水氨氮的去除率達(dá)99 %以上,出水氨氮的質(zhì)量濃度由2 g/ L 降至15 mg/ L。國(guó)外對(duì)用化學(xué)沉淀法去除廢水中的氨氮也有較多研究。Stratful等14詳細(xì)研究了影響磷酸銨鎂沉淀及晶體生長(zhǎng)的因素,得出4點(diǎn)結(jié)論:(1過(guò)量的銨離子對(duì)形成磷酸銨鎂沉淀有利;(2鎂離子可能是形成磷酸銨鎂沉淀的限制因素;(3如果要想從廢水中回收磷酸銨鎂,需要得到比較大的晶體顆粒,則至少需要3 h 的結(jié)晶時(shí)間;(4沉淀的pH 值應(yīng)大于8. 5。Ba

14、ttistoni 等15進(jìn)行了用化學(xué)沉淀法從廢水厭氧消化后的上清液中同時(shí)回收氮和磷的研究。廢水厭氧消化過(guò)程中,有機(jī)物中的氮和磷被微生物分解為無(wú)機(jī)的磷酸鹽和氨氮,添加MgO 可以生成磷酸銨鎂沉淀可回收磷和氮。Lind 等16則進(jìn)行了用磷酸銨鎂沉淀法從人的尿液中回收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的研究,可以回收65. 0 % -80. 0 %的氮?；瘜W(xué)沉淀法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以回收廢水中的氨,所生成的沉淀可以作為復(fù)合肥而利用。存在的主要問(wèn)題是沉淀劑的用量較大,需要對(duì)廢水的pH 進(jìn)行調(diào)整,另外有時(shí)生成的沉淀顆粒細(xì)小或是絮狀體,工業(yè)中固液分離有一定困難。(二 生物脫氮法1. 傳統(tǒng)硝化反硝化傳統(tǒng)硝化反硝化工藝脫氮處理過(guò)程包括硝化

15、和反硝化兩個(gè)階段。在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的基礎(chǔ)上,硝化階段是將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮的過(guò)程;反硝化階段是將硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^(guò)程。只有當(dāng)廢水中的氮以亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的形態(tài)存在時(shí),僅需反硝化一個(gè)階段。盡管傳統(tǒng)硝化反硝化工藝脫氮在廢水脫氮方面起到了一定的作用,但仍存在以下問(wèn)題:(1硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高生物濃度,特別是在低溫冬季。因此造成系統(tǒng)總水力停留時(shí)間(HRT 長(zhǎng),有機(jī)負(fù)荷較低,增加了基建投資和運(yùn)行費(fèi)用;(2硝化過(guò)程是在有氧條件下完成的,需要大量的能耗;(3反硝化過(guò)程需要一定的有機(jī)物,廢水中的COD 經(jīng)過(guò)曝氣有一大部分被去除,因此反硝化時(shí)往

16、往要另外加入碳源(例如甲醇 ;(4系統(tǒng)為維持較高生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時(shí)進(jìn)行污泥回流和硝化液回流,增加了動(dòng)力消耗及運(yùn)行費(fèi)用;(5抗沖擊能力弱,高濃度氨氮和亞硝酸鹽進(jìn)水會(huì)抑制硝化菌的生長(zhǎng);(6為中和硝化過(guò)程產(chǎn)生的酸度,需要加堿中和,增加了處理費(fèi)用。由于傳統(tǒng)硝化反硝化具有一些弊端,國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者研究的熱點(diǎn)集中在如何改進(jìn)傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝。近年來(lái)研究成果主要有短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、同時(shí)硝化反硝化、反硝化除磷等。2. 短程硝化反硝化短程硝化反硝化又稱(chēng)亞硝化反硝化,把硝化反應(yīng)過(guò)程控制在氨氧化產(chǎn)生NO2-的階段, 阻止NO2-進(jìn)一步氧化, 直接以NO2-作為菌體呼吸鏈氫受體進(jìn)行反硝化

17、。此過(guò)程減少了亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽,然后硝酸鹽再還原成亞硝酸鹽兩個(gè)反應(yīng)的發(fā)生,降低了需氧量、反硝化過(guò)程中有機(jī)碳的投入量,降低了能耗和運(yùn)行費(fèi)用。短程硝化反硝化與傳統(tǒng)的生物脫氮相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(1于活性污泥法,可以節(jié)省25 %的供養(yǎng)量, 降低能耗;(2節(jié)省反硝化所需碳源40% ,在C/ N一定的情況下可提高總氮的去除率;(3減少污泥量可達(dá)50 %;(4減少堿耗;(5提高反應(yīng)速率,縮短反應(yīng)時(shí)間,減少反應(yīng)器容積。實(shí)現(xiàn)短程硝化與反硝化的關(guān)鍵是抑制硝化菌的活性而使NO2-得到累積。影響硝化菌活性及NO2-累積的因素有自由氨、pH、DO、溫度等。三、未來(lái)展望氨氮是廢水治理的重要研究對(duì)象之一,人們對(duì)此正在不

18、斷嘗試物理、化學(xué)、生物等多種工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。鑒于各種方法存在的問(wèn)題及其開(kāi)發(fā)前景,今后氨氮廢水的研究應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面:(1 廉價(jià)沉淀劑的開(kāi)發(fā),包括磷源、鎂源的開(kāi)發(fā)研究及循環(huán)利用。(2 優(yōu)化吸附劑的性能,延長(zhǎng)其使用周期及壽命。(3 深入研究微生物法去除氨氮,馴化高效功能菌種。(4 復(fù)合工藝取代單一工藝徹底去除廢水中氨氮。(5 擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究的工業(yè)化應(yīng)用。結(jié)束語(yǔ)氨氮去除方法有多種,不同方法有各自的優(yōu)勢(shì)與不足之處,有時(shí)需要采取多種技術(shù)的聯(lián)合處理,才能取長(zhǎng)補(bǔ)短達(dá)到較好的處理效果。而且由于不同廢水性質(zhì)上的差異,我們必須針對(duì)不同工業(yè)廢水的性質(zhì),以及它所含的成分進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究,選擇和確定處理技術(shù)及

19、其工藝。與此同時(shí),我們還要盡可能的選擇高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的方法處理氨氮廢水,避免二次污染。參考文獻(xiàn):1 錢(qián)易等. 環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展M . 北京:高等教育出版社,2000 ,50 - 512 周彤等. 污水的零費(fèi)用脫氨J . 給水排水,2000 ,26(2 :37 - 393 許國(guó)強(qiáng),曾光明,殷志偉等. 氨氮廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展J . 湖北有色金屬,2002 ,18 (2 :29 - 314 葉輝,許建華. 飲用水中的氨氮問(wèn)題J . 中國(guó)給水排水2000,115岳舜琳. 給水中氨氮問(wèn)題. 凈水技術(shù),2001 ,21(2 :12 156 張希衡. 水污染控制工程J . 北京:冶金工業(yè)出版社,1993 ,282 2867 黃駿,陳建中. 氨氮廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展J . 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002 ,3 (2 :65 - 688黃駿,陳建中,楊靖中,等. 三氧化二釩生產(chǎn)廢水NH3 - N 脫除的工業(yè)試驗(yàn). 有色金屬,2003 ,55 :133 1369閔敏,黃種買(mǎi). 化學(xué)沉淀法去除養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中氨氮的試驗(yàn)