低濃度氨氮廢水深度處理技術(shù)研究進展

低濃度氨氮廢水深度處理技術(shù)研究進展

在中國的“25”和“13”計劃中，明確了氨氮是國家水環(huán)境的約束性控制指標。工程上多以吹脫法現(xiàn)階段處理中低濃度氨氮廢水的物理化學方法主要有折點氯化法1氮氣的上升和土壤氨氮化折點氯化是將一定量的氯氣或次氯酸鈉投入到廢水中,當投入量達到某一值時,廢水中的氯較低,而氨氮趨于零;繼續(xù)投加氯超過此點時,水中游離氯含量上升,這一點即為折點,此時剛好所有氨氮被氧化為氮氣。其中,氯氣或次氯酸鈉與水反應(yīng)生成HClO,HClO與水中的NH根據(jù)式(1)可計算所加藥品的理論投加量,即氯與NH影響折點氯化法效果的主要因素有pH、溫度、接觸時間及氯的初始濃度等。T.A.Pressley等由此不難看出,折點氯化法具有原理簡單、反應(yīng)速度快、氨氮去除效果好的優(yōu)點,且較適于中低濃度含氮廢水的處理。在高濃度氨氮廢水的處理過程中,該方法對Cl2氨氮廢水處理中的吸附方式以固體表面和吸附分子間作用力的性質(zhì)區(qū)分,吸附作用大致可分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附。在氨氮廢水處理中,離子交換吸附是經(jīng)常應(yīng)用的吸附方式。吸附法因吸附劑制備簡單、可再生性強(成本低廉)及應(yīng)用簡單、處理效果出色而被廣泛用于廢水處理中目前用于中低濃度氨氮廢水處理的吸附劑主要包括沸石2.1沸石的吸附特性及再生利用的價值沸石具有三維蜂巢狀多孔結(jié)構(gòu),提供了足夠的吸附位點或離子交換空間,來源廣泛而廉價。天然沸石和人造沸石均對NH沸石獨特的三維多孔結(jié)構(gòu)為吸附質(zhì)的擴散和吸附過程的進行提供了充?？臻g,同時沸石骨架多包含Na沸石對氨氮具有明顯的選擇性吸附效果,但其吸附容量相比其他吸附劑較低,使用過程中投加量較高,從而增加使用成本,同時關(guān)于沸石脫附再生利用的報道也較少。WeiZhang等2.2陰陽離子去除離子交換樹脂被廣泛用于水處理領(lǐng)域,在去除水中陰陽離子方面具有優(yōu)異表現(xiàn)。氨氮在水中主要以游離氨和離子氨的形式存在,且在pH呈中性或酸性時主要以NH2.3氨氮廢水處理除沸石和離子交換樹脂外,也有其他新型或改性材料被應(yīng)用到該領(lǐng)域。Yi’anZheng等活性炭作為應(yīng)用最廣泛的吸附劑,也被應(yīng)用到氨氮廢水處理領(lǐng)域中。P.Vassileva等吸附法因吸附容量有限,因此較適于低濃度氨氮廢水的處理過程。而脫附再生的成本往往也決定了其在實際工程應(yīng)用的可能性。越來越多的新型吸附劑材料被合成出來并用于氨氮廢水處理研究中。同時,吸附后濃水的處理也是工業(yè)上要面臨的問題之一,相關(guān)報道目前還較少。但隨著氮、磷流失問題日益嚴重,吸附后NH3低濃度氨氮處理膜分離法是利用特定膜的透過性對溶液中的某種成分進行選擇性分離,可在室溫、無相變條件下進行,主要包括電滲析、反滲透、納濾等工藝。膜分離法適用于不同濃度范圍的氨氮廢水,尤其在低濃度氨氮處理工藝中被廣泛選用。A.Hasanoglu等膜分離法處理氨氮廢水耗能低、處理結(jié)果穩(wěn)定,回收后的氨氮可重復利用,在相對較低的成本下即可實現(xiàn)較高的處理效率。但處理過程中膜易被污染4電化學氧化氧化法是將處于低價態(tài)的氨氮通過氧化方式轉(zhuǎn)化為無害的高價態(tài),主要包括電化學氧化、光催化氧化及濕式催化氧化。其中電化學氧化法和光催化氧化法主要用于中低濃度氨氮廢水的處理,而濕式催化氧化在高濃度氨氮廢水處理方面更具優(yōu)勢。4.1間接電化學氧化法電化學氧化法利用電能使游離氨轉(zhuǎn)化為氮氣排放,分為直接氧化和間接氧化。直接電化學氧化過程中,氨在陽極失去電子被氧化為氮氣和水;間接電化學氧化過程中,氯離子首先在陽極被氧化為游離氯,然后溶于水中與氨氮反應(yīng)產(chǎn)生氮氣LiangLi等與其他水處理技術(shù)相比,采用電化學氧化法處理氨氮廢水藥品添加量少、設(shè)備簡單、占地少,既可單獨使用,也可與其他技術(shù)配合使用。但電化學氧化法處理過程中消耗大量電能,造成處理成本較高,且間接氧化過程產(chǎn)生的余氯不能完全被消耗,余氯超標以及過程中產(chǎn)生的氯氣都會造成二次污染。4.2化氧化技術(shù)中氨氮的處理光催化氧化屬于高級氧化技術(shù)的一種,在一定波長的光照下,半導體材料(如TiO近年來,采用光催化氧化技術(shù)處理水中氨氮是光催化領(lǐng)域廣泛關(guān)注的課題之一。如何達到較好的處理效果,降低產(chǎn)生硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的比例一直是學術(shù)界致力解決的問題。HuaWang等QiWang等光催化氧化過程中常會產(chǎn)生硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮。針對這一問題,DechenSun等光催化氧化技術(shù)被廣泛用于水處理中,在NH5實驗條件對療效的影響超聲波作為水處理中較為新穎的處理方式,近年來也逐漸用于水中其他污染物如氨氮的處理中超聲法處理氨氮廢水的效果受實驗條件影響明顯。SonglinWang等超聲法對水中氨氮有一定去除效果,與其他方法聯(lián)用可一定程度上提高對氨氮廢水的處理效果,具有一定研究價值。但超聲法處理氨氮廢水的研究主要停留在實驗室階段,如何在較低成本下將其合理引入到現(xiàn)有水處理工藝中且不帶來二次污染,將是超聲法處理水體氨氮研究的重點。6藥劑防治氨氮化學沉淀法是20世紀90年代興起的一種氨氮廢水處理方法,向水中加入化學藥劑使氨氮轉(zhuǎn)化為沉淀。其中比較成熟的是磷酸銨鎂法即MAP法,向氨氮廢水中投加POMAP法在不同濃度氨氮廢水處理中均有應(yīng)用。有報道指出,MAP沉淀法的藥劑費用占處理費用(包括投資)的70%HaimingHuang等7低濃度氨氮廢水深度處理方法展望隨著污染排放標準的趨于嚴格以及工業(yè)廢水的不斷復雜化,僅僅依靠傳統(tǒng)的生化方法已不能滿足對氨氮的處理需求。引入合理的物理化學方法對低濃度氨氮廢水進行深度處理已成為水處理領(lǐng)域的主要研究方向之一。目前實驗室開展的研究較多,但只有極少數(shù)工藝可以成功運用到實際廢水的處理過程中。筆者認為,低濃度氨氮廢水的深度處理從研究階段到應(yīng)用階段,應(yīng)著重解決如下問題:(1)降低或避免二次污染的產(chǎn)生。折點氯化法、電化學氧化法和化學沉淀法在目前研究基礎(chǔ)下仍有氯胺等副產(chǎn)物或氯、磷剩余,可與其他方法聯(lián)用、對二次污染物循環(huán)再利用等解決過程中的二次污染。(2)濃水或產(chǎn)物的資源化利用。吸附法、膜分離法處理氨氮廢水實際是目標污染物的轉(zhuǎn)移,吸附或分離后氨氮的處置將是實際工程應(yīng)用中需考慮的問題;化學沉淀法產(chǎn)生的磷酸銨鎂可作為肥料使用。富集與資源化利用符合可持續(xù)發(fā)展的要求,未來在