污水中氨氮的去除要点

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1、 目录目录 1 1 污水中氨氮污染的现状和来源污水中氨氮污染的现状和来源 .1 1.1 污水中氨氮污染现状1 1.2 废水中氮的来源2 2 2国内外研究进展国内外研究进展 2 2.1 国外研究进展2 2.2 国内研究进展3 3 3 氨氮污水处理主要技术氨氮污水处理主要技术 .3 3.1 生物法4 3.1.1 生物法机理生物硝化和反硝化机理.4 3.1.2 传统生物法.4 3.1.2.1 A/O 系统 5 3.1.2.2 缺氧/ 好氧工艺(简称 A2/O 法)5 3.1.2.3 厌氧缺氧好氧工艺(简称 A1 - A2/O 工艺) 5 3.1.3 生物脱氮法新工艺.6 3.1.3.1 厌氧氨氧化工

2、艺6 3.1.3.2 短程硝化反硝化工艺7 3.1.3.3 同时硝化反硝化工艺7 3.2 物理化学处理法7 3.2.1 吹脱法及汽提法.7 3.2.2 折点氯化法.8 3.2.3 化学沉淀法8 3.2.4 离子交换法8 3.2.5 液膜法.9 3.3 土壤灌溉10 4 4 探讨探讨 .10 5 5 氨氮污水处理方法应用于兰州市污水处理厂中的研究氨氮污水处理方法应用于兰州市污水处理厂中的研究 .11 6 6 展展 望望 .12 参考文献参考文献 13 致致 谢谢 15 侯延强：污水中氨氮的去除 1 污水水中氨氮的去除 摘要：氨氮存在于很多工业废水中，氨氮污水是目前造成水体富营养化的主要因素之一,

3、本 文综述了当前氨氮污染的现状和氨氮污水处理中最常用和比较实用方法的原理和各自的优缺 点,介绍了国内外氨氮污水处理的研究现状,同时对各种方法的选择作出了探讨，并对氨氮处理 方法在兰州市的实际应用作了简单介绍，对兰州市雁儿湾污水处理厂氨氮去除做了简单的改 进思路，同时对氨氮污水处理前景进行了展望,并提出了今后应着重考虑的几个问题。 关键词：氨氮；废水处理；去除 1 污水中氨氮污染的现状和来源 1.1 污水中氨氮污染现状 随着世界经济发展和城市化的进程, 对水的需求量不断增大, 随之而来的是污水的 排放量日益增多,水体中氨氮量的剧增引起了国内外社会各界的广泛关注。据统计, 2003 年, 全国污水

4、排放总量为 460.0 亿吨, 工业废水排放量为 212.4 亿吨, 氨氮的排放量为 40.4 万吨; 城镇生活污水的排放量为 247.6 亿吨, 其中氨氮的排放量为 89.3 万吨 1。 氨氮的大量排放不仅造成了水环境污染和水体富营养化及水体发生赤潮等现象, 而且在 工业废水处理和回用工程中造成用水设备中微生物繁殖, 形成生物垢, 堵塞管道和用水 设备, 影响热交换。大量含有氨氮的污水排入江河、湖泊, 造成自然水体的富营养化, 同时给生活和工业用水的处理带来较大的困难。水体中含有大量的氨氮, 使水体产生富 营养化效应, 刺激并加速水生植物的生长, 如海藻、水草的大量生长繁殖, 导致水体生 态

5、平衡失调。在水中硝化细菌的作用下氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，完全氧化 l mg 氨 氮约需 4.6 mg 溶解氧，这对水体质量的改善和保证十分不利,会造成水的透明度降低， 使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态， 水下生物得不到充足的阳光而影响了生存和繁殖。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧减少， 都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡，在近海海域引发赤潮。据报道, 2009 年中国沿海 共发生赤潮 68 次，累计面积 14102 平方公里，造成直接经济损失 0.65 亿元，累计面积 较 2008 年增加 364 平方公里2。氨氮污水对环境的影响已引起环保领域和全球

6、范围的重 视,目前, 国内外对氨氮污水的研究主要集中在开发新的脱氨氮处理技术, 以达到更好处 理氨氮的目的和环保的要求。1995 年德国要求 85%污水处理厂外排污水达到国家三级标 准。1999 年, 在此标准基础上还要求, 污水厂出水每 2h 取样的混合水样至少有 80%满 2 足无机氮5mg/L3; 我国 1988 年实施的地面水环境质量标准 GB3838-88 规定了硝酸盐、 亚硝酸盐、非离子氨和凯氏氮的标准。时隔 11 年, 在 GHZB1-1999 增加了氨氮的排放标 准, 在 GB3838-2002 中增加了总氮控制。各地的环保部门要求相关行业必须马上上马脱 氮设施, 否则关闭工厂

7、或增加排污费的征收。从以上情况可知氨氮处理的重要性, 目前 国内外有很多处理氨氮的方法, 为了避免重复建设和使用不成熟的技术, 分析当前的技 术进展具有重要的现实意义。 1.2 废水中氮的来源 氨氮存在于许多工业废水中，钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉 类加工和饲料生产等工业均排放高浓度的氨氮废水 。某些工业自身会产生氨氮污染物 , 如钢铁工业 ( 副产品焦炭、锰铁生产、高炉 ) 以及肉类加工业等，而另一些工业将高 炉氨用作化学原料 ,如用氨等配成消光液以制造磨砂玻璃 。此外,皮革、孵化、动物排 泄物等新鲜废水中氨氮初始含量并不高 ,但由于废水中有机氮的脱氨基反应,在废水存积

8、过程中氨氮浓度会迅速增加，不同类的工业废水中氨氮浓度千变万化 ,即使同类工业不 同工厂的废水中其浓度也各不相同。总的来说，人类活动造成的氮的来源主要有以下几 方面: （1）未经处理的工业和生活污水直接排入河道和水体： 这类污水的氨氮含量高，排入江河湖泊，造成藻类过度生长的危害最大。城市污水、 农业污水，食品等工业的废水中含有大量的氮、磷和有机物质。据统计，全世界每年施 入农田的数千万吨氮肥中约有一半经河流进入海洋。美国沿海城市每年仅通过粪便排入 沿海的氮近十万吨。 （2） 污水处理场出水： 采用常规工艺的污水处理厂，有机物被氧化分解产生了氨氮，除了构成微生物细胞组 分外，剩余部分随出水排入河道

9、，这是城市污水虽经过二级常规处理但河道仍然出现富 营养化和黑臭的重要原因之一。 （3）面源性的农业污染物，包括废料、农药和动物粪便等。 2国内外研究进展 2.1 国外研究进展 国外在污水生物脱氮方面做了大量工作,开发了许多新的脱氮技术和新型生物反应器。 20世纪60 年代后期迅速发展起来的固定化细胞技术,在氨氮工业废水处理领域具有广阔的 侯延强：污水中氨氮的去除 3 应用前景。日本下水道事业团用固定化硝化菌在流化床反应器中进行一年半的生产性实 验,NH3-N 去除率达到90 %以上4。Van der Graaf等发现,氨可直接作为电子供体而进行反硝 化反应,并称之为厌氧氨生物氧化(anaero

10、bic ammonium oxidation,简称Anammox)。他们的 重大发现为研究厌氧氨生物氧化技术提供了理论依据。与传统的硝化-反硝化技术相比,厌 氧氨生物氧化技术具有的优点是:不需要外加有机物作电子供体,既可节省费用又可防止二 次污染;可以经济有效地利用氧,能耗大幅度下降5。由于硝化-反硝化工艺所赖以依托的两 类微生物在环境和营养要求上都有很大的差异,传统的生物脱氮工艺都是将缺氧区(厌氧区) 与好氧区分隔开,如A/O系统。近年来,不少研究和报道证明,反硝化可发生在有氧条件下, 即好氧反硝化的存在 ,它为突破传统生物脱氮技术限制,利用一个生物反应器在一种条件 下完成脱氮反应提供了微生

11、物基础。同时硝化和反硝化( simultaneous nitrifica-tion- denitrification ,SND) 技术可以通过控制影响硝化和反硝化基质的投加量或消耗量来实现6。 近年来,国外还报道了一些结合各种方法的新的氨氮脱除工艺。如O. Lahav 等使用沸石作 为离子交换材料,既作为把氨氮从废水中分离出来的分离器,又作为硝化细菌的载体。该工 艺在一个简单的反应器中分吸附阶段和生物再生阶段两个阶段进行。在吸附阶段,沸石柱 作为典型的离子交换柱;而在生物再生阶段,附在沸石上的细菌把脱附的氨氮氧化成硝态氮。 研究结果表明,该工艺具有高的氨氮去除率和稳定性,能成功地去除原水和二级

12、出水中的氨 氮7。 2.2 国内研究进展 国内在污水脱氮方面做了许多工作,在物理化学法处理氨氮废水方面,如淮阴钢铁集团 公司开发了利用烟道气处理剩余氨水的技术 。其主要特点是:采用特制的喷雾干燥塔,将 焦化剩余氨水以雾化状态与塔内的烟道气接触发生物理化学反应,废水中的水分在烟道气 热量的作用下全部汽化,随烟道气经烟囱排出。主要反应物硫铵以及废水中的有机物和粉 煤灰经吸尘器收集后,综合利用制砖或作锅炉燃料的助燃添加剂。专家认为这项技术具有 广阔的推广应用前景8。李可彬等研究了用乳状液膜法去除废水中的氨氮,考察了各种因 素对氨氮去除率的影响,选用的液膜体系可使氨氮质量分数为10 - 3 以上的废水

13、,一级去除 率达97 %以上,处理后的废水符合排放标准9。 3 氨氮污水处理主要技术 近 20 年来, 对氨氮污水处理方面开展了较多的研究。其研究范围涉及生物法、物化 法的各种处理工艺,目前氨氮处理实用性较好国内运用最多的技术为：生物脱氮法、氨吹 4 脱汽提法、折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、液膜法、土壤灌溉法等。 3.1 生物法 3.1.1 生物法机理生物硝化和反硝化机理 在污水的生物脱氮处理过程中，首先在好氧条件下,通过好氧硝化菌的作用 ,将污水 中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐 ;然后在缺氧条件下,利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸 盐和硝酸盐还原为氮气而从污水中逸出。因而,污水的生物脱氮

14、包括硝化和反硝化两个阶 段。生物脱氮工艺流程见图 1 。 进水 预处理 曝气池 二沉池 脱氮池 终沉池 出水 污泥回流 剩余污泥 污泥回流 剩余污泥 图 1 生物脱氮工艺流程10 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐的过程 ,包括两个基本反应步骤 : 由亚硝酸菌参与 的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应;由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。 在缺氧条件下,由于兼性脱氮菌(反硝化菌) 的作用,将硝化过程中产生的硝酸盐或亚 硝酸盐还原成N2的过程,称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳 源) 。 生物脱氮法可去除多种含氮化合物,总氮去除率可达70%95%,二次污染小且比较经 济,因此在

15、国内外运用最多。但缺点是占地面积大,低温时效率低11。 3.1.2 传统生物法 目前, 国内外对氨氮污水实际处理中应用较成熟的生物处理方法是传统的前置反硝化 生物脱氮,如A/O、A2/O工艺等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。传统生物脱氮途径一 般包括硝化和反硝化两个阶段,硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于 对环境条件的要求不同,这两个过程不能同时发生,而只能序列式进行,即硝化反应发生在好 氧条件下,反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。由此而发展起来的生物脱氮工艺大多将 缺氧区与好氧区分开,形成分级硝化反硝化工艺,以便硝化与反硝化能够独立地进行。1932 年,Wuhrmann

16、利用内源反硝化建立了后置反硝化工艺(post-denit rification),Ludzack和 Ettinger于1962年提出了前置反硝化工艺(pre-denit rification) ,1973年Barnard 结合前面两种 侯延强：污水中氨氮的去除 5 沉淀池沉淀池 工艺又提出了A/O工艺,以及后又出现了各种改进工艺如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) 、UCT、JBH、AAA 工艺等,这些都是典型的传统硝化反硝化工艺12。 3.1.2.1 A/O 系统 A/O脱氮除磷系统，即缺氧、好氧脱氮除磷系统。它是70年代主要由美国、南非等国 开发的具有去除废水中氮污染物的工艺，同时对脱磷亦有一定的效果13。其工艺流程是 让废水依次经历缺氧、好氧两个阶段，故人们通称为缺氧、好氧脱氮除磷系统，简称A/O 系统。A/O系统流程简单、运行管理方便，且很容易利用原厂改建，从而提高了出水水