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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章 废水和城市污水脱氮工艺概述1.1前言随着人类活动的不断增加，环境资源的不断改变，水体氮污染日趋严重。据统计，我国主要湖泊因氮、磷污染而导致富营养化的占统计湖泊的56%之多。水环境与污水中氮的来源及进入水环境的方式见表1-1。氮污染的主要危害为:使水体正常溶解氧平衡遭受干扰，并进一步促使水质恶化;影响水源水质，增加水处理负担;加速水体的富营养化过程;含氮化合物对人和生物有毒害作用;使水体感官性状恶化，从而降低水体美学价值。表1-1 氮的来源及进入水环境的方式氮的来源进入水环境方式氮的来源进入水环境方式污水厂出水直接排放和灌溉船舶等交通工具直接排放工业生产污
2、水排放、进入地下水非市区径流直接排放未经处理污水直接排放化石染料降水、风及重力沉降火山活动降水、风和重力天然固氮作用就地农业施肥地表径流和地下水活动土壤和地壳运动风和重力沉降动物废弃物挥发、降水和地表径流垃圾填埋渗滤液地下水运动动植物残体腐败地表径流和地下运动化粪池浸滤液地下水运动污水处理厂污泥直接废弃或农用引起环境污染的氮存在方式主要有NH3-N、有机氮、NO2-、NO3-。因此，对废水脱氮处理的研究显得尤为重要。1.2 国内外废水脱氮技术 国内外对转化和去除废水中的氮进行了大量的工作，尝试并运用了各种可行的方法。除氮方法可分为三大类：物理脱氮、化学脱氮和生物脱氮。 但若应用于实际的废水处理
3、工程中，必须具备应用方便、处理性能稳定、适应于废水水质及比较经济的特点。因此，目前废水脱氮实用性较好的技术为：生物脱氮法 氨吹脱、汽提法折点氯化法选择性离子交换法化学中和、沉淀法。下面对这些方法做简单的介绍。1.2.1 生物脱氮生物脱氮通常包括生物硝化和生物反硝化。生物硝化是在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐的过程。如果反应完全，氨氧化成硝酸盐分两阶段完成：开始，在亚硝酸菌的作用下使氨氧化成亚硝酸盐，亚硝酸菌属于强好氧性自养细菌，利用氨作为其唯一能源；第二阶段，在硝酸菌的作用下，使亚硝酸盐转化为硝酸盐。 2NH4-+3O2 2NO2- +2H2O + 4
4、H+ 2NO2-+O2 2NO3- NH4-+2O2 NO3-+2H- +H2O 硝化最佳pH值为8.4，当pH在7.88.9范围时，为最佳速度的90%。当温度从5提高到30时，硝化速度也随之不断增加。 反硝化就是在缺氧条件下，由于反硝化菌的作用，将NO2-和NO3-还原为N2的过程。其过程的电子供体是各种碳源，若以甲醇作碳源为例，其反应式为: 6 NO3- +2CH3OH 6 NO2-+2CO2+4H2O 6 NO2-+3CH3OH 3N2+3CO2+3H2O+6OH- 对于硝化反应，温度对其影响比其它生物处理过程要大些，一般温度应维持在20-40为宜。 生物脱氮工艺流程的三种基本类型见图1
5、。反硝化漂洗A.分级碳氧化、硝化、反硝化酸洗B.碳氧化/硝化，单独反硝化反硝化反硝化C.碳氧化、硝化和反硝化工艺合并处理碳氧化/硝化/反硝化 图1 生物脱氮工艺流程的三种基本类型 用生物法处理含氨氮废水时，有机碳的相对浓度是考虑的主要因素，维持最佳碳氮比也是生物处理法成功的关键之一。若废水性质不宜直接进行生物处理，则采用物化法或物化一生物联合法达到排放要求较为经济。 生物脱氮可去除多种含氮化合物，其处理效果稳定，不产生二次污染，但有占地面积大、低温时效率低、易受有毒物质影响且运行管理比较麻烦等缺点。1.2.2吹脱、汽提法 吹脱法 吹脱法是用来脱除废水中的溶解性气体和某些极易挥发的溶质，也可脱除
6、化学转化而成的溶解气体。其实质是：让废水与空气充分接触，使水中易挥发性溶质和溶解气体穿过气液界面，向气相扩散；若把解析的污染物收集，可以将其回收或制取新产品。 汽提法 汽提法的去除对象是废水中挥发性溶解物质，它是借助废水与通入蒸汽的直接接触，使废水中的挥发性物质按照一定的比例扩散到气相中，因而把挥发性物质从废水中分离出去 吹脱法与汽提法在去除对象、手段、操作条件等方面均存在显著差异。如表1-2。表1-2 吹脱法与汽提法的主要差别主要脱除对象手段操作条件吹脱法溶解性气体与易挥发性物质空气吹脱可在常温下与吹脱池或塔中进行汽提法挥发性物质蒸汽蒸馏或蒸汽直接加热在较高温度下，在密闭的塔内进行本试验采用
7、的就是吹脱法。其氨吹脱的介绍见2.2。1.2.3 折点氯化法 折点氯化法是投加适量的氯或次氯酸钠，使废水中氨完全氧化为N2的方法，其反应式为：NH4+1.5HOCl- 0.5N21.5H2O2.5 H+1.5Cl - 当氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量最低，而氨的浓度降为0。当Cl2通入量超过该点时，水中的Cl -就会增多。因此，该点为折点。折点氯化法处理后的出水在排放前一般用活性炭或与O2进行反氯化，以去除水中残余的氯。 此法用于废水的深度处理，脱氮率高，设备投资少，反应迅速完全，并有消毒作用，但液氯安全使用和贮存要求高，对pH要求也很高，产生的水需加碱中和，处理成本高。1.
8、2.4 离子交换法 选择性离子交换法是在离子交换柱内借助于离子交换剂上离子和废水中的NH4+进行交换反应，从而达到废水脱氮的目的。 此法的特点是NH4+的去除率高，设备简单、操作易于控制。通常对含10-50mg/l的NH3-N废水去除率可达9397。缺点是离子交换剂用量较大，交换剂需要再生且再生频繁；交换剂的再生液需再次脱氨氮。1.2.5 超重力吹脱 超重力脱氮是借助超重力机而对废水中的氨氮起到去除效果。其实质是超重力机起着空气吹脱塔或蒸汽汽提塔的作用。 超重力技术是目前国际上竞相开发的一种新的高效传质技术，其效率较传统塔设备高1-2个数量级。其技术特点为：a. 传质系数大幅度提高，在气液比为
9、传统吹脱法1/4左右时即可达到同样的吹脱效果，降低了运行了费用，吹脱后空气中氨的浓度高，易于回收利用； b. 气液在床层中的流速加快，污垢及好氧菌和藻类不易沉积在填料层中； c. 由于传质过程的强化，使得设备体积缩小，重量减轻，设备及基建费减少； d. 过程放大容易，开车、停车时间短，在数分钟就能达到稳定运行，更适合间断氨氮废水排放的处理。超重力脱氮目前在国内报道较少。超重力脱氮对超重力机的要求很高。1.2.6 化学沉淀法脱氮 化学沉淀法从20世纪60年代就开始应用于废水处理，随着对化学沉淀法的不断研究，发现化学沉淀法最好使用H3PO4、和MgO。其基本原理是向NH4+废水中投加Mg2+和PO
10、43-，使之和NH4+生成难溶复盐MgNH4PO46H2O(简称MAP)结晶，再通过重力沉淀使MAP从废水中分离。此法可处理各种浓度的氨氮废水，工艺较简单，尤其适合于高浓度氨氮废水的处理。但该法所需沉淀剂的投药量较大，若要广泛应用于工业废水处理，尚需解决以下两个问题:寻找价廉高效的沉淀剂; 开发MAP作为肥料的价值。1.3 城市污水脱氮处理工艺 城市污水包括工业废水和生活污水。 工业生产中排放的废水中，含有大量的氮，尤其是化肥、焦化、洗毛、制革、印染、食品、石油精炼及煤加工工业废水中，氮的含量较高。生活污水是人们日常生活中产生的各种污水的混合液，其中包括厨房、洗涤室、浴室等排出的污水和厕所排出
11、的粪尿污水等。其来源除家庭生活污水外，还要各种集体单位、公用事业单位排出的污水。随着人口在城市和工业区的集中，城市生活污水已成为继工业废水之后的另一类引起水体污染的重要污染源。由于生活水平的提高，现在生活污水中特别是小区生活污水中的氨氮含量有明显的升高趋势。如一生活小区的废水水质见表1。表1 生活小区的废水水质COD（mg/l）BOD（mg/l） NH3-N（mg/l）SS色度28038018324085115105220100250 目前，用在城市生活污水中的生物脱氮工艺主要有以下这些：A/O法、A2/O法、CAST工艺（循环活性污泥法）、OCO工艺、MSBR工艺（改良式序列间歇反应器、卡鲁
12、塞尔（carrousel）氧化沟法、SBR工艺、ASBR法、HSMBR（复合淹没式膜生物反应器）、潜流型人工湿地污水系统等。 另外，部分物理和化学脱氮工艺也用于生活污水的脱氮中，如折点氯化法和离子交换法，但相关报道和研究较少。第二章 研究内容与目标2.1 本项目开展的目的 在城市生活污水处理中，经过生物处理后，BOD的去除率可达90以上，COD的去除率可达80以上。废水中大部分指标能达到国家排放标准。但NH3-N一直是达标排放的难点，而国家对NH3-N排放的要求越来越严格。当生物脱氮还不能满足严格的水质排放标准或者该污水不适合用生物法脱氮时，就必须寻找其它的物理或化学的脱氮方法进行脱氮，使污水
13、达到国家排放标准。国家排放标准见表2。表2 国家生活污水排放标准项目类别COD(mg/l)BOD(mg/l)NH3-N(mg/l)pHSS(mg/l)P以磷酸盐计(mg/l)一级标准60201569200.5二级标准120302569301.02.2 氨氮吹脱法处理工艺2.2.1 基本原理 该法主要利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离的。以浓度为x的氨水为例。当温度一定时，其平衡分压为（或平衡气相NH3浓度为Y），设氨-空气混合气体中NH3的分压为P（氨在气相中的浓度为Y），则： P P（或Y Y) 气相中的NH3融入液相，常称此过程为氨的吸收过程； P P（或YY) 液相中
14、的氨从溶液中释出进入气相，此过程为氨的解析过程； P = P（或Y =Y) 此时气、液两相的氨处于平衡状态。 而在不同的压力、不同的温度下，氨在水中的溶解度是不一样的。同一压力下，温度越高，氨的溶解度越小；同一温度下，压力越大，氨的溶解度越大。因此要脱除水中溶解的氨就有两个途径：其一是降低氨在液面上的分压，如吹脱；其二是提高水的温度，如用水蒸汽进行气提。从废水中解析的气体总量可用下式表示： GKFt（C0C） （1-1） 式中G：t时刻内逸处液面的NH3总量；t：解析时间； C0：气体在废水里的实际浓度； K：解析常数； C：NH3在废水里的平衡浓度； F：传质面积由式（1-1）可知，增大解析量的途径如下：a. 扩大接触面积F，
