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去除污水中氨氮的可行性研究

文檔作者：胡權(quán) 等文檔來源：中化吉林長山化工有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月16日
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2011年第32卷第3期 氮肥技術(shù) 49摘要簡要介紹高濃度氨氮廢水造成的污染，對去除污水中氨氮的吹脫法技術(shù)進行了實驗和分析，并介紹和采用吹脫法加生物硝化與反硝化法處理污水中的氨氮，達到廢水達標排放、減少環(huán)境污染的目的。關(guān)鍵詞工業(yè)廢水環(huán)境污染吹脫法生化處理達標排放隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，化肥、石油化工等行業(yè)迅速發(fā)展壯大，化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程排放的廢水對環(huán)境的污染加劇，此類廢水若得不到有效地脫氮除碳處理而直接排放到自然環(huán)境中勢必造成嚴重的環(huán)境污染，對人類健康危害也日益普遍和嚴重。其中生產(chǎn)過程中排出的有機物質(zhì)。大多都是結(jié)構(gòu)復雜、有毒有害和生物難以降解的物質(zhì)。由此而產(chǎn)生的高氨氮廢水也成為行業(yè)發(fā)展的制約因素之一，據(jù)報道：2001年我國海域發(fā)生赤潮高達77次。據(jù)國家環(huán)保局2006年統(tǒng)計，化工廢水排放總量占全國工業(yè)廢水排放總量的38．9％，居各行業(yè)之首，列入國家總量控制的8種污染物的排放量也居全國首位。而目前化工行業(yè)工業(yè)廢水排放達標率只有52．9％。盡管近年來我國化工行業(yè)的環(huán)境污染防治工作取得了較大進展，廢水治理率、排放達標率逐年有所增長。但目前化工行業(yè)廢水排放達標率仍不高，對高效、低成本的處理化工廢水新工藝、新技術(shù)的研究已成為世界各國研究的重點之一。廢水中含的氨氮是污染的重要原因之一，特別是高濃度氨氮廢水造成的污染。生物處理法中。一般采用的M0法、A2／0法、SBR序批處理法等是對脫氮具有一定效果的工藝技術(shù)，同時，為了實現(xiàn)脫氮的目的，必須補充相應的碳源來配合實現(xiàn)氨氮的脫除，使運行費用增加很大，一般企業(yè)根本無法承受。正是在這種重視環(huán)保的大背景下，中化吉林長山化工有限公司新建了11 000t／d的污水處理裝置，采用的是M0法，氨氮的去除采用吹脫法和生物硝化與反硝化(生物陳氮法)聯(lián)合工藝。由于我公司是一家氮肥企業(yè)，廢水中氨氮很高，這給氨氮去除帶來很大困難，在實際運行中，對于吹脫法去除氨氮作了一些研究與實驗，在這里與大家進行探討。吹脫法用于脫除水中氨氮，即將氣體通入水中，使氣液相互充分接觸，將水中溶解的游離氨穿過氣液界面，向氣相轉(zhuǎn)移，從而達到脫除氨氮的目的。常用空氣作載體(若用水蒸汽作載體則稱汽提)。水中的氨氮，大多以氨離子(NH4+)和游離氨(NH，)保持平衡的狀態(tài)而存在。其平衡關(guān)系式如下：NtL++OH’凈NH3+H20 (1)氨與氨離子之間的百分分配率可用下式進行計算：Ka=Kw／Kb=(CNH3·CH+)，CNH， (2) 式中：K曠堿離子的電離常數(shù)；飄廣·水的電離常數(shù)；勛——氨水的電離常數(shù)；c-一物質(zhì)濃度。式(1)受pH值的影響，當pH值高時，平衡向右移動，游離氨的比例較大，當pH值為ll左右時，游離氨的質(zhì)量分數(shù)大致占90％。由式(2)可以看出，pH值是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。另外，溫度也會影響反應式(1)的平衡，溫度升高，平衡向右移動。實驗數(shù)據(jù)表明，當pH值>10時，離解率在80％以上，當pH值達11時，離解率高達98％。但在實際運行中是否能達到上述的效果，我們也作了大量的實驗，下面簡要介紹用吹脫法去除氨氮的效果實驗的情況。1 實驗過程1．1前期準備工作2010年1月17日晚17：00完成酸堿加藥裝置的臨時管線配置工作，徹底清理吹脫池曝氣管萬方數(shù)據(jù)氮肥技術(shù) 2011年第32卷后，為了保證吹脫效果，對吹脫池曝氣管采取重新鉆眼，增大曝氣氣量及曝氣均勻度的措施，將吹脫池內(nèi)的水抽干后，對每根曝氣管每隔150ram，加兩排06的孔。充水曝氣后，效果十分理想，具備工藝調(diào)試需要。然后對加藥設備及管線進行充水，試運行，對設備及管線出現(xiàn)的泄漏情況進行了處理后，調(diào)配酸堿溶液，酸(硫酸)的質(zhì)量分數(shù)為50％，堿(氫氧化鈉)的質(zhì)量分數(shù)為40％。1．2調(diào)試過程正式調(diào)試時，酸泵開兩臺，流量為200L／h，堿泵開兩臺，流量為360Lth，吹脫池水位為2 165mm，吹脫池內(nèi)的緩沖隔墻兩側(cè)水不接觸，以保證池內(nèi)的酸堿水不混合，保證吹脫效果。吹脫池內(nèi)水溫為2l℃。鼓風機開兩臺，頻率均為50Hz，風量為每臺3 918mVh。每15min記錄一次吹脫池內(nèi)的pHl與pH2數(shù)值及吹脫池液位，每2h取一次入吹脫池的水樣和吹脫池出口水樣進行分析，其結(jié)果分別見表l、圖1和表2、圖2。表1 吹脫池內(nèi)污水的pH值及吹脫池液位數(shù)據(jù)表§舞鬈趔量厶八．戶l◆ ／’、／—、爭√一一 ／ ／．i-r廠一，，卜誓，l／ 一．一I —◆-pHl ．／／’ tpH2＼，／yf／-．／：時間圖1吹脫池內(nèi)污水的pH值變化圖表2吹脫池出、入口污水中氨氮含量及pH值數(shù)據(jù)表／＼ +吹脫滟人口／ ＼ +Ⅱ量膳油m口 |／， ＼|＼／I、 ／＼ ／ X ．入、。／ ／＼／ 。＼ ／r——_／ ＼|15：10 17：10 19：10 21：10 23：10 1：10時間圖2 吹脫池出、入口污水中氨氮含量變化圖00OO0O0000筇弱孔凹卯巧為擾侈"：2O萬方數(shù)據(jù)第3期 楊哲林等：去除污水中氨氮的可行性研究 511．3實驗結(jié)果分析(1)來水從15：00至00：00的平均流量為205m3／h，平均水深為2 06Imm，吹脫池的池容為25 X 20 X 2．061-1 030．5 m3，平均水力停留時間為1 030．5／205=5h，去掉一些影響因素可認為停留時間將近6h，因是同步取的水樣，可認為15：10時吹脫池入口水樣經(jīng)過加堿曝氣吹脫后其吹脫氨氮后的樣為2l：10的吹脫池出口水樣，這樣15：10的吹脫氨氮量259．41—236．35=23．06rag／l為吹出的氨氮量，同理可得17：10的為337．23—265．17=72．06 m礦為吹出的氨氮量。其吹脫效率在5％。21％之間，并且隨著進口氨氮的升高其吹脫效率也提高，吹脫池內(nèi)吹脫測的pH值越高其吹脫效率越高。(2)從第一個吹脫池內(nèi)的pHI及pH2的數(shù)據(jù)表中可看出，兩臺加酸泵的流量過小，不能使加堿后的pH值有效地降下來，達到工藝要求的pH為6。9的范圍之內(nèi)，在以后的調(diào)試中可試著人工投加。(3)此次調(diào)試的水量平均為205 m3／h，沒有達到458m3／h的設計值。(4)此次調(diào)試證明，空氣吹脫氨氮是可行的，但吹脫效率不高。受到溫度和堿度以及曝氣量等方面因素的影響，本次調(diào)試氨氮的吹脫效率很低，不能用于我公司的含氨較高的廢水處理中，即出口氨氮達標很困難。分析有以下幾方面原因，一是吹脫池內(nèi)的水溫較低；二是吹脫側(cè)的堿度提得不夠高。NH4++OH-,釜--NH，+H：0，當pH值高時，平衡向右移動，游離氨的比例較大，當pH值為10．5左右時，游離氨的質(zhì)量分數(shù)大致占80％。(5)在調(diào)試期間10#線出水極不穩(wěn)定，氨氮含量忽高忽低。2綜合調(diào)試結(jié)論(1)氨氮的吹脫與前部來水中氨氮的高低關(guān)系密切，隨著來水氨氮的濃度增高，吹脫效率也隨之提升，但隨著前部來水氨氮的提升，出水的氨氮也隨之提升，大大加大了后序處理的難度，所以應盡量控制前部來水中氨氮的濃度。使吹脫后的出水中氨氮的濃度穩(wěn)定在50mg，l以下，以適應后序處理的需要。(2)氨氮吹脫，堿度對其影響巨大，堿度越高，吹脫效果越好。(3)氨氮的去除對于高濃度廢水吹脫效率較高，但對于低深度廢水吹脫效率不理想。3生物硝化與反硝化法在實際運行中，吹脫法對氨氮的吹脫效果不夠理想，我公司采用嚴格控制1伊線來水中的氨氮含量在lOOmg／L以下，通過吹脫池吹除一部分后，再進行生化處理，即進行生物硝化與反硝化(生物陳氮法)，其反應原理如下。3．1生物硝化在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程，稱為生物硝化作用。生物硝化的反應過程為：NH，NO—N03-，由上式可知：(1)在硝化過程中，lg氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時需氧4．579。(2)硝化過程中釋放出H+，將消耗廢水中的堿，每氧化lg氨氮，將消耗堿(以CaC03計)7．19。影響硝化過程的主要因素有：(1)pH值：當pH值為8．0—8．4時(20℃)，硝化作用速度最快。由于硝化過程中pH將下降，當廢水堿度不足時，即需投加石灰，維持pH值在7．5以上。(2)溫度：溫度高時，硝化速度快。亞硝酸鹽菌的最適宜水溫為35。C，在15℃以下其活性急劇降低，故水溫以哎15。C為宜。(3)污泥停留時間：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生長速率為：0．3～0．5d—I(溫度20℃，pH8．0—8．4)。為了維持池內(nèi)一定量的硝化菌群，污泥停留時間必須大于硝化菌的最小世代時間。在實際運行中，一般應取≥2。(4)溶解氧：氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度太低將不利于硝化反應的進行。一般在活性污泥法曝氣池中進行硝化，溶解氧應保持在2—3mg／L以上。(5)BOD負荷：硝化菌是一類自養(yǎng)型菌，而BOD氧化菌是異養(yǎng)型菌。若BOD5負荷過高，會使生長速率較高的異養(yǎng)型菌迅速繁殖，從而自養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢，結(jié)果降低了硝化速率。所以為要充分進行硝化，BOD5負荷應維持在O．3kg(BOD5)／kg(ss)．d以下。3．2生物反硝化在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將N02-N和N03-N還原成N：的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機物(碳源)。以甲醇作碳源為萬方數(shù)據(jù)氮肥技術(shù) 2011年第32卷例，其反應式為：6NOF+2CH30H---嗡N02-+2C02+4H206NOF+3CH30H．_3N2+3C02+3H20+60H’由上可見，在生物反硝化過程中，不僅可使NOrN、N02-N被還原，而且還可使有機物氧化分解。影響反硝化的主要因素有如下幾方面。(1)溫度：溫度對反硝化的影響比對其它廢水生物處理過程要大些。一般維持在20—40℃為宜。若在氣溫過低的冬季，可采取增加污泥停留時間、降低負荷等措施，以保持良好的反硝化效果。(2)pH值：反硝化過程的pH值控制在7．0—8．0。(3)溶解氧：氧對反硝化脫氮有抑制作用。一般在反硝化反應器內(nèi)溶解氧應控制在0．5mg／L以下(活性污泥法)或lmg／L以下(生物膜法)。(4)有機碳源：當廢水中含足夠的有機碳源，BOD5廠IN>(3～5)時，無需外加碳源。當廢水所含的碳、氮比低于這個比值時，就需另外投加有機碳。外加有機碳多采用甲醇。考慮到甲醇對溶解氧的額外消耗，甲醇投量一般為NO，一N的3倍。此外，還可利用微生物死亡、自溶后釋放出來的那部分有機碳，即”內(nèi)碳源”，但這要求污泥停留時間長或負荷率低，使微生物處于生長曲線的靜止期或衰亡期，因此池容相應增大。在實際運行中，通過以上兩種方法，氨氮的去除能做到出水達標排放。(收稿日期：201l一03一lO)(上接第48頁)福人類叨．能源與環(huán)境,2010(4)：25—27 183江鎮(zhèn)海．碳酸二甲酯在農(nóng)藥中的應用和發(fā)展前景叨．山東農(nóng)藥信息，2010(6)：42 194納新武，卓九成．榆林云化綠能公司生產(chǎn)出低碳化精細化工產(chǎn)品【N】．陜西日報，201 1．4．165李珊珊．尿素合成工藝的比較田．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟， 202010，20(11)：215—2176周麗，李忠，謝克昌．C02合成碳酸二甲酯的研究進 2l展田．工業(yè)催化，2003，1l(4)：44-487孫寶慈眉內(nèi)外尿素生產(chǎn)及技術(shù)進步綜述【刀．大氮肥， 222009。32(1)：l一98Fang SN，F(xiàn)ujimoto K．Direct synthesis of dimethyl 23oarbonate from carbon dioxide 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