吉豐科技介紹廢水生物脫氮的基本原理

【資料簡介】

　　廢水生物脫氮的基本原理就是在將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的基礎(chǔ)上，先利用好氧段經(jīng)硝化作用，由硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的協(xié)同作用，將氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，即將轉(zhuǎn)化為和 。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，即?(經(jīng)反亞硝化)和 (經(jīng)反硝化)還原為氮?dú)猓绯鏊驷尫诺酱髿?，參與自然界氮的循環(huán)。水中含氮物質(zhì)大量減少，降低出水的潛在危險性，達(dá)到從廢水中脫氮的目的。
 

　　該過程可分為三步:
 

　　一步是氨化作用，即水中的有機(jī)氮在氨化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化成氨氮。(在普通活性污泥法中，氨化作用進(jìn)行得很快，無需采取特殊的措施)
 

　　第二步是硝化作用，即在供氧充足的條件下，水中的氨氮先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽，然后再在硝酸菌的作用下進(jìn)一步氧化成硝酸鹽。
 

　　三步是反硝化作用，即在缺氧或厭氧的條件下，硝化產(chǎn)生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細(xì)菌的作用下被還原成氮?dú)狻?br /> 

　　1廢水脫氮技術(shù)
 

　　1.1吹脫法
 

　　吹脫、汽提法對于脫除水中溶解氣體和某些揮發(fā)性物質(zhì)有較好的效果。吹脫法去氮是利用NH4+與NH3的動態(tài)平衡，將廢水中的離子態(tài)銨，通過pH值的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為分子態(tài)氨，向裝置吹脫載氣，游離的分子態(tài)氨利用氣液接觸帶離水中。按載氣方式的不同可分為空氣和蒸汽吹脫[1]。低濃度廢水在室溫下用空氣吹脫，而高濃度廢水則常用蒸汽進(jìn)行吹脫。吹脫是一個傳質(zhì)過程，即在高pH時，使廢水與空氣密切接觸從而降低廢水中氨濃度的過程，推動力來自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐g的差值。按載氣方式的不同可分為空氣和蒸汽吹脫。
 

　　與直接脫氮相比，加入脫氮劑的脫氮效果要更好一些。發(fā)現(xiàn)吹脫工藝對水量較少的高濃度氨氮廢水的脫氮有較好的作用。對于濃度在8000~10000mg/L的NH3-N廢水采用吹脫工藝處理時，采用水溫45~55℃;氣水比為3000~4500∶1;HRT為2~3h;pH在10.5~11.5之間，脫氮劑采用椰油酸系列的復(fù)合制劑，吹脫時間不小于2h時,氨氮的去除率*高。
 

　　以平均氨氮濃度550mg/L以上的豬場廢水為研究對象，利用高效復(fù)合脫氮劑物化法處理高濃度氨氮廢水。試驗證明與直接脫氮相比，投加高效復(fù)合脫氮劑能夠降低反應(yīng)時間，提高氨氮去除率，*高可提高7.6%。但脫氮劑投加量變化對氨氮去除率影響較低。
 

　　除了采用脫氮劑的方法，還可采用聯(lián)合工藝去氮。利用蒸氨-吹脫法聯(lián)合處理工藝處理高濃度脂肪胺污水。污水的氨氮濃度高達(dá)21985mg/L，COD8925mg/L，設(shè)計污水處理量200t/d。針對脂肪胺污水中有油類的存在，所以先利用混凝劑和液堿調(diào)整pH，使有機(jī)胺破乳分離，銨鹽亦轉(zhuǎn)化為游離氨。再依次進(jìn)入蒸氨和吹脫。結(jié)果表明，利用蒸氨-吹脫法處理法后出水氨氮可降低至600mg/L以下，經(jīng)過進(jìn)一步處理可達(dá)國家一排放標(biāo)準(zhǔn)。但蒸氨-吹脫法工藝成本較高，不適于水量大，氨氮含量低的水量。而且運(yùn)行中要注意對蒸氨系統(tǒng)進(jìn)行清洗維護(hù)。
 

　　1.2折點氯化法
 

　　折點氯化法是在低濃度氨氮廢水中加入次氯酸鈉或氣，依靠次氯酸鈉和氣的強(qiáng)氧化性，將廢水中的氨氮氧化為N2的脫氮方法。
 

　　理論上，將氣通入廢水中達(dá)到某一點，在該點時水中游離氯含量較低而氨氮的濃度降為零，當(dāng)氣通入量超過該點時，水中的游離氯增多，即自由余氯。因此，將氨氮全轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈺r氣通入量點稱為折點，該狀態(tài)下的氯化稱為折點氯化。
 

　　利用折點加氯法率處理時所需的實際氣量取決于溫度、pH值及氨氮濃度。理論需氯量取決于氨氮的濃度，兩者質(zhì)量比為7.6:1，實際應(yīng)用中為了保證*反應(yīng)，一般氧化lmg氨氮需加9~10mg的氯。pH值在6~7時為佳反應(yīng)區(qū)間，接觸時間為0.5~2h。雖然氯化法反應(yīng)迅速，所需設(shè)備投資少，但液的安全使用和貯存要求較嚴(yán)，處理成本也較高。若用次氯酸或二氧化氯發(fā)生裝置代替使用液，可以緩解安全問題，但成本又有增加。副產(chǎn)物氯胺和氯代有機(jī)物會造成二次污染，增加出水對生物致癌、致畸的潛在危險性。折點氯化法處理后的出水在排放前一般需用活性炭或O2進(jìn)行反氯化，以去除水中殘余的氯。因此氯化法一般用于給水處理，對于大水量高濃度氨氮廢水的處理常用于深度處理中。
 

　　用折點氯化法處理高氨氮含鈷廢水進(jìn)行了試驗及工程實踐，利用吹脫法先去除廢水中70%的氨氮，再利用折點加氯法，出水氨氮低至15mg·L-1以下。城市污水試驗表明，折點氯化法脫氨可以使出水氨氮質(zhì)量濃度<0.1mg·L-1。
 

　　采用折點氯化處理稀土冶煉廢水發(fā)現(xiàn)pH為7，反應(yīng)時間控制在10～15min時，廢水中NH4+-N去除率達(dá)98%。同時與中和后的草酸沉淀母液處理發(fā)現(xiàn)Cl/NH4+為8:1效果好。反應(yīng)對pH、Cl/NH4+投入比的要求較為，在實際工程中需要準(zhǔn)確操作。反應(yīng)后余氯含量高于廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，去除率達(dá)98%以上，在折點氯化反應(yīng)后投加適量Na2SO3還原余氯，可使余氯得到有效去除，且費(fèi)用較低。
 

　　1.3離子交換法
 

　　離子交換是指在固體顆粒和液體的界面上發(fā)生的離子交換過程。常規(guī)的離子交換樹脂不具備對氨離子的選擇性，故不能用作從廢水中去除氨氮，目前常用沸石作為去除氨氮的離子交換體。
 

　　沸石是一類多空含水的架狀鋁硅酸鹽礦物，它的骨架結(jié)構(gòu)由硅(鋁)氧四面體通過氧橋相互連接構(gòu)成，由于硅連接方式的不同，形成了很多孔穴和孔道?？籽ê涂椎罆痪哂幸苿有缘年栯x子和水填充，可進(jìn)行陽離子交換，加熱可使水從沸石中脫出，而沸石結(jié)構(gòu)不會破壞。氨有很強(qiáng)的性，且分子小于沸石孔徑，斜發(fā)沸石對氨氮有較高的選擇性，其交換能力遠(yuǎn)大于活性炭和離子交換樹脂。通過物理、化學(xué)方法處理可提高沸石的孔隙率和陽離子交換能力，對氨氮的處理容量和選擇性進(jìn)一步增強(qiáng)。
 

　　近年來，國內(nèi)外大量研究了斜發(fā)沸石和絲光沸石在微污染飲用水源處理中的應(yīng)用。沸石是一種廉價的無機(jī)非金屬礦，在凈水方面有有取代昂貴的活性炭目的趨勢，利用它去除水中的氨氮效率高，工藝簡單，易再生，處理成本低，可為水中氨氮的去除提供一條高效、經(jīng)濟(jì)的新途徑。
 

　　1.4生物脫氮法
 

　　生物脫氮是在硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的聯(lián)合作用下將廢水中的含氮污染物轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程。生物脫氮主要是經(jīng)過以下步驟進(jìn)行的：
 

　　1.4.1氨化反應(yīng)
 

　　氨化反應(yīng)是指有機(jī)氮在微生物細(xì)胞外經(jīng)一系列復(fù)雜反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氨氮的反應(yīng)過程。有機(jī)氮中氮的價態(tài)一般為負(fù)三價，與氨氮中氮的價態(tài)一致，反應(yīng)能量來自于自身的氧化還原反應(yīng)，所以氨化反應(yīng)比較容易進(jìn)行。氨化反應(yīng)時維持地球氮平衡的重要反應(yīng)之一，避免了有機(jī)氮的堆積。
 

　　1.4.2亞硝酸氧化
 

　　在好氧條件下，亞硝酸氮能夠迅速轉(zhuǎn)化為硝氮。亞硝酸氧化和好氧氨氧化是硝化反應(yīng)的組成部分。亞硝酸鹽氧化菌是化能自養(yǎng)型微生物，通過氧化亞硝酸鹽釋放能量來維持其生命活動。反應(yīng)過程迅速，不消耗酸堿。
 

　　1.4.3反硝化
 

　　缺氧狀態(tài)下，反硝化菌能將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，是生物脫氮的后一步，常利用于污水處理中。反硝化菌分為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型。自養(yǎng)反硝化菌以氫、鐵或硫化物為能量來源，無機(jī)碳作為碳源合成細(xì)胞。而異養(yǎng)反硝化菌以有機(jī)物為碳源，電子受體為能量來源。自然界中常見的是異養(yǎng)型反硝化菌。
 

　　生物脫氮是涉及到眾多生物的反應(yīng)聯(lián)合。針對生物脫氮成本低、效果好開發(fā)出了多種生物脫氮路徑，如常見的A2O工藝，SBR工藝，氧化溝工藝等。如今人們更加注重各個工藝間的相互配合，提高生物活性，加強(qiáng)氨氮去除率。