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氮轉化為氨態(tài)氮的基礎上，先利用好氧段經硝化作用，由硝化細菌和亞硝化細菌的協(xié)同作用，將氨氮通過硝化作用轉化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，即將轉化為和 。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，即將 (經反亞硝化)和 (經反硝化)還原為氮氣，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環(huán)。水中含氮物質大量減少，降低出水的潛在危險性，達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，即水中的有機氮在氨化細菌的作用下轉化成氨氮。(在普通活性污泥法中，氨化作用進行得很快，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，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣。
 

　　1廢水脫氮技術
 

　　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值的調節(jié)轉化為分子態(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行吹脫。吹脫是一個傳質過程，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的平衡分壓之間的差值。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，投加高效復合脫氮劑能夠降低反應時間，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21985mg/L，COD8925mg/L，設計污水處理量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整pH，使有機胺破乳分離，銨鹽亦轉化為游離氨。再依次進入蒸氨和吹脫。結果表明，利用蒸氨-吹脫法處理法后出水氨氮可降低至600mg/L以下，經過進一步處理可達國家一排放標準。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。而且運行中要注意對蒸氨系統(tǒng)進行清洗維護。
 

　　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，將氨氮全轉化為氮氣時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，兩者質量比為7.6:1，實際應用中為了保證*反應，一般氧化lmg氨氮需加9~10mg的氯。pH值在6~7時為佳反應區(qū)間，接觸時間為0.5~2h。雖然氯化法反應迅速，所需設備投資少，但液的安全使用和貯存要求較嚴，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。副產物氯胺和氯代有機物會造成二次污染，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，反應時間控制在10～15min時，廢水中NH4+-N去除率達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。反應對pH、Cl/NH4+投入比的要求較為，在實際工程中需要準確操作。反應后余氯含量高于廢水排放標準，去除率達98%以上，在折點氯化反應后投加適量Na2SO3還原余氯，可使余氯得到有效去除，且費用較低。
 

　　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，它的骨架結構由硅(鋁)氧四面體通過氧橋相互連接構成，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，可進行陽離子交換，加熱可使水從沸石中脫出，而沸石結構不會破壞。氨有很強的性，且分子小于沸石孔徑，斜發(fā)沸石對氨氮有較高的選擇性，其交換能力遠大于活性炭和離子交換樹脂。通過物理、化學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一步增強。
 

　　近年來，國內外大量研究了斜發(fā)沸石和絲光沸石在微污染飲用水源處理中的應用。沸石是一種廉價的無機非金屬礦，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、經濟的新途徑。
 

　　1.4生物脫氮法
 

　　生物脫氮是在硝化細菌和反硝化細菌的聯(lián)合作用下將廢水中的含氮污染物轉化為氮氣的過程。生物脫氮主要是經過以下步驟進行的：
 

　　1.4.1氨化反應
 

　　氨化反應是指有機氮在微生物細胞外經一系列復雜反應轉化為氨氮的反應過程。有機氮中氮的價態(tài)一般為負三價，與氨氮中氮的價態(tài)一致，反應能量來自于自身的氧化還原反應，所以氨化反應比較容易進行。氨化反應時維持地球氮平衡的重要反應之一，避免了有機氮的堆積。
 

　　1.4.2亞硝酸氧化
 

　　在好氧條件下，亞硝酸氮能夠迅速轉化為硝氮。亞硝酸氧化和好氧氨氧化是硝化反應的組成部分。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化為氮氣，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，無機碳作為碳源合成細胞。而異養(yǎng)反硝化菌以有機物為碳源，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，加強氨氮去除率。