邳州高氨氮废水处理设备一体化污水净化设施

邳州高氨氮废水处理设备一体化污水净化设施

1生物脱氮法

微生物去除氨氮过程需经两个阶段。第一阶段为硝化过程，亚硝化菌和硝化菌在有氧条件下将氨态氮转化为亚硝态氮和硝态氮的过程。第二阶段为反硝化过程，污水中的硝态氮和亚硝态氮在无氧或低氧条件下，被反硝化菌(异养、自养微生物均有发现且种类很多)还原转化为氮气。在此过程中，有机物(甲醇、乙酸、葡萄糖等)作为电子供体被氧化而提供能量。常见的生物脱氮流程可以分为3类，分别是多级污泥系统、单级污泥系统和生物膜系统。

1.1多级污泥系统

此流程可以得到相当好的BOD5去除效果和脱氮效果，其缺点是流程长、构筑物多、基建费用高、需要外加碳源、运行费用高、出水中残留一定量甲醇等。

1.2单级污泥系统

单级污泥系统的形式包括前置反硝化系统、后置反硝化系统及交替工作系统。前置反硝化的生物脱氮流程，通常称为A/O流程与传统的生物脱氮工艺流程相比，A/O工艺具有流程简单、构筑物少、基建费用低、不需外加碳源、出水水质高等优点。后置式反硝化系统，因为混合液缺乏有机物，一般还需要人工投加碳源，但脱氮的效果可高于前置式，理论上可接近100%的脱氮。交替工作的生物脱氮流程主要由两个串联池子组成，通过改换进水和出水的方向，两个池子交替在缺氧和好氧的条件下运行。该系统本质上仍是A/O系统，但其利用交替工作的方式，避免了混合液的回流，因而脱氮效果优于一般A/O流程。其缺点是运行管理费用较高，且一般必须配置计算机控制自动操作系统。

1.3生物膜系统

将上述A/O系统中的缺氧池和好氧池改为固定生物膜反应器，即形成生物膜脱氮系统。此系统中应有混合液回流，但不需污泥回流，在缺氧的好氧反应器中保存了适应于反硝化和好氧氧化及硝化反应的两个污泥系统。

2物化除氮

物化除氮常用的物理化学方法有折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法、液膜法、电渗析法和催化湿式氧化法等。

2.1折点氯化法

不连续点氯化法是氧化法处理氨氮废水的一种，利用在水中的氨与氯反应生成氮气而将水中氨去除的化学处理法。该方法还可以起到杀菌作用，同时使一部分有机物无机化，但经氯化处理后的出水中留有余氯，还应进一步脱氯处理。

在含有氨的水中投加次氯酸HClO，当pH值在中性附近时，随次氯酸的投加，逐步进行下述主要反应

投加氯量和氨氮之比(简称Cl/N)在5.07以下时，首先进行①式反应，生成一氯胺(NH2Cl)，水中余氯浓度增大，其后，随着次氯酸投加量的增加，一氯胺按②式进行反应，生成二氯胺(NHCl2)，同时进行③式反应，水中的N呈N2被去除。

其结果是，水中的余氯浓度随Cl/N的增大而减小，当Cl/N比值达到某个数值以上时，因未反应而残留的次氯酸(即游离余氯)增多，水中残留余氯的浓度再次增大，这个最小值的点称为不连续点(习惯称为折点)。此时的Cl/N比按理论计算为7.6;废水处理中因为氯与废水中的有机物反应，C1/N比应比理论值7.6高些，通常为10。此外，当pH不在中性范围时，酸性条件下多生成三氯胺，在碱性条件下生成硝酸，脱氮效率降低。

在pH值为6～7、每mg氨氮氯投加量为10mg、接触0.5～2.0h的情况下，氨氮的去除率为90%～100%。因此此法对低浓度氨氮废水适用。

处理时所需的实际氯气量取决于温度、pH及氨氮浓度。氧化每mg氨氮有时需要9～10mg氯气折点，氯化法处理后的出水在排放前一般需用活性炭或SO2进行反氯化，以除去水中残余的氯。虽然氯化法反应迅速，所需设备投资少，但液氯的安全使用和贮存要求高，且处理成本也较高。若用次氯酸或二氧化氯发生装置代替液氯，会更安全且运行费用可以降低，目前国内的氯发生装置的产氯量太小，且价格昂贵。因此氯化法一般适用于给水的处理，不太适合处理大水量高浓度的氨氮废水。

2.2化学沉淀法

化学沉淀法是往水中投加某种化学药剂，与水中的溶解性物质发生反应，生成难溶于水的盐类，形成沉渣易去除，从而降低水中溶解性物质的含量。当在含有NH4+的废水中加入PO43-和Mg2+离子时，会发生如下反应：

NH4++PO43-+Mg2+→MgNH4PO4↓④生成难溶于水的MgNH4PO4沉淀物，从而达到去除水中氨氮的目的。采用的常见沉淀剂是Mg(OH)2和H3PO4，适宜的pH值范围为9.0～11，投加质量比H3PO4/Mg(OH)2为1.5～3.5。废水中氨氮浓度小于900mg/L时，去除率在90%以上，沉淀物是一种很好的复合肥料。由于Mg(OH)2和H3PO4的价格比较贵，成本较高，处理高浓度氨氮废水可行，但该法向废水中加入了PO43-，易造成二次污染。

2.3离子交换法

离子交换法的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与废水中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。沸石是一种天然离子交换物质，其价格远低于阳离子交换树脂，且对NH4+-N具有选择性的吸附能

力，具有较高的阳离子交换容量，纯丝光沸石和斜发沸石的阳离子交换容量平均为每100g相当于213和223mg物质的量(m.e)。但实际天然沸石中含有不纯物质，所以纯度较高的沸石交换容量每100g不大于200m.e，一般为100～150m.e。沸石作为离子交换剂，具有特殊的离子交换特性，对离子的选择交换顺序是：Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅰ)>Ca(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。工程设计应用中，废水pH值应调整到6～9，重金属大体上没有什么

影响;碱金属、碱土金属中除Mg以外都有影响，尤其是Ca对沸石的离子交换能力影响比Na和K更大。沸石吸附饱和后必须进行再生，以采用再生液法为主，燃烧法很少用。再生液多采用NaOH和NaCl。由于废水中含有Ca2+，致使沸石对氨的去除率呈不可逆性的降低，要考虑补充和更新。

2.4吹脱法

吹脱法是将废水调节至碱性，然后在汽提塔中通入空气或蒸汽，通过气液接触将废水中的游离氨吹脱至大气中。通入蒸汽，可升高废水温度，从而提高一定pH值时被吹脱的氨的比率。用该法处理氨时，需考虑排放的游离氨总量应符合氨的大气排放标准，以免造成二次污染。低浓度废水通常在常温下用空气吹脱，而炼钢、石油化工、化肥、有机化工有色金属冶炼等行业的高浓度废水则常用蒸汽进行吹脱。

2.5液膜法

自从1986年黎念之发现乳状液膜以来，液膜法得到了广泛的研究。许多人认为液膜分离法有可能成为继萃取法之后的第二代分离纯化技术，尤其适用于低浓度金属离子提纯及废水处理等过程。乳状液膜法去除氨氮的机理是：氨态氮NH3-N易溶于膜相油相，它从膜相外高浓度的外侧，通过膜相的扩散迁移，到达膜相内侧与内相界面，与膜内相中的酸发生解脱反应，生成的NH4+不溶于油相而稳定在膜内相中，在膜内外两侧氨浓度差的推动下，氨分子不断通过膜表面吸附、渗透扩散迁移至膜相内侧解吸，从而达到分离去除氨氮的目的。

高氨氮废水怎么处理作为水处理行业中的一个难点问题一直被业内人士所探讨研究。

目前处理高氨氮废水的方法主要包括物理吸附、催化氧化及生物预处理法。

采用物化法来处理高氨氮废水具有快速，高效的特点，但是其费用高，操作复杂，且容易产生二次污染。因此，生物法在高浓度氨氮废水处理中，尤其是废水量大的情况下，具有更明显的优势。

氨氮为极性分子，需对常见吸附剂，如活性炭、沸石、陶粒等进行改性，且吸附效果有限，达到饱和需进行再生，综合处理效果及经济性较适用于突发性污染，不宜作为常规处理方法。氨氮在水体中很稳定，一般的氧化剂难以对其氧化，一般采用催化氧化，但效果不佳且运行费用很高。从处理效果及经济来考虑，生物处理是相对更好的选择也是普遍方法。

目前的生物处理方法工艺有很多种，包括生物转盘，SBR，氧化沟等。生物学的角度主要还是硝化反硝化工艺，该工艺具有处理效率高、节约耗材等优点，但也存在一些问题。比如：硝化阶段需要在好氧条件下，反硝化阶段需要在厌氧条件下进行，由此需要的基建投资大，且好氧池需要大量曝气，因此很多废水处理从业人员开始在从生物学角度去研发新的高氨氮废水处理工艺。

常用空气作载体(若用水蒸气作载体则称汽提)。
吹脱塔常采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气—液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸。
常用填料有拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填料塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下流，与气体逆向流动，空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气液比增加而减少。
pH是影响游离氨在水中百分率的主要因素之一。当pH大于10时，离解率在80%以上，当pH达11时，离解率高达98%。
b、主要影响因素
控制吹脱效率高低的关键因素是水温，气液比、pH。
在水温25℃，吹脱的气液比控制在3000~3800左右，pH控制在10.5，可使吹脱效率大于90%，为了保证出水质量，吹脱法适用于处理氨氮为500~1000mg/L的废水。
温度也会影响吹脱效率，吹脱法水温低时处理效率很低，不适合在寒冷的冬天使用，废水温度升高，游离氨的比例增加，其处理效率升高。
因此汽提法是吹脱法的改进版。其采用蒸汽为载体，提高氨氮处理效率。汽提塔更适用于处理氨氮为2000~4000mg/L的废水。但汽提塔运行一段时间后，汽提塔内会结垢，从而影响处理效率。

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吹脱法、汽提法其工艺简单，效果稳定，投资较低；但能耗大，处理成本高，处理成本约20~30元/吨水。出水氨氮大约为50~200mg/L，无法达到排放要求，必须增加后续的深度处理才能达标排放。
其吹脱出的氨气采用水淋洗吸收，氨水浓度低(1%左右)，回用价值低，易挥发，容易造成二次污染；使用硫酸等酸性溶液吸收，生成硫酸铵等其他铵盐，需做进一步的处理，工艺流程较长，必定增加投资成本，且最终生产的硫酸铵产品，价格低廉，销售困难。
3、汽提精馏法
基于吹脱与简单的汽提方法处理氨氮废水存在二次污染，运行成本高等问题，现阶段多家环保设备研发机构通过改良，采用精馏塔蒸氨回收氨水方法，广泛应用于生产中处理氨氮废水。
a、原理
氨与水分子相对挥发度存在差异，通过在精馏塔内进行多次气液相平衡，将氨氮以分子氨的形式从水中分离，然后以氨水或液氨的形式从塔顶排出，并被冷凝器冷却到常温成为高纯浓度氨水进行回收，可回用于生产或直接销售。
塔釜出水pH控制在10以上，脱氨后的废水氨氮浓度可降至10mg/L以下，可直接排放或处理后回用于生产。
b、汽提精馏回收氨水法成本
投资成本：120~600万元，回收的氨水浓度：16%~22%浓氨水。运行成本：5~10元/吨，运行成本受原水氨氮浓度、pH影响较大，高氨氮高pH的废水，回收的氨水越多，运行成本越低。
c、优缺点
该方法投资成本及运行成本处于中等水平，但是回收的氨水浓度较高，可根据企业情况选择回用于生产，也可以外售。其氨水回用或者外售盈利的钱基本可以抵消工艺设备的运行成本，且出水效果较好，氨氮浓度可降至10mg/L以下，省去为了达标排放而进行二次脱氨的投资和运行成本。
其缺点就是为了保证出水达标，其出水pH必须控制在10以上，造成碱的浪费，还必须加酸回调至中性，才能达标排放。另外，此方法尤其适用于氨氮浓度7000mg/L以上的高浓度氨氮碱性废水，否则氨氮浓度低，同等条件下其回收的氨水较少，氨水回用或外卖的效益低，整体的运行成本就会上升。
4、气态膜法
气态膜，又称支撑膜，膜吸收。目前已应用于水溶液中的挥发性反应性溶质如NH3、CO2、SO2、H2S、Cl2、Br2、I2、HCN、胺、的脱除，回收富集和纯化。
气态膜具有比表面积，高传质推动力，操作弹性大，氨氮脱除效率高，无二次污染等优势。
气态膜脱氨技术采用疏水性的中空纤维微孔膜作为含氨废水和吸收液的屏障，这时膜一侧是待处理的氨氮废水，另一侧是酸性吸收液，疏水的微孔结构在两液相间提供一层很薄的气膜结构。
废水中游离态的NH3在废水侧通过浓度边界层扩散至疏水微孔膜表面，随后在膜两侧NH3分压差的推动下，NH3在废水和微孔膜界面处气化进入膜孔，然后扩散进入吸收液侧与酸性吸收液发生快速的不可逆的反应，从而达到氨氮脱除的目的。
气态膜脱氨一般用稀硫酸作为吸收剂，但是对于很多企业来讲，生成的硫酸铵存在销售价格低廉等问题，并非理想回收产品，而很多企业更倾向于回收一定浓度的氨水自用或者销售。
因此采用气态膜+精馏技术组合受到关注，其原理主要是利用一种可再生吸收剂在膜两侧吸收氨，饱和的吸收剂采用精馏的方式进行精馏回收15~18%氨水，出水氨氮可达到15mg/L以下，吸收剂可重复利用。
此方法于废水氨氮在3000~6000mg/L之间的处理，饱和吸收剂可将氨氮浓度提高到10000mg/L以上，精馏消耗的蒸汽大幅下降，处理成本较其他处理方法，其综合效益最高。
而对于氨氮为8000mg/L以上的废水，采用气态膜的方法就没有明显的成本优势了。
但是由于废水的复杂性、膜材料的研发更新换代、可逆吸收剂的研发适用性以及后续副产品的生产应用等多种原因，气态膜法脱氨工业化进程很慢，国内生产应用实例较少。