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不看不知道:高浓度氨氮废水以及低浓度氨氮废水处理工艺对比
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  不看不知道:高浓度氨氮废水以及低浓度氨氮废水处理工艺对比
 
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详细说明
     

  氨氮质量浓度大于500mg/L 的废水称为高浓度氨氮废水。工业废水城市生活污水中氨氮的含量急剧上升,呈现氨氮污染源多、排放量大,并且排放的浓度增大的特点。针对高氨氮废水的处理技术主要使用吹脱法、化学沉淀法等。

  将空气通入废水中,使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相,使废水得到处理的过程称为吹脱,常见的工艺流程见图1。

  吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。将氨氮废水pH 调节至碱性,此时,铵离子转化为氨分子,再向水中通入气体,使其与液体充分接触,废水中溶解的气体和挥发性氨分子穿过气液界面,转至气相,从而达到去除氨氮的目的。常用空气或水蒸气作载气,前者称为空气吹脱,后者称为蒸汽吹脱。

  蒸汽吹脱法效率较高,氨氮去除率能达到90%以上,但能耗较大,一般应用在炼钢、化肥、石油化工等行业,其优点是可回收利用氨,经过吹脱处理后可回收到氨质量分数达30%以上的氨水。空气吹脱法的效率虽比蒸汽法的低,但能耗低、设备简单、操作方便。在氨氮总量不高的情况下,采用空气吹脱法比较经济,同时可用硫酸作吸收剂吸收吹脱出的氨氮,生成的硫酸铵可制成化肥。

  但是在大规模的氨吹脱-汽提塔生产过程中, 产生水垢是较棘手的问题。通过安装喷淋水系统可有效解决软质水垢问题,可是对于硬质水垢,喷淋装置也无法消除。此外,低温时氨氮去除率低,吹脱的气体形成二次污染。因此,吹脱法一般与其他氨氮废水处理方法联合运用,用吹脱法对高浓度氨氮废水进行预处理。最佳吹脱工艺条件,见表1。

  通过对比分析表1 可以得出:(1)吹脱法普遍适宜的pH 在11 附近;(2)考虑经济因素,温度在30~40 ℃附近较为可行,且处理率高;(3)吹脱时间为3 h左右;(4)气液比在5 000∶1 左右效果较好,且吹脱温度越高,气液比越小;(5)吹脱后废水的浓度可降低到中低浓度;(6)脱氮率基本保持90%以上。尽管吹脱法可以将大部分氨氮脱除, 但处理后的废水中氨氮仍然高达100 mg/L 以上,无法直接排放,还需要后续深度处理

  化学沉淀法的原理,是向氨氮废水中投加含Mg2+和PO43-的药剂, 使污水中的氨氮和磷以鸟粪石(磷酸铵镁)的形式沉淀出来,同时回收污水中的氮和磷。

  化学沉淀法的优点主要表现在: 工艺设计操作相对简单;反应稳定,受外界环境影响小,抗冲击能力强;脱氮率高,效果明显,生成的磷酸铵镁可作为无机复合肥使用,解决了氮的回收和二次污染的问题,具有良好的经济和环境效益。磷酸铵镁沉淀法适用于处理氨氮浓度较高的工业废水, 表2 总结了一些使用化学沉淀法处理氨氮废水的案例。

  通过对表2 的比较, 磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水的适宜条件是:pH 约为9.0,n(P)∶n(N)∶n(Mg)在1∶1∶1.2 左右,磷酸铵镁沉淀法的脱氮率能维持在较高水平,普遍能够达到90%以上。

  废水中氨氮的构成主要有两种,一种是氨水形成的氨氮,一种是无机氨形成的氨氮,主要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一, 对这类污水进行回收利用时还会对管道中的金属产生腐蚀作用, 缩短设备和管道的寿命,增加维护成本。目前工业上常用于处理低浓度氨氮的技术主要有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技术等。

  吸附是一种或几种物质(称为吸附物)的浓度在另一种物质(称为吸附剂)表面上自动发生变化的过程, 其实质是物质从液相或气相到固体表面的一种传质现象。

  吸附法是处理低浓度氨氮废水较有发展前景的方法之一。吸附法常利用多孔性固体作为吸附剂,根据吸附原理不同可分为物理吸附、化学吸附和交换吸附。处理低浓度氨氮废水较为理想的是离子交换吸附法,它属于交换吸附方法的一种,利用吸附剂上的可交换离子与废水中的NH4+发生交换并吸附NH3分子以达到去除水中氨的目的, 这是一个可逆过程, 离子间的浓度差和吸附剂对离子的亲和力为吸附过程提供动力。

  具有良好吸附性能且常用的吸附剂有: 沸石、活性炭、煤炭、离子交换树脂等,根据其吸附原理的不同,这些吸附材料对不同吸附物的吸附效果不同。

  该法一般只适用于低浓度氨氮废水, 而对于高浓度的氨氮废水, 使用吸附法会因吸附剂更换频繁而造成操作困难, 因此需要结合其他工艺来协同完成脱氮过程。供吸附法使用的吸附剂很多, 但不同吸附剂对废水中氨氮的吸附量却有很大不同, 表3 对比了部分吸附剂的吸附效果。

  由表3 可以看出,对于传统的吸附剂如沸石、交换树脂等, 其对氨氮的处理率较高, 一般能达到90%以上。

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