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水中氨氮的去除方法

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廢水中的氮常以合氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理把大多數有機氮轉化為氨，然后可進一步轉化為硝酸鹽。

水中氨氮的去除方法有多種，但目前常見的除氮工藝有生物硝化與反硝化、沸石選擇性交換吸附、空氣吹脫及折點氯化等。

下面我們詳細介紹一下這幾種水中氨氮的去除方法：

01

生物硝化與反硝化(生物陳氮法)

(一) 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：

由上式可知：(1)在硝化過程中，1g氨氮轉化為硝酸鹽氮時需氧4.57g；(2)硝化過程中釋放出H+，將消耗廢水中的堿度，每氧化lg氨氮，將消耗堿度(以CaCO3計) 7.lg。

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℃，在15℃以下其活性急劇降低，故水溫以不低于15℃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-1(溫度20℃，pH8.0～8.4)。為了維持池內一定量的硝化菌群，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 ,或 ＞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，從而佼白養(yǎng)型的硝化菌得不到優(yōu)勢，結果降低了硝化速率。所以為要充分進行硝化，BOD5負荷應維持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。

(二) 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NO2--N和NO3--N還原成N2的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體(氫供體)是各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇作碳源為例，其反應式為：

6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O 

6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H- 

由上可見，在生物反硝化過程中，不僅可使NO3--N、NO2--N被還原，而且還可位有機物氧化分解。

影響反硝化的主要因素：(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，以維持20～40℃為宜。苦在氣溫過低的冬季，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溶解氧應控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/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/TN＞(3～5)時，可無需外加碳源。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�？紤]到甲醇對溶解氧的額外消耗，甲醇投量一般為NO3--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。

02

沸石選擇性交換吸附 

沸石是一種硅鋁酸鹽，其化學組成可表示為(M2+2M+)O.Al2O3.mSiO2•nH2O (m＝2～10，n＝0～9)，式中M2+代表Ca2+、Sr2+等二價陽離子，M+代表Na+、K+等一價陽離子，為一種弱酸型陽離子交換劑。在沸石的三維空間結構中，具有規(guī)則的孔道結構和空穴，使其具有篩分效應，交換吸附選擇性、熱穩(wěn)定性及形穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。天然沸石的種類很多，用于去除氨氮的主要為斜發(fā)沸石。

斜發(fā)沸石對某些陽離子的交換選擇性次序為：K+，NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。利用斜發(fā)沸石對NH4+的強選擇性，可采用交換吸附工藝去除水中氨氮。交換吸附飽和的拂石經再生可重復利用。

溶液pH值對沸石除氨影響很大。當pH過高，NH4+向NH3轉化，交換吸附作用減弱；當pH過低，H+的競爭吸附作用增強，不利于NH4+的去除。通常，進水pH值以6～8為宜。當處理合氨氮10～20mg/L的城市進水時，出水濃度可達lmg/L以下。穿透時通水容積約100～150床容。沸石的工作交換容量約0.4×10-3n-1mol/g左右。

吸附銨達到飽和的沸石可用5g/L的石灰乳或飽和石灰水再生。再生液用量約為處理水量的3～5%。研究表明，石灰再生液中加入0.1mol的NaCl，可提高再生效率。針對石灰再生的結垢問題，亦有采用2％的氯化鈉溶液作再生液的，此時再生液用量較大。再生時排出的高濃度合氨廢液必須進行處理，其處理方法有：(1)空氣吹脫 吹脫的NH3或者排空，或者由量H2S04吸收作肥料；(2)蒸氣吹脫 冷凝液為1%的氨溶液，可用作肥料；(3)電解氧化(電氯化) 將氨氧化分解為N2。

03

空氣吹脫 

在堿性條件下(pH＞10.5)，廢水中的氨氮主要以NH3的形式存在(圖20-2)。讓廢水與空氣充分接觸，則水中揮發(fā)性的NH3將由液相向氣相轉移，從而脫除水中的氨氮。吹脫塔內裝填木質或塑料板條填料，空氣流由塔的下部進入，而廢水則由塔頂落至塔底集水池。

影響氨吹脫效果的主要因素有：

(1)pH值  一般將pH值提高至10.8～11.5；

(2)溫度  水溫降低時氨的溶解度增加，吹脫效率降低。例如，20℃時氨去除率為90～95％，而10℃時降至約75%，這為吹脫塔在冬季運行帶來困難；

(3)水力負荷  水力負荷(m3/m2．h)過大，將破壞高效吹脫所需的水流狀態(tài)，而形成水幕；水力負荷過小，填料可能沒有適當濕潤，致使運行不良，形成干塔。一般水力負荷為2.5～5m3/m2•h；

(4)氣水比  對于一定塔高，增加空氣流量，可提高氨去除率；但隨著空氣流量增加，壓降也增加，所以空氣流量有一限值。一般，氣/水比可取2500～5000(m3/m2)；

(5)填料構型與高度  由于反復濺水和形成水滴是氨吹脫的關鍵，因此填料的形狀、尺寸、間距、排列方式夠都對吹脫效果有影響。一般，填料間距40～50mm，填料高度為6～7.5m。若增加填料間距，則需更大的填料高度；

(6)結垢控制  填料結垢(CaCO3)特降低吹脫塔的處理效率�？刂平Y垢的措施有：用高壓水沖洗垢層；在進水中投加阻垢劑：采用不合或少含CO2的空氣吹脫(如尾氣吸收除氨循環(huán)使用)；采用不易結垢的塑料填料代替木材等。

空氣吹脫法除氨，去除率可達60～95%，流程簡單，處理效果穩(wěn)定，基建費和運行費較低，可處理高濃度合氨廢水。但氣溫低時吹脫效率低，填科結垢往往嚴重干擾運行，且吹脫出的氨對環(huán)境產生二次污染。

04

折點氯化

投加過量氯或次氯酸鈉，使廢水中氨完全氧化為N2的方法，稱為折點氯化法，其反應可表示為：

NH4+十1.5HOCl→0.5N2十1.5H2O十2.5H+十1.5Cl- 

由反應式可知，到達折點的理論需氯(C12)量為7.6kg/kg(NH3-N)，而實際需氯量在8～10kg/kg(NH3-N)。在pH＝6～7進行反應，則投藥量可最小。接觸時間一般為0.5～2h。嚴格控制pH值和投氯量，可減少反應中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯代有機物。

折點氯化法對氨氮的去除率達90～100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，基建費用也不高。但其運行費用高；殘余氯及氯代有機物須進行后處理。

在目前采用的四種脫氮工藝中，物理化學法由于存在運行成本高、對環(huán)境造成二次污染等問題，實際應用受到-定限制。而生物脫氮法能餃為有效和徹底地除氮，且比較經濟，因而得到較多應用。

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