氨氮廢水處理七大技術(shù)詳解之二

4 生物法

4.1傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)

傳統(tǒng)生物法是在各種微生物作用下，經(jīng)過(guò)硝化、反硝化等一系列反應(yīng)將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩�達(dá)到廢水治理的目的。傳統(tǒng)生物法去除氨氮需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段，*階段為硝化過(guò)程，在有氧條件下硝化菌將氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽;第二階段為反硝化過(guò)程，在無(wú)氧或低氧條件下，反硝化菌將污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)�。傳統(tǒng)生物法去除氨氮的機(jī)理如下:

工程應(yīng)用中主要有A/0、A~2/O,UCT,氧化溝以及SBR工藝等，是生物脫氮工業(yè)中應(yīng)用較為成熟的方法。影響生物脫氮技術(shù)的因素主要有:PH值、溫度、溶解氧、有機(jī)碳源等。沈連峰等人采用物化一水解酸化一A/0(厭氧/好氧)組合法處理焦化廢水，工程實(shí)踐表明，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定且處理效果好，出水水質(zhì)達(dá)到GB8978-1996規(guī)定中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

吉林化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司污水處理廠采用A/0法處理綜合廢水，氨氮去除率達(dá)到68%。王震等人對(duì)二級(jí)缺氧一好氧生物脫氮技術(shù)在味精行業(yè)廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，處理效果持續(xù)穩(wěn)定，氨氮的去除率可達(dá)到94%以上，實(shí)現(xiàn)了味精廢水氨氮達(dá)標(biāo)排放要求。

統(tǒng)生物法處理氨氮廢水具有效果穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生二次污染、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。該法也存在一些弊端，如當(dāng)廢水中C/N比值較低時(shí)必須補(bǔ)充碳源，對(duì)溫度要求相對(duì)嚴(yán)格，低溫時(shí)效率低，占地面積大，需氧量大，有些有害物質(zhì)如重金屬離子等對(duì)微生物有壓制作用，需在進(jìn)行生物法之前去除，此外，廢水中，氨氮濃度過(guò)高對(duì)硝化過(guò)程也產(chǎn)生抑制作用，所以在處理高濃度氨氮廢水前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，使氨氮廢水濃度小于300mg/L。傳統(tǒng)生物法適用于處理含有有機(jī)物的低濃度氨氮廢水，如生活污水、化工廢水等。

4.2新型生物脫氮技術(shù)

4.2.1同時(shí)硝化反硝化(SND)

當(dāng)硝化與反硝化在同一個(gè)反應(yīng)器中同事進(jìn)行時(shí)，稱為同時(shí)消化反硝化(SND)。廢水中的溶解氧受擴(kuò)散速度限制在微生物絮體或者生物膜上的微環(huán)境區(qū)域產(chǎn)生溶解氧梯度，使微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧梯度，利于好氧硝化菌和氨化菌的生長(zhǎng)繁殖，越深入絮體或膜內(nèi)部，溶解氧濃度越低，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢(shì)，從而形成同時(shí)消化反硝化過(guò)程。影響同時(shí)消化反硝化的因素有PH值、溫度、堿度、有機(jī)碳源、溶解氧及污泥齡等。

楊青等人實(shí)驗(yàn)室小試證明了Carrousel氧化溝中有同時(shí)硝化/反硝化現(xiàn)象存在，在Carrousel氧化溝曝氣葉輪之間的溶解氧濃度是逐漸降低的，且Carrousel氧化溝下層溶解氧低于上層。在溝道的各部分硝態(tài)氮的形成和消耗速度幾乎相等，溝道中氨氮始終保持很低的濃度，這就表明硝化及反硝化反應(yīng)在Carrousel氧化溝中同時(shí)發(fā)生。張曄等人研究生活污水的處理。認(rèn)為CODCr越高，反硝化越完全，TN去除效果越好。溶解氧對(duì)同時(shí)硝化反硝化的影響較大，溶解氧控制在0.5~2mg/L時(shí)，總氮去除效果好。

同時(shí)硝化反硝化法節(jié)省反應(yīng)器，縮短反應(yīng)時(shí)間，能耗低，投資省，易保持pH值穩(wěn)定。

4.2.2短程消化反硝化

短程硝化反硝化是在同一個(gè)反應(yīng)器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細(xì)菌將氨氧化成亞硝酸鹽，然后在缺氧的條件下，以有機(jī)物或外加碳源作電子供體，將亞硝酸鹽直接進(jìn)行反硝化生成氮?dú)�。短程硝化反硝化的影響因素有溫度、游離氨、pH值、溶解氧等。

孫曉杰等人研究了溫度對(duì)不含海水的城市生活污水和含30%海水的城市生活污水短程硝化的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于不含海水的城市生活污水，提高溫度有利于實(shí)現(xiàn)短程硝化，生活污水中海水比例為30%時(shí)中溫條件下可以較好地實(shí)現(xiàn)短程硝化。Delft工業(yè)大學(xué)開發(fā)了SHARON工藝，利用高溫(大約30-4090)有利于亞硝酸菌增殖的特點(diǎn)，使硝酸菌失去競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)通過(guò)控制污泥齡淘汰硝酸菌，使硝化反應(yīng)處于亞硝化階段。

根據(jù)亞硝酸菌與硝酸菌對(duì)氧親和力的不同，Gent微生物生態(tài)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出OLAND工藝，通過(guò)控制溶解氧淘汰硝酸菌，來(lái)實(shí)現(xiàn)亞硝酸氮的積累。劉超翔等人采用短程硝化反硝化處理焦化廢水的中試結(jié)果表明，進(jìn)水COD,氨氮,TN和酚的濃度分別為1201.6,510.4,540.1和110.4mg/L時(shí)，出水COD,氨氮,TN和酚的平均濃度分別為197.1,14.2,181.5和0.4mg/L，相應(yīng)的去除率分別為83.6%,97.2%、66.4%和99.6%。

短程硝化反硝化過(guò)程不經(jīng)歷硝酸鹽階段，節(jié)約生物脫氮所需碳源。對(duì)于低C/N比的氨氮廢水具有一定的優(yōu)勢(shì)。短程硝化反硝化具有污泥量少，反應(yīng)時(shí)間短，節(jié)約反應(yīng)器體積等優(yōu)點(diǎn)。但短程硝化反硝化要求穩(wěn)定、持久的亞硝酸鹽積累，因此如何有效抑制硝化菌的活性成為關(guān)鍵。

4.2.3厭氧氨氧化

厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮為電子受體，利用自養(yǎng)菌將氨氮直接氧化為氮?dú)獾倪^(guò)程。

陳曦等人研究了溫度和PH值對(duì)厭氧氨氧化生物活性的影響，結(jié)果表明，該微生物的*佳反應(yīng)溫度為30℃,pH值為7.8。金仁村等人考察了厭氧氨氧化反應(yīng)器處理高鹽度、高濃度含氮廢水的可行性。結(jié)果表明，高鹽度顯著抑制厭氧氨氧化活性，這種抑制具有可逆性。在30g.L-1(以NaC1計(jì))鹽度條件下，未馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對(duì)照(無(wú)鹽水質(zhì)條件)低67.5%;馴化污泥的厭氧氨氧化活性比對(duì)照低45.1%。由高鹽度環(huán)境轉(zhuǎn)移到低鹽度環(huán)境〔無(wú)鹽水)時(shí)，馴化污泥的厭氧氨氧化活性可提高43.1%。但反應(yīng)器長(zhǎng)期運(yùn)行于高鹽度條件下，容易出現(xiàn)功能衰退。

與傳統(tǒng)生物法相比，厭氧氨氧化無(wú)需外加碳源，需氧量低，無(wú)需試劑進(jìn)行中和，污泥產(chǎn)量少，是較經(jīng)濟(jì)的生物脫氮技術(shù)。厭氧氨氧化的缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較慢，所需反應(yīng)器容積較大，且碳源對(duì)厭氧氨氧化不利，對(duì)于解決可生化性差的氨氮廢水具有現(xiàn)實(shí)意義。

5 膜分離法

膜分離法是利用膜的選擇透過(guò)性對(duì)液體中的成分進(jìn)行選擇性分離，從而達(dá)到氨氮脫除的目的。包括反滲透、納濾和電滲析等。影響膜分離法的因素有膜特性、壓力或電壓、pH值、溫度以及氨氮濃度等。

黃海明等人根據(jù)稀土冶煉廠排放氨氮廢水的水質(zhì)情況，采用NH4C1和NaCI模擬廢水進(jìn)行了反滲透對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同條件下反滲透對(duì)NaCI有較高去除率，而NHCl有較高的產(chǎn)水速率。氨氮廢水經(jīng)反滲透處理后NH4C1去除率為77.3%，可作為氨氮廢水的預(yù)處理。反滲透技術(shù)可以節(jié)約能源，熱穩(wěn)定性較好，但耐氯性、抗污染性差。

張亞軍等采用生化一納濾膜分離工藝處理垃圾滲瀝液，使85%~90%的透過(guò)液達(dá)標(biāo)排放，僅0%~15%的濃縮污液和泥漿返回垃圾池。Ozturki等人對(duì)土耳其Odayeri垃圾滲濾液經(jīng)納濾膜處理，氨氮去除率約為72%。納濾膜要求的壓力比反滲透膜低，操作方便。

電滲析法是利用施加在陰陽(yáng)膜對(duì)之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。氨氮廢水中的氨離子及其它離子在電壓的作用下，通過(guò)膜在含氨的濃水中富集，從而達(dá)到去除的目的。楊曉奕等采用電滲析法處理高濃度氨氮無(wú)機(jī)廢水取得較好效果。對(duì)濃度為2000--3000mg/L氨氮廢水，氨氮去除率可在85%以上，同時(shí)可獲得8.9%的濃氨水。電滲析法運(yùn)行過(guò)程中消耗的電量與廢水中氨氮的量成正比。電滲析法處理廢水不受pH值、溫度、壓力限制，操作簡(jiǎn)便。

膜分離法的優(yōu)點(diǎn)是氨氮回收率高，操作簡(jiǎn)便，處理效果穩(wěn)定，無(wú)二次污染等。但在處理高濃度氨氮廢水時(shí)，所使用的薄膜易結(jié)垢堵塞，再生、反洗頻繁，增加處理成本，故該法較適用于經(jīng)過(guò)預(yù)處理的或中低濃度的氨氮廢水。

生物膜(MBR)是將生物處理與膜分離有機(jī)結(jié)合的一種污水處理技術(shù)。徐瀕龍等設(shè)計(jì)了以生物膜為核心的厭氧/兼氧/好氧組合工藝，并進(jìn)行了中試研究。在穩(wěn)定運(yùn)行階段總水力停留時(shí)間平均為84h,硝化池出水氨氮平均為lmg/L，去除率為99.5%，達(dá)到了排人管網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。生物膜法具有脫氮效率高，占地面積小，污泥量少，出水可直接循環(huán)使用等生物處理與膜分離的共同優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用生物膜法要注意保持膜有較大的通量和防止膜的滲漏。

6 離子交換法

離子交換法是通過(guò)對(duì)氨離子具有很強(qiáng)選擇吸附作用的材料去除廢水中氨氮的方法。常用的吸附材料有活性炭、沸石、蒙脫石及交換樹脂等。沸石是一種三維空間結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)和空穴，其中斜發(fā)沸石對(duì)氨離子有強(qiáng)的選擇吸附能力，且價(jià)格低，因此工程上常用斜發(fā)沸石作為氨氮廢水的吸附材料。影響斜發(fā)沸石處理效果的因素有粒徑、進(jìn)水氨氮濃度、接觸時(shí)間、pH值等。

金相燦等研究了4種填料(天然沸石、陶粒、蛙石和土壤)對(duì)氨氮的吸附行為，結(jié)果表明沸石對(duì)氨氮的吸附效果明顯，蛙石次之，土壤與陶粒效果較差。沸石去除氨氮的途徑以離子交換作用為主，物理吸附作用很小，陶粒、土壤和蛙石3種填料的離子交換作用和物理吸附作用的效果相當(dāng)。4種填料的吸附量在溫度為15-35℃內(nèi)均隨溫度的升高而減小，在pH值為3-9范圍內(nèi)隨pH值升高而增大，振蕩6h均達(dá)到吸附平衡。蔣建國(guó)等探討了沸石吸附法去除垃圾滲濾液中氨氮可行性。

小試研究結(jié)果表明，每克沸石具有吸附15.5mg氨氮的極限潛力，當(dāng)沸石粒徑為30-16目時(shí)，氨氮去除率達(dá)到了78.5%，且在吸附時(shí)間、投加量及沸石粒徑相同的情況下，進(jìn)水氨氮濃度越大，吸附速率越大，沸石作為吸附劑去除滲濾液中的氨氮是可行的。同時(shí)指出沸石對(duì)氨氮的吸附速度較低，在實(shí)際運(yùn)行中沸石一般很難達(dá)到飽和吸附量。張曦等研究了生物沸石床對(duì)模擬村鎮(zhèn)生活污水中各形態(tài)氮及COD等污染物的去除效果。結(jié)果表明，生物沸石床對(duì)氨氮去除效果明顯且穩(wěn)定，去除率大于95%，對(duì)硝態(tài)氮的去除則受水力停留時(shí)間的影響較大。

離子交換法具有投資小、工藝簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)毒物和溫度不敏感、沸石經(jīng)再生可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。但處理高濃度氨氮廢水時(shí)，再生頻繁，給操作帶來(lái)不便，因此，需要與其他治理氨氮的方法聯(lián)合應(yīng)用，或者用于治理低濃度氨氮廢水。

7 土壤灌溉

土壤灌溉是將低濃度氨氮廢水直接作為肥料使用的方法。對(duì)于有些含有病菌、重金屬、有機(jī)及無(wú)機(jī)等有害物質(zhì)的氨氮廢水需經(jīng)預(yù)處理將其去除后再進(jìn)行灌溉。土壤灌溉要求氨氮濃度一般為幾十毫克每升。