氨氮廢水主要來源于化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場等,大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體富營養(yǎng)化、造成水體黑臭,給水處理的難度和成本加大,甚至對人群及生物產(chǎn)生毒害作用,針對氨氮廢水的處理工藝(2014年前)有生物法、物化法的各種處理工藝等。
| 中文名稱 | 氨氮廢水處理 | 處理方法 | 物化法,生物脫氮法 |
|---|---|---|---|
| 背景 | 化肥、石油化工等行業(yè)的迅速發(fā)展 | 流程工藝 | Bardenpho工藝 |
工業(yè)廢水處理設(shè)備給水曝氣生物濾池利用大顆粒輕質(zhì)陶粒濾料在升流條件下對原水中ss截濾率低、過濾水頭損失一般不超過5kPa、沖洗前后的過濾水頭變化小的特點,適當(dāng)降低對濾料比表面積指標(biāo)的要求,大幅提高濾速至16~20m/h,氣水比為0~0.5。在大顆粒輕質(zhì)陶粒濾料表面生物膜的生化與截濾雙重作用下,預(yù)處理出水氨氮<0.5mg/L,為微污染源水的處理提供了一種高效、節(jié)能、省地的處理工藝。
8. Bardenpho工藝
該工藝是在A/O工藝基礎(chǔ)上,增設(shè)了一個缺氧段和好氧段,各段反應(yīng)池均獨立運行,混合液自第一好氧池回流至第一缺氧池而第二好氧池?zé)o混合液回流(因而須注意,第二缺氧池和第二好氧池并非組成一級A/O工藝)所增設(shè)的缺氧段和好氧段起強(qiáng)化脫氨和提高處理出水水質(zhì)的作用。運行過程中,第一好氧池的內(nèi)部回流混合液、原水中的有機(jī)基質(zhì)及回流污泥進(jìn)入第一厭氧池,進(jìn)行反硝化脫氮。由于第一厭氧池進(jìn)水中含有較多內(nèi)碳源可利用因而具有較高的反硝化速率,但與其進(jìn)水中的食料比有關(guān)。好氧一池的容積一般可按F./M為0.25考慮;在厭氧二池中,由于好氧二池出水中有機(jī)物濃度較低,同時也沒有外加碳源因而反硝化菌主要通過內(nèi)源呼吸作用,以細(xì)胞內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化,因此反硝化效率較低,并與系統(tǒng)的污泥齡有關(guān)。但這種反硝化作用可有效地提高整個處理系統(tǒng)的反硝化程度,從而利于提高脫氮效率。必要時,可將少部分進(jìn)水引入?yún)捬醵匾赃m當(dāng)補(bǔ)充碳源,提高其反硝化速率。該工藝中好氧二池的主要作用是進(jìn)一步降低廢水中的有機(jī)物濃度,同時改善出水的表觀性狀由于增設(shè)了厭氧二池和好氧二池強(qiáng)化處理作用,該工藝的脫氮效率可以高達(dá)90%~95%(城市污水)。
9. BABE工藝
在通常的廢水生物處理工藝中,其污泥經(jīng)濃縮的上層液或氧化處理后脫水濾液均需返回至主體工藝進(jìn)行處理。由于污泥濃縮上層液或脫水濾液中富含氮,因而其向主體工藝的返回將增加主體工藝的處理負(fù)荷,從而影響處理出水中氮的指標(biāo)。BABE在運行過程中將以A/O方式運行的處理工藝主流程中回流污泥的一部分分流入BABE間歇曝氣池,BABE 所處理的對象為含有高濃度的TN的污泥濃縮上層液或污泥脫水濾液。通過BABE池的間歇曝氣運行,不僅有效地延長了處理工藝的污泥齡,并可對其進(jìn)液中的氮實現(xiàn)充分的硝化作用,同時由于BABE池的良好消化條件,即較低的有機(jī)負(fù)荷及良好的溫度控制(一般將溫度控制在30℃),有效地提高了污泥中硝化菌的數(shù)量。BABE池經(jīng)間歇曝氣后富含硝化菌的混合液、內(nèi)回流與進(jìn)水一起進(jìn)入A/O工藝主流程,可實現(xiàn)充分的反硝化脫氮,強(qiáng)化了系統(tǒng)對氮的去處作用。
目前隨著化肥、石油化工等行業(yè)的迅速發(fā)展壯大,由此而產(chǎn)生的高氨氮廢水也成為行業(yè)發(fā)展制約因素之一;據(jù)報道,2001年我國海域發(fā)生赤潮高達(dá)77次,氨氮是污染的重要原因之一,特別是高濃度氨氮廢水造成的污染。因此,經(jīng)濟(jì)有效的控制高濃度污染也成為當(dāng)前環(huán)保工作者研究的重要課題,得到了業(yè)內(nèi)人士的高度重視。氨氮廢水的一般的形成是由于氨水和無機(jī)氨共同存在所造成的,一般上pH在中性以上的廢水氨氮的主要來源是無機(jī)氨和氨水共同的作用,pH在酸性的條件下廢水中的氨氮主要由于無機(jī)氨所導(dǎo)致。廢水中氨氮的構(gòu)成主要有兩種,一種是氨水形成的氨氮,一種是無機(jī)氨形成的氨氮,主要是硫酸銨,氯化銨等等。
吹脫、蒸氨、生物法是三種國內(nèi)外公認(rèn)處理高濃度氨氮廢水的技術(shù)
吹脫、蒸氨、生物法是三種國內(nèi)外公認(rèn)處理高濃度氨氮廢水的技術(shù)
高濃度氨氮廢水對微生物有一定的抑制作用,但N同時又是微生物生長的一種不可缺少的營養(yǎng)元素。氨氮廢水的處理主要有以下的方法:如果氨氮超高的話,可先加氫氧化鈉調(diào)節(jié)水PH11左右,通過氨氮吹脫塔用空氣吹脫,去...
高氨氮廢水如何處理,我們著重介紹一下其處理方法:
1. 吹脫法
在堿性條件下,利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關(guān)系進(jìn)行分離的一種方法,一般認(rèn)為吹脫與溫度、PH、氣液比有關(guān)。
2. 沸石脫氨法
利用沸石中的陽離子與廢水中的NH4+進(jìn)行交換以達(dá)到脫氮的目的。應(yīng)用沸石脫氨法必須考慮沸石的再生問題,通常有再生液法和焚燒法。采用焚燒法時,產(chǎn)生的氨氣必須進(jìn)行處理,此法適合于低濃度的氨氮廢水處理,氨氮的含量應(yīng)在10--20mg/L。
3.膜分離技術(shù)
利用膜的選擇透過性進(jìn)行氨氮脫除的一種方法。這種方法操作方便,氨氮回收率高,無二次污染。例如:氣水分離膜脫除氨氮。氨氮在水中存在著離解平衡,隨著PH升高,氨在水中NH3形態(tài)比例升高,在一定溫度和壓力下,NH3的氣態(tài)和液態(tài)兩項達(dá)到平衡。根據(jù)化學(xué)平衡移動的原理即呂.查德里(A.L.LE Chatelier)原理。在自然界中一切平衡都是相對的和暫時的?;瘜W(xué)平衡只是在一定條件下才能保持"假若改變平衡系統(tǒng)的條件之一,如濃度、壓力或溫度,平衡就向能減弱這個改變的方向移動。"遵從這一原理進(jìn)行了如下設(shè)計理念在膜的一側(cè)是高濃度氨氮廢水,另一側(cè)是酸性水溶液或水。當(dāng)左側(cè)溫度T1>20℃,PH1>9,P1>P2保持一定的壓力差,那么廢水中的游離氨NH4+,就變?yōu)榘狈肿覰H3,并經(jīng)原料液側(cè)介面擴(kuò)散至膜表面,在膜表面分壓差的作用下,穿越膜孔,進(jìn)入吸收液,迅速與酸性溶液中的H+反應(yīng)生成銨鹽。
4.MAP沉淀法
主要是利用以下化學(xué)反應(yīng):Mg2++NH4++PO43-=MgNH4PO4
理論上講以一定比例向含有高濃度氨氮的廢水中投加磷鹽和鎂鹽,當(dāng)[Mg2 + ][NH4+][PO43 -]>2.5×10–13時可生成磷酸銨鎂(MAP),除去廢水中的氨氮。
5.化學(xué)氧化法
利用強(qiáng)氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣進(jìn)行脫除的一種方法。折點加氯是利用在水中的氨與氯反應(yīng)生成氨氣脫氨,這種方法還可以起到殺菌作用,但是產(chǎn)生的余氯會對魚類有影響,故必須附設(shè)除余氯設(shè)施。
傳統(tǒng)和新開發(fā)的脫氮工藝有A/O,兩段活性污泥法、強(qiáng)氧化好氧生物處理、短程硝化反硝化、超聲吹脫處理氨氮法方法等。
1.A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起,A段DO不大于0.2mg/L,O段DO=2~4mg/L。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機(jī)物水解為有機(jī)酸,使大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物,不溶性的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可溶性有機(jī)物,當(dāng)這些經(jīng)缺氧水解的產(chǎn)物進(jìn)入好氧池進(jìn)行好氧處理時,提高污水的可生化性,提高氧的效率;在缺氧段異養(yǎng)菌將蛋白質(zhì)、脂肪等污染物進(jìn)行氨化(有機(jī)鏈上的N或氨基酸中的氨基)游離出氨(NH3、NH4+),在充足供氧條件下,自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N(NH4+)氧化為NO3-,通過回流控制返回至A池,在缺氧條件下,異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮(N2)完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán),實現(xiàn)污水無害化處理。其特點是缺氧池在前,污水中的有機(jī)碳被反硝化菌所利用,可減輕其后好氧池的有機(jī)負(fù)荷,反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度可以補(bǔ)償好氧池中進(jìn)行硝化反應(yīng)對堿度的需求。好氧在缺氧池之后,可以使反硝化殘留的有機(jī)污染物得到進(jìn)一步去除,提高出水水質(zhì)。BOD5的去除率較高可達(dá)90~95%以上,但脫氮除磷效果稍差,脫氮效率70~80%,除磷只有20~30%。盡管如此,由于A/O工藝比較簡單,也有其突出的特點,目前仍是比較普遍采用的工藝。
2.兩段活性污泥法能有效的去除有機(jī)物和氨氮,其中第二級處于延時曝氣階段,停留時間在36小時左右,污水濃度在2g/l以下,可以不排泥或少排泥從而降低污泥處理費用。
3.強(qiáng)氧化好氧生物處理其典型代表有粉末活性炭法(PACT工藝)
粉末活性碳法的主要特點是向曝氣池中投加粉末活性炭(PAC)利用粉末活性炭極為發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和更大的吸附能力,使溶解氧和營養(yǎng)物質(zhì)在其表面富集,為吸附在PAC 上的微生物提供良好的生活環(huán)境從而提高有機(jī)物的降解速率。
近年來國內(nèi)外出現(xiàn)了一些全新的脫氮工藝,為高濃度氨氮廢水的脫氮處理提供了新的途徑。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厭氧氨氧化等。
4. 短程硝化反硝化
生物硝化反硝化是應(yīng)用最廣泛的脫氮方式,是去除水中氨氮的一種較為經(jīng)濟(jì)的方法,其原理就是模擬自然生態(tài)環(huán)境中氮的循環(huán),利用硝化菌和反硝化菌的聯(lián)合作用,將水中氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣以達(dá)到脫氮目的。由于氨氮氧化過程中需要大量的氧氣,曝氣費用成為這種脫氮方式的主要開支。短程硝化反硝化是將氨氮氧化控制在亞硝化階段,然后進(jìn)行反硝化,省去了傳統(tǒng)生物脫氮中由亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽,再還原成亞硝酸鹽兩個環(huán)節(jié)(即將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進(jìn)行反硝化)。該技術(shù)具有很大的優(yōu)勢:①節(jié)省25%氧供應(yīng)量,降低能耗;②減少40%的碳源,在C/N較低的情況下實現(xiàn)反硝化脫氮;③縮短反應(yīng)歷程,節(jié)省50%的反硝化池容積;④降低污泥產(chǎn)量,硝化過程可少產(chǎn)污泥33%~35%左右,反硝化階段少產(chǎn)污泥55%左右。實現(xiàn)短程硝化反硝化生物脫氮技術(shù)的關(guān)鍵就是將硝化控制在亞硝酸階段,阻止亞硝酸鹽的進(jìn)一步氧化。
5. 厭氧氨氧化(ANAMMOX)和全程自養(yǎng)脫氮(CANON)
厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽為電子受體直接被氧化成氮氣的過程。
厭氧氨氧化(Anaerobicammoniaoxidation,簡稱ANAMMOX)是指在厭氧條件下,以Planctomycetalessp為代表的微生物直接以NH4+為電子供體,以NO2-或NO3-為電子受體,將NH4+、NO2-或NO3-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過程。該過程利用獨特的生物機(jī)體以硝酸鹽作為電子供體把氨氮轉(zhuǎn)化為N2,最大限度的實現(xiàn)了N的循環(huán)厭氧硝化,這種耦合的過程對于從厭氧硝化的廢水中脫氮具有很好的前景,對于高氨氮低COD的污水由于硝酸鹽的部分氧化,大大節(jié)省了能源。目前推測厭氧氨氧化有多種途徑。其中一種是羥氨和亞硝酸鹽生成N2O的反應(yīng),而N2O可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮氣,氨被氧化為羥氨。另一種是氨和羥氨反應(yīng)生成聯(lián)氨,聯(lián)氨被轉(zhuǎn)化成氮氣并生成4個還原性[H],還原性[H]被傳遞到亞硝酸還原系統(tǒng)形成羥氨。第三種是:一方面亞硝酸被還原為NO,NO被還原為N2O,N2O再被還原成N2;另一方面,NH4+被氧化為NH2OH,NH2OH經(jīng)N2H4,N2H2被轉(zhuǎn)化為N2。厭氧氨氧化工藝的優(yōu)點:可以大幅度地降低硝化反應(yīng)的充氧能耗;免去反硝化反應(yīng)的外源電子供體;可節(jié)省傳統(tǒng)硝化反硝化反應(yīng)過程中所需的中和試劑;產(chǎn)生的污泥量極少。厭氧氨氧化的不足之處是:到目前為止,厭氧氨氧化的反應(yīng)機(jī)理、參與菌種和各項操作參數(shù)不明確。
全程自養(yǎng)脫氮的全過程實在一個反應(yīng)器中完成,其機(jī)理尚不清楚。Hippen等人發(fā)現(xiàn)在限制溶解氧(DO濃度為0.8·1.0mg/l)和不加有機(jī)碳源的情況下,有超過60%的氨氮轉(zhuǎn)化成N2而得以去除。同時Helmer等通過實驗證明在低DO濃度下,細(xì)菌以亞硝酸根離子為電子受體,以銨根離子為電子供體,最終產(chǎn)物為氮氣。有實驗用熒光原位雜交技術(shù)監(jiān)測全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器中的微生物,發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器處于穩(wěn)定階段時即使在限制曝氣的情況下,反應(yīng)器中任然存在有活性的厭氧氨氧化菌,不存在硝化菌。有85%的氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣。鑒于以上理論,全程自養(yǎng)脫氮可能包括兩步第一是將部分氨氮氧化為煙硝酸鹽,第二是厭氧氨氧化。
6. 好氧反硝化
傳統(tǒng)脫氮理論認(rèn)為,反硝化菌為兼性厭氧菌,其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。所以若進(jìn)行反硝化反應(yīng),必須在缺氧環(huán)境下。近年來,好氧反硝化現(xiàn)象不斷被發(fā)現(xiàn)和報道,逐漸受到人們的關(guān)注。一些好氧反硝化菌已經(jīng)被分離出來,有些可以同時進(jìn)行好氧反硝化和異養(yǎng)硝化(如Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5)。這樣就可以在同一個反應(yīng)器中實現(xiàn)真正意義上的同步硝化反硝化,簡化了工藝流程,節(jié)省了能量。
7.超聲吹脫處理氨氮
超聲吹脫法去除氨氮是一種新型、高效的高濃度氨氮廢水處理技術(shù),它是在傳統(tǒng)的吹脫方法的基礎(chǔ)上,引入超聲波輻射廢水處理技術(shù),將超聲波和吹脫技術(shù)聯(lián)用而衍生出來的一種處理氨氮的方法。將這兩種方法聯(lián)用不僅改進(jìn)了超聲波處理廢水成本較高的問題,也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)吹脫技術(shù)去除氨氮不佳的缺陷,超生吹脫法在保證處理氨氮的效果的同時還能對廢水中有機(jī)物的降解起到一定的提高作用。技術(shù)特點(1)高濃度氨氮廢水采用90年代高新技術(shù)--超聲波脫氮技術(shù),其總脫氮效率在70~90%,不需要投加化學(xué)藥劑,不需要加溫,處理費用低,處理效果穩(wěn)定。(2)生化處理采用周期性活性污泥法(CASS)工藝,建設(shè)費用低,具有獨特的生物脫氮功能,處理費用低,處理效果穩(wěn)定,耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng),不產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象,脫氮效率大于90%,確保氨氮達(dá)標(biāo)。
高濃度氨氮廢水處理
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高濃度氨氮廢水處理 廢水處理 , 高濃度廢水處理 , 高濃度 過量氨氮排入水體將導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化, 降低水體觀賞價值, 并 且被氧化生成的硝酸鹽和亞硝酸鹽還會影響水生生物甚至人類的健 康。因此,廢水脫氮處理受到人們的廣泛關(guān)注。目前, 主要的脫氮方 法有生物硝化反硝化、 折點加氯、氣提吹脫和離子交換法等。 消化污 泥脫水液、垃圾滲濾液、催化劑生產(chǎn)廠廢水、 肉類加工廢水和合成氨 化工廢水等含有極高濃度的氨氮( 500 mg/L 以上,甚至達(dá)到幾千 mg/L),以上方法會由于游離氨氮的生物抑制作用或者成本等原因而 使其應(yīng)用受到限制。 高濃度氨氮廢水的處理方法可以分為物化法、 生 化聯(lián)合法和新型生物脫氮法。 1 物化法 1.1 吹脫法 在堿性條件下,利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡 關(guān)系進(jìn)行分離的一種方法。 一般認(rèn)為吹脫效率與溫度、 pH、氣液比有 關(guān)。 王文斌等 [1] 對吹脫
高氨氮廢水處理泵
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高氨氮廢水處理泵 高氨氮廢水從氨氮廢水槽通過廢水處理泵提升, 用膜吸收法直接從氨氮廢水中分 離出游離氨制成高濃度的硫酸銨溶液, 繼而得到工業(yè)級的固體硫酸銨, 操作彈性 大,適于工業(yè)化應(yīng)用。 高氨氮廢水主要來自氮肥施用過程中的面源污染, 工業(yè)廢水排放導(dǎo)致的點源污染 及生活污水中氨氮。 目前應(yīng)用最多的方法是膜吸收法。 在膜工藝中也會用到污水 循環(huán)泵及加藥泵。 一:高氨氮廢水處理泵產(chǎn)品概述 高氨氮廢水處理泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、運行平穩(wěn)、維護(hù)容易、效率高、壽 命長,并有較強(qiáng)的自吸能力等優(yōu)點。 管路不需安裝底閥(通常建議客戶加裝底閥) , 工作前只需保證泵體內(nèi)儲有定量引液即可。 高氨氮廢水處理泵水泵啟動前先在泵殼內(nèi)灌滿水 (或泵殼內(nèi)自身存有水) 。啟動 后葉輪高速旋轉(zhuǎn)使葉輪槽道中的水流向渦殼, 這時入口形成真空, 使進(jìn)水逆止門 打開,吸入管內(nèi)的空氣進(jìn)入泵內(nèi),并經(jīng)葉輪槽道到達(dá)外緣。 二:高氨氮廢水
目前隨著化肥、石油化工等行業(yè)的迅速發(fā)展壯大,氨氮廢水的水量每年也在一斷增長,氨氮廢水排入水體不僅引起水體富營養(yǎng)化、造成水體黑臭,給水處理的難度和成本加大,甚至對人群及生物產(chǎn)生毒害作用,所以氨氮廢水必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后方可排放。

氨氮廢水是工業(yè)三高廢水之一,處理難度大,以前常用的處理方法是吹脫法,但這種方法存在很多缺點,漸漸被脫氨膜法取代。依斯倍環(huán)保脫氨膜法處理氨氮廢水不僅提高了氨氮的去除率還大大降低了能耗,為企業(yè)節(jié)省運行成本,是目前較受業(yè)主青睞的處理方法。希望每一家企業(yè)都能將廢水處理達(dá)標(biāo),這樣我們的生活環(huán)境才能越來越美。

氨氮廢水是在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的工業(yè)廢水,包括了大量氨氮元素,如果這些包含氨氮元素的工業(yè)廢水通過直接排放的方式排入江河湖泊,將會對我國的生物環(huán)境長生較大的不可逆轉(zhuǎn)的危害。氨氮廢水處理技術(shù)是通過科學(xué)的方法對氨氮廢水進(jìn)行凈化處理的污水處理系統(tǒng),使之變成可利用的生活資源,達(dá)到滿足工業(yè)生產(chǎn)的目的。文章主要針對氨氮廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展的難題及發(fā)展方向進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞:氨氮廢水;廢水處理技術(shù);發(fā)展瓶頸;發(fā)展方向

1 前言
工業(yè)時代對重工業(yè)的發(fā)展勢頭直至今日仍不見其減緩的意思,水泥加工廠、化肥生產(chǎn)廠等對環(huán)境造成極大地危害,而生產(chǎn)工廠現(xiàn)今仍是許多地區(qū)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)支柱,對氨氮廢水處理技術(shù)不可避免的引起了人們的熱議。而且氨氮廢水處理技術(shù)現(xiàn)已涉及到廣大人民的農(nóng)業(yè)活動、國家環(huán)境問題、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活等各方各面,隨之增加的還有其工作的困難性與復(fù)雜性。雖然有了近些年來眾多學(xué)者實踐總結(jié)出的經(jīng)驗,但是氨氮廢水處理技術(shù)也暴露出了大量問題。
2 產(chǎn)生故障因素
氨氮廢水處理技術(shù)的環(huán)境保護(hù)型發(fā)展概念至今已相當(dāng)成熟,它有一套完整的理論體系及分類方式。筆者通過對相關(guān)文獻(xiàn)的查詢,就這三個方面做出以下整理分析。
2.1自身技術(shù)受限
隨著工業(yè)新時代的來臨,人們的經(jīng)濟(jì)生活水平逐步提高,在追求更高生活標(biāo)準(zhǔn)的同時,對自身生活環(huán)境的要求也隨之增加。氨氮廢水處理技術(shù)如果技術(shù)過于陳舊、處理效率過低不僅會對廢物利用觀念下的污水廠系統(tǒng)專業(yè)的發(fā)展造成影響,而且對社會中各方面會產(chǎn)生負(fù)面的連帶作用。但是由于受到基礎(chǔ)化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)發(fā)展的限制,氨氮廢水處理技術(shù)到現(xiàn)在為止仍是一個技術(shù)難題。相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展速度緩慢,甚至停滯不前的原因表現(xiàn)在方方面面。其中主要有兩點十分突出,一方面是基礎(chǔ)物理進(jìn)展緩慢,氨氮廢水處理技術(shù)不達(dá)標(biāo),發(fā)展至今日,傳統(tǒng)化學(xué)除污廢水處理工藝仍是應(yīng)用比較廣的技術(shù),其廢水處理效率及效果已不在滿足生產(chǎn)需求;另一方面,傳統(tǒng)化學(xué)除污廢水處理工藝技術(shù)耗資巨大,所以導(dǎo)致許多廠家采取不配合的方式,醫(yī)用難度較大,到目前為止并沒有給人們帶來十分明顯的利益,也沒有引起人們足夠的重視。新型氨氮廢水處理技術(shù)一經(jīng)提出就得到了國際社會的廣泛關(guān)注,人們也對其營造的現(xiàn)代化的能源的由來方式充滿了無盡的向往。到目前為止該設(shè)備仍處于初始階段,但其已為人類帶來相應(yīng)的效益,發(fā)展勢頭一片良好。
2.2生物氨氮廢水處理技術(shù)發(fā)展受限
前文提到傳統(tǒng)的氨氮廢水處理技術(shù)是當(dāng)下工廠應(yīng)用較為廣泛的污水處理系統(tǒng),但是其在應(yīng)用過程中暴漏出大量的問題,其中有兩個方面較為突出,一方面,傳統(tǒng)氨氮廢水處理技術(shù)理論技術(shù)受限,造成處理效率過低的問題,即使工廠都配置了氨氮廢水處理系統(tǒng),其處理后的廢水人股能達(dá)到國家的廢水排放標(biāo)準(zhǔn);另一方面,廢水處理技術(shù)步驟過于繁雜,工廠如果配置一整套的污水處理系統(tǒng),將要引進(jìn)大量的機(jī)械設(shè)備,其將會占用大量的工廠建設(shè)面積,廢水處理費用也會成為工廠的一項較大開支,這會引起企業(yè)工廠的排斥反應(yīng),國建監(jiān)管難度較大。生物氨氮廢水處理技術(shù)是時下比較先進(jìn)的包括氨氮廢水處理在內(nèi)的污水處理系統(tǒng),他是生物學(xué)上的一個理論突破,為更為有效的廢水處理提供可一個新的思路,但是當(dāng)下該理論仍處于初步實行階段,相關(guān)的應(yīng)用受到極大的限制。
2.3氨氮廢水處理技術(shù)人員能力受限
因為傳統(tǒng)氨氮廢水處理技術(shù)受限,一個好的技術(shù)工作人員在整個氨氮廢水過程中起到的作用仍十分重大。技術(shù)工工作的準(zhǔn)確性直接影響到工程的進(jìn)展,甚至工作的成敗。故障產(chǎn)生的一個重要來源表現(xiàn)在對氨氮廢水處理機(jī)器的使用過程中產(chǎn)生的偏差,他們不良的甚至錯誤的操作方式,是產(chǎn)生這種誤差的主要原因,例如操作時時采取的習(xí)慣大相徑庭,觀測時選用的角度大相徑庭等。在操作過程中技術(shù)人員所造成的誤差也是造成鍛造過程檢定和測量出現(xiàn)差錯的一個重大緣由,對知識的掌握半生不熟、動手實踐能力相對較差、操作流程沒有搞明白等都可找到端疑,此外對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)也會使實驗結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。不管科學(xué)技術(shù)發(fā)展到何種水平,人在其中的作用仍是至關(guān)重要的不可忽視的,它的作用往往在于統(tǒng)領(lǐng)全局,所以只要人好對人的管理才不至于最后功虧一簣。
3 技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展方向
3.1傳統(tǒng)技術(shù)的革新依然是關(guān)鍵
加大資金投入,盡快發(fā)展相關(guān)理論(化學(xué)基礎(chǔ)研究)和技術(shù)水平(應(yīng)用化學(xué)),相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升,是解決氨氮廢水處理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展中問題的釜底抽薪的方法。在通信方式高度發(fā)達(dá)的今天,通過媒體的報道人們逐漸意識到了環(huán)境安全問題,所以環(huán)境安全問題就被人們推到了風(fēng)口浪尖的位置,運營商對其安全性的管理的壓力也與日俱增,保證其安全穩(wěn)定的運營成了重中之重。這應(yīng)當(dāng)引起各國政府以及相關(guān)民間,企業(yè)組織的足夠重視。只有通過這個方法才能解決現(xiàn)存的,才能解決的技術(shù)難題,使得氨氮廢水處理技術(shù)水平達(dá)到一個從所未有的新高度,這不僅可以給人帶來永久的利益,還會給人們帶來了永久性的便利收獲。大力發(fā)展相關(guān)理論(化學(xué)基礎(chǔ)研究)和技術(shù)水平(應(yīng)用化學(xué))方面的理論基礎(chǔ),以及提升相關(guān)的技術(shù)水平是當(dāng)下最應(yīng)該注意的東西。
3.2大力發(fā)展生物氨氮廢水處理技術(shù)
生物氨氮廢水處理技術(shù)是時下比較先進(jìn)的包括氨氮廢水處理在內(nèi)的污水處理系統(tǒng),他是生物學(xué)上的一個理論突破,為更為有效的廢水處理可提供一個新的思路,但是當(dāng)下該理論仍處于初步實行階段,相關(guān)的應(yīng)用受到極大的限制。但是其有效的氨氮廢水處理效率是值得人們對其投入較大的資金及人力的,在發(fā)展傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上,關(guān)注發(fā)展生物氨氮廢水處理技術(shù)是一種比較明智的發(fā)展選擇。微生物的深入研究是生物廢水處理的工作重點,找到能有效分解氨氮的微生物是研究方向,相信生物的力量永遠(yuǎn)是人類的技術(shù)無法超越的。
3.3生物氨氮廢水處理技術(shù)人員技術(shù)培養(yǎng)是重點
通過的人員的管理和其技術(shù)手段提升,來降低當(dāng)前故障排查工作毛病產(chǎn)生的原因是目前技術(shù)所限大背景下,一種最為快捷有效的解決方法,因此在操作過程中需盡可能的按照規(guī)程、規(guī)范來執(zhí)行。在操作過程中測量人員所造成的誤差也是造成電學(xué)計量檢定和測量出現(xiàn)差錯的一個重大緣由,對知識的掌握半生不熟、動手實踐能力相對較差、操作流程沒有搞明白等都是當(dāng)前工作的重點。通過大數(shù)據(jù)處理器與問題機(jī)械分析儀,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速收集與故障實時檢測的目的;通過氨氮廢水處理技術(shù)所用設(shè)備的故障實時智能檢測與機(jī)械正常安全運行使用的管理理念相結(jié)合,達(dá)到氨氮廢水處理技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)有的維修管理資源的目的。為提高氨氮廢水處理技術(shù)設(shè)備可靠安全的工作能力、為預(yù)防可怕的工作事故發(fā)生提供先進(jìn)的實用技術(shù)支持。
4 結(jié)束語
在人類科技文化迅速發(fā)展的今天,環(huán)保型經(jīng)濟(jì)發(fā)展的觀念已逐漸深入人心,未來社會將是一個環(huán)保文明的社會。人們對此抱著美好的憧憬同時政府及民間企業(yè)對其投資也十分巨大。氨氮廢水處理技術(shù)在人類未來社會中將扮演著至關(guān)重要的角色。它是發(fā)展環(huán)保型現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的技術(shù)基礎(chǔ),為人們的可持續(xù)發(fā)展提供發(fā)展便利,愿我們的生活多一分智能,心情多一些愉快,展望未來希望我們給予歲月文明。
混酸法制備氧化鐵紅〔1〕過程中會產(chǎn)生大量呈酸性的高濃度氨氮廢水,其經(jīng)燒堿中和沉淀法預(yù)處理后,其中的pH、色度、SS均可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求,但氨氮濃度仍然很高。目前,對于高氨氮廢水的處理技術(shù)主要包括折氯法〔2〕、吹脫法〔3〕、化學(xué)沉淀法〔4〕和生物脫氮法〔5〕等。其中,磷酸銨鎂(MAP)結(jié)晶沉淀法〔6〕,又稱鳥糞石結(jié)晶沉淀法,作為一種有效脫氨氮技術(shù),受到研究者的廣泛關(guān)注,已成功應(yīng)用于各種高濃度氨氮廢水的處理中。MAP法去除廢水中氨氮的原理是向廢水中投加鎂鹽和磷酸鹽,其中的Mg2+和PO43-在堿性條件下可與廢水中的NH4+發(fā)生反應(yīng)生成MgNH4PO4·6H2O,從而脫除廢水中的氨氮。
研究表明〔7〕,影響MAP脫氮效果的主要因素為廢水氨氮濃度、鎂鹽投加量、磷酸鹽投加量、pH以及反應(yīng)條件如反應(yīng)時間、反應(yīng)轉(zhuǎn)速等。由于可變因子多,利用常規(guī)的單因素實驗以及正交實驗并不能研究出各種因素之間的相關(guān)關(guān)系,無法得到因素與響應(yīng)值之間明確的函數(shù)表達(dá)式。而響應(yīng)面分析法〔8〕是基于多元二次回歸方程擬合各影響因素和響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系,對于實驗研究選取的條件和得到的結(jié)果,能夠進(jìn)行全方位的數(shù)學(xué)分析。與正交實驗相比,它具有更高的回歸方程精度和更多維度的分析,同時能夠顯示出各種不同因素之間的交互作用,因此被廣泛應(yīng)用于各類廢水的處理研究當(dāng)中?;诖?,筆者采用響應(yīng)面法對鳥糞石法處理氧化鐵紅廠高氨氮廢水進(jìn)行了優(yōu)化研究。
1 材料與方法
1.1 實驗廢水
實驗廢水取自廣東某氧化鐵紅廠經(jīng)燒堿中和沉淀法預(yù)處理后的氧化鐵紅生產(chǎn)廢水,其主要特點為氨氮濃度較高,可生化性差,呈弱堿性。其水質(zhì):pH 為8.5~9.0,氨氮為570~630 mg/L,色度 為4~8倍。
1.2 分析方法
NH3-N的測定采用納氏試劑分光光度法;正磷酸鹽的測定采用鉬酸銨分光光度法;Mg2+的測定采用EDTA滴定法。
1.3 實驗方法
取250 mL水樣置于500 mL燒杯中,將燒杯置于攪拌機(jī)上,攪拌(240 r/min)過程中按不同物質(zhì)的量比加入MgCl2·6H2O和無水Na2HPO4.反應(yīng)期間,用HCl或NaOH來調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH,反應(yīng)時間為20 min.反應(yīng)結(jié)束后,將溶液靜置30 min,取上清液進(jìn)行水質(zhì)分析;沉淀物經(jīng)預(yù)處理后,采用LS-15型掃描電鏡和XRD-6000型XRD衍射儀進(jìn)行分析〔9〕。
2 結(jié)果與討論
2.1 BBD分析實驗設(shè)計和結(jié)果
根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實驗原理,選取影響鳥糞石法處理氨氮廢水效果的3個主要因素pH、n(N)∶n(Mg)和n(N)∶n(P),設(shè)計了3因子3水平共 17 個實驗點的實驗方案。實驗方案和結(jié)果見表 1 ,其中實驗序號由Design-Expert 7.0軟件隨機(jī)產(chǎn)生。

2.2 實驗結(jié)果分析
2.2.1 曲面的擬合及分析
采用Design-Expert 7.0軟件對實驗結(jié)果進(jìn)行二次響應(yīng)曲面回歸,得到如下模型:

式中A、B、C均為各因素的實際值,D為氨氮去除率(%)。
對上述模型進(jìn)行了回歸系數(shù)顯著性分析,結(jié)果表明,該模型的Prob>F小于0.000 1,表示該模型是顯著的;同時,該模型的決定系數(shù)R2=0.999 9,調(diào)整決定系數(shù)Adj R2=0.999 7,說明該模型的擬合可靠性很高。因此,該模型能夠較為準(zhǔn)確地分析和預(yù)測鳥糞石法處理氧化鐵紅廠氨氮廢水的最佳反應(yīng)條件。對自變量的顯著性檢驗結(jié)果表明,A、B、C、BC、A2、B2、C2是顯著的模型因素。
2.2.2 最佳反應(yīng)條件的確定
對表 1的數(shù)據(jù)進(jìn)行降維分析,研究pH、n(N)∶ n(Mg)和n(N)∶n(P) 3個因素中某一因素固定時,其他2個因素對氨氮去除率的影響以及各因素之間的交互作用,結(jié)果如圖 1所示。

圖 1不同因素對氨氮去除率影響的三維曲面圖
由圖 1可知,以A為中心值時,B和C對氨氮去除率的影響的響應(yīng)面的等高線形狀為橢圓,說明 n(N)∶n(Mg)和n(N)∶n(P)交換作用顯著。分別以B和C作為中心值時,響應(yīng)面的等高線為圓形,說明反應(yīng)的pH和n(N)∶n(Mg)、n(N)∶n(P)之間并無顯著的交互作用,它們相互并不影響。
通過對模型的最優(yōu)化求解,得到氨氮去除率的最大估計值為99.77%,相應(yīng)的A(pH)的最優(yōu)解為9.39,B〔n(N)∶n(Mg)〕的最優(yōu)解為0.80,C〔n(N)∶n(P)〕的最優(yōu)解為0.80.
2.2.3 驗證實驗
為了進(jìn)一步考察模型的準(zhǔn)確性和實用性,在相同的條件下進(jìn)行了1組對照實驗,與相應(yīng)的模型預(yù)測值進(jìn)行比較,結(jié)果如表 2所示。

由表 2可知,模型的預(yù)測值與實際實驗值的最大相對誤差<5%,說明該模型具有良好的準(zhǔn)確性和預(yù)測效果。
2.2.4 出水正磷酸鹽的變化規(guī)律
磷屬于必須嚴(yán)格控制的常見污染物之一,在用鳥糞石法處理氧化鐵紅廠高氨氮廢水時必須控制出水中正磷酸鹽的濃度。出水中正磷酸鹽含量主要由Na2HPO4的投加量決定,Na2HPO4的投加量過大,不僅會造成浪費,而且會帶來出水磷超標(biāo)的二次污染。
取4份200 mL氨氮廢水加入到500 mL燒杯中,氨氮初始質(zhì)量濃度為580 mg/L.在n(N)∶n(Mg)=0.8∶1,反應(yīng)體系pH為9.39,攪拌速度為240 r/min,反應(yīng)時間為20 min的條件下,改變Na2HPO4的投加量,使n(N)∶n(P)分別為1.2、1.0、0.9、0.8,考察出水正磷酸鹽的變化規(guī)律,結(jié)果如表 3所示。

由表 3可知,采用鳥糞石法處理氧化鐵紅廠氨氮廢水時,在一定范圍內(nèi)提高Na2HPO4的投加量有利于氨氮的去除,Na2HPO4投加過量,會使出水正磷酸鹽濃度迅速升高,造成二次污染。由實驗結(jié)果可知,當(dāng)n(N)∶n(Mg)∶n(P)=0.8∶1∶1時,氨氮脫除率最高,但出水正磷酸鹽含量超標(biāo);當(dāng)n(N)∶n(Mg)∶n(P)=1∶1∶1時,出水正磷酸鹽含量能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),但此時出水氨氮濃度較高,須進(jìn)行進(jìn)一步處理。
2.2.5 鎂鹽投加量與出水水質(zhì)的關(guān)系
分析表 3可得,要使出水氨氮和正磷酸鹽均達(dá)標(biāo),在不改變其他反應(yīng)條件的情況下,可行的方法是不僅需要投加的MgCl2·6H2O和Na2HPO4過量,而且MgCl2·6H2O的投加量要高于Na2HPO4的投加量。因此,實驗固定n(N)∶n(P)=0.9∶1,通過提高鎂鹽的投加量,研究出水水質(zhì)隨鎂鹽投加量的變化規(guī)律。
取6份200 mL氨氮廢水加入到500 mL燒杯中,氨氮初始質(zhì)量濃度為580 mg/L.在反應(yīng)體系pH=9.39,反應(yīng)時間為20 min,攪拌速度為240 r/min的條件下,分別按照n(N)∶n(Mg)∶n(P)為0.9∶1∶1、0.9∶1.05∶1、0.9∶1.1∶1、0.9∶1.15∶1、0.9∶1.2∶1和0.9∶1.25∶1向廢水中投加一定量的MgCl2·6H2O和Na2HPO4,考察鎂鹽投加量與出水水質(zhì)的關(guān)系,結(jié)果如圖 2所示。

圖 2鎂鹽投加量與出水水質(zhì)的關(guān)系
由圖 2可以看出,當(dāng)投加的正磷酸鹽和鎂鹽均過量時,出水氨氮和正磷酸鹽濃度均隨著鎂鹽濃度的增加而下降。當(dāng)n(N)∶n(Mg)∶n(P)由0.9∶1∶1升高至0.9∶1.25∶1時,出水氨氮由26.78 mg/L下降至9.58 mg/L,同時出水正磷酸鹽由31.54 mg/L下降至2.42 mg/L.實驗結(jié)果表明,當(dāng)廢水中的氨氮濃度和正磷酸鹽投加量一定時,提高鎂鹽投加量,可在提高氨氮脫除效果的同時降低出水正磷酸鹽濃度。當(dāng)n(N)∶n(Mg)∶n(P)=0.9∶1.25∶1時,出水氨氮能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求,且出水正磷酸鹽濃度較低。
2.3 沉淀產(chǎn)物分析
鳥糞石法沉淀產(chǎn)物的分子式為MgNH4PO4·6H2O,根據(jù)其分子式可計算得出沉淀產(chǎn)物中氨氮、正磷酸鹽和鎂離子的理論值分別為285.24 、630.98 、495.29 mg/L。
收集鳥糞石法處理氧化鐵紅廠氨氮廢水的沉淀物,用蒸餾水洗凈過濾后,于40 ℃下烘48 h,并于使用前恒重30 min.稱取恒重后的沉淀物5.00 g,溶解于1 mol/L的稀鹽酸中,定容于1 L容量瓶中。根據(jù)測量方法的需要,分別稀釋成不同倍數(shù),分析溶液中的氨氮、正磷酸鹽和鎂離子含量。結(jié)果表明,沉淀物中氨氮、正磷酸鹽和鎂離子質(zhì)量濃度分別為259.28、720.33、446.92 mg/L,與MgNH4PO4·6H2O的理論值基本一致,說明沉淀物主要成分為鳥糞石。
對沉淀物進(jìn)行SEM和XRD表征,結(jié)果如圖 3和圖 4所示。

圖 3沉淀產(chǎn)物的SEM表征結(jié)果

圖 4沉淀物的XRD表征結(jié)果
由圖 3可以看出,沉淀物的形狀較為規(guī)則,具有斜方晶形的特點,且結(jié)構(gòu)緊密,與MgNH4PO4·6H2O的晶體結(jié)構(gòu)相近。由圖 4可以看出,沉淀物的特征峰與MgNH4PO4·6H2O的標(biāo)準(zhǔn)PDF圖譜基本吻合,因此可以進(jìn)一步確定該沉淀物的主要成分為鳥糞石。
3 結(jié)論
采用鳥糞石法對氧化鐵紅廠高氨氮廢水進(jìn)行處理,以pH、n(N)∶n(Mg)和n(N)∶n(P)為主要影響因素,通過響應(yīng)面法對處理過程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果表明:
(1)響應(yīng)面法能夠準(zhǔn)確地分析和預(yù)測pH、n(N)∶n(Mg)和n(N)∶n(P)對脫氨氮效果的影響,3個因素中只有n(N)∶n(Mg)和n(N)∶n(P)之間存在交互作用。
(2)通過二次曲面模型預(yù)測的最佳實驗條件∶ pH=9.40,n(N)∶n(Mg)∶n(P)=0.8∶1∶1,此條件下氨氮去除率為99.77%.該結(jié)果與實際實驗值吻合度高,相對誤差<5%.
(3)采用鳥糞石法處理氧化鐵紅廠氨氮廢水,當(dāng)n(N)∶n(Mg)∶n(P)=0.9∶1.25∶1時,可使出水氨氮和正磷酸鹽均達(dá)標(biāo),此時出水氨氮為9.58 mg/L,出水正磷酸鹽為2.42 mg/L.
(4)對沉淀物進(jìn)行的SEM和XRD表征結(jié)果顯示,沉淀物為結(jié)構(gòu)致密的方型晶體,沉淀物的特征峰與MgNH4PO4·6H2O的標(biāo)準(zhǔn)PDF圖譜基本吻合,因此可以確定該沉淀物的主要成分為鳥糞石。