吉丰科技介绍废水生物脱氮的基本原理

【资料简介】

　　废水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，先利用好氧段经硝化作用，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用，将氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮，即将转化为和 。在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，即将 (经反亚硝化)和 (经反硝化)还原为氮气，溢出水面释放到大气，参与自然界氮的循环。水中含氮物质大量减少，降低出水的潜在危险性，达到从废水中脱氮的目的。
 

　　该过程可分为三步:
 

　　一步是氨化作用，即水中的有机氮在氨化细菌的作用下转化成氨氮。(在普通活性污泥法中，氨化作用进行得很快，无需采取特殊的措施)
 

　　第二步是硝化作用，即在供氧充足的条件下，水中的氨氮先在亚硝酸菌的作用下被氧化成亚硝酸盐，然后再在硝酸菌的作用下进一步氧化成硝酸盐。
 

　　三步是反硝化作用，即在缺氧或厌氧的条件下，硝化产生的亚硝酸盐和硝酸盐在反硝化细菌的作用下被还原成氮气。
 

　　1废水脱氮技术
 

　　1.1吹脱法
 

　　吹脱、汽提法对于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质有较好的效果。吹脱法去氮是利用NH4+与NH3的动态平衡，将废水中的离子态铵，通过pH值的调节转化为分子态氨，向装置吹脱载气，游离的分子态氨利用气液接触带离水中。按载气方式的不同可分为空气和蒸汽吹脱[1]。低浓度废水在室温下用空气吹脱，而高浓度废水则常用蒸汽进行吹脱。吹脱是一个传质过程，即在高pH时，使废水与空气密切接触从而降低废水中氨浓度的过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差值。按载气方式的不同可分为空气和蒸汽吹脱。
 

　　与直接脱氮相比，加入脱氮剂的脱氮效果要更好一些。发现吹脱工艺对水量较少的高浓度氨氮废水的脱氮有较好的作用。对于浓度在8000~10000mg/L的NH3-N废水采用吹脱工艺处理时，采用水温45~55℃;气水比为3000~4500∶1;HRT为2~3h;pH在10.5~11.5之间，脱氮剂采用椰油酸系列的复合制剂，吹脱时间不小于2h时,氨氮的去除率*高。
 

　　以平均氨氮浓度550mg/L以上的猪场废水为研究对象，利用高效复合脱氮剂物化法处理高浓度氨氮废水。试验证明与直接脱氮相比，投加高效复合脱氮剂能够降低反应时间，提高氨氮去除率，*高可提高7.6%。但脱氮剂投加量变化对氨氮去除率影响较低。
 

　　除了采用脱氮剂的方法，还可采用联合工艺去氮。利用蒸氨-吹脱法联合处理工艺处理高浓度脂肪胺污水。污水的氨氮浓度高达21985mg/L，COD8925mg/L，设计污水处理量200t/d。针对脂肪胺污水中有油类的存在，所以先利用混凝剂和液碱调整pH，使有机胺破乳分离，铵盐亦转化为游离氨。再依次进入蒸氨和吹脱。结果表明，利用蒸氨-吹脱法处理法后出水氨氮可降低至600mg/L以下，经过进一步处理可达国家一排放标准。但蒸氨-吹脱法工艺成本较高，不适于水量大，氨氮含量低的水量。而且运行中要注意对蒸氨系统进行清洗维护。
 

　　1.2折点氯化法
 

　　折点氯化法是在低浓度氨氮废水中加入次氯酸钠或气，依靠次氯酸钠和气的强氧化性，将废水中的氨氮氧化为N2的脱氮方法。
 

　　理论上，将气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量较低而氨氮的浓度降为零，当气通入量超过该点时，水中的游离氯增多，即自由余氯。因此，将氨氮全转化为氮气时气通入量点称为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。
 

　　利用折点加氯法率处理时所需的实际气量取决于温度、pH值及氨氮浓度。理论需氯量取决于氨氮的浓度，两者质量比为7.6:1，实际应用中为了保证*反应，一般氧化lmg氨氮需加9~10mg的氯。pH值在6~7时为佳反应区间，接触时间为0.5~2h。虽然氯化法反应迅速，所需设备投资少，但液的安全使用和贮存要求较严，处理成本也较高。若用次氯酸或二氧化氯发生装置代替使用液，可以缓解安全问题，但成本又有增加。副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染，增加出水对生物致癌、致畸的潜在危险性。折点氯化法处理后的出水在排放前一般需用活性炭或O2进行反氯化，以去除水中残余的氯。因此氯化法一般用于给水处理，对于大水量高浓度氨氮废水的处理常用于深度处理中。
 

　　用折点氯化法处理高氨氮含钴废水进行了试验及工程实践，利用吹脱法先去除废水中70%的氨氮，再利用折点加氯法，出水氨氮低至15mg·L-1以下。城市污水试验表明，折点氯化法脱氨可以使出水氨氮质量浓度<0.1mg·L-1。
 

　　采用折点氯化处理稀土冶炼废水发现pH为7，反应时间控制在10～15min时，废水中NH4+-N去除率达98%。同时与中和后的草酸沉淀母液处理发现Cl/NH4+为8:1效果好。反应对pH、Cl/NH4+投入比的要求较为，在实际工程中需要准确操作。反应后余氯含量高于废水排放标准，去除率达98%以上，在折点氯化反应后投加适量Na2SO3还原余氯，可使余氯得到有效去除，且费用较低。
 

　　1.3离子交换法
 

　　离子交换是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程。常规的离子交换树脂不具备对氨离子的选择性，故不能用作从废水中去除氨氮，目前常用沸石作为去除氨氮的离子交换体。
 

　　沸石是一类多空含水的架状铝硅酸盐矿物，它的骨架结构由硅(铝)氧四面体通过氧桥相互连接构成，由于硅连接方式的不同，形成了很多孔穴和孔道。孔穴和孔道会被具有移动性的阳离子和水填充，可进行阳离子交换，加热可使水从沸石中脱出，而沸石结构不会破坏。氨有很强的性，且分子小于沸石孔径，斜发沸石对氨氮有较高的选择性，其交换能力远大于活性炭和离子交换树脂。通过物理、化学方法处理可提高沸石的孔隙率和阳离子交换能力，对氨氮的处理容量和选择性进一步增强。
 

　　近年来，国内外大量研究了斜发沸石和丝光沸石在微污染饮用水源处理中的应用。沸石是一种廉价的无机非金属矿，在净水方面有有取代昂贵的活性炭目的趋势，利用它去除水中的氨氮效率高，工艺简单，易再生，处理成本低，可为水中氨氮的去除提供一条高效、经济的新途径。
 

　　1.4生物脱氮法
 

　　生物脱氮是在硝化细菌和反硝化细菌的联合作用下将废水中的含氮污染物转化为氮气的过程。生物脱氮主要是经过以下步骤进行的：
 

　　1.4.1氨化反应
 

　　氨化反应是指有机氮在微生物细胞外经一系列复杂反应转化为氨氮的反应过程。有机氮中氮的价态一般为负三价，与氨氮中氮的价态一致，反应能量来自于自身的氧化还原反应，所以氨化反应比较容易进行。氨化反应时维持地球氮平衡的重要反应之一，避免了有机氮的堆积。
 

　　1.4.2亚硝酸氧化
 

　　在好氧条件下，亚硝酸氮能够迅速转化为硝氮。亚硝酸氧化和好氧氨氧化是硝化反应的组成部分。亚硝酸盐氧化菌是化能自养型微生物，通过氧化亚硝酸盐释放能量来维持其生命活动。反应过程迅速，不消耗酸碱。
 

　　1.4.3反硝化
 

　　缺氧状态下，反硝化菌能将硝酸盐氮转化为氮气，是生物脱氮的后一步，常利用于污水处理中。反硝化菌分为自养型和异养型。自养反硝化菌以氢、铁或硫化物为能量来源，无机碳作为碳源合成细胞。而异养反硝化菌以有机物为碳源，电子受体为能量来源。自然界中常见的是异养型反硝化菌。
 

　　生物脱氮是涉及到众多生物的反应联合。针对生物脱氮成本低、效果好开发出了多种生物脱氮路径，如常见的A2O工艺，SBR工艺，氧化沟工艺等。如今人们更加注重各个工艺间的相互配合，提高生物活性，加强氨氮去除率。