宏森環(huán)保水處理：工業(yè)廢水中氨氮處理方法比較分析
文章作者: 宏森環(huán)保
近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源尤其是稀土資源產(chǎn)生了巨大需求。然而，稀土冶煉過程中會產(chǎn)生大量高氨氮廢水。我國已將氨氮納入了“十二五”環(huán)境污染物約束性控制指標(biāo)，對冶煉行業(yè)廢水排放制定了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定從2012年開始，鉛鋅行業(yè)廢水氨氮直接排放標(biāo)準(zhǔn)需控制在8mg/L以下。在此背景下，如何選用高效經(jīng)濟(jì)的方法對其進(jìn)行處理，已成為水污染控制工程技術(shù)研究的重點(diǎn)。
目前，工業(yè)氨氮廢水處理的方法主要有物理化學(xué)方法和生物方法，其中，常用的吹脫法、吸附法、膜技術(shù)、化學(xué)沉淀法、化學(xué)氧化法屬于物理化學(xué)方法。生物方法可分為傳統(tǒng)硝化反硝化法和新型的短程硝化反硝化法、同時(shí)硝化反硝化法、厭氧氨氧化法等。
但是由于水質(zhì)指標(biāo)的不同和工藝條件的限制，針對不同類別的廢水，采用的處理技術(shù)有很大差異，如在高濃度氨氮廢水處理過程中常采用吹脫-生物法、吹脫-折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀-生物法等;而在低濃度氨氮廢水處理中考慮到成本和效益問題常采用吸附法、生物法等。小編將對含氨氮廢水不同處理技術(shù)及其效果等進(jìn)行分析和總結(jié)，為其工業(yè)化處理過程中在選擇工藝方法和設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)提供參考。
高濃度氨氮廢水處理技術(shù)
高濃度氨氮廢水是指氨氮質(zhì)量濃度大于500mg/L的廢水。伴隨石油、化工、冶金、食品和制藥等工業(yè)的發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高，工業(yè)廢水和城市生活污水中氨氮的含量急劇上升，呈現(xiàn)氨氮污染源多、排放量大，并且排放的濃度增大的特點(diǎn)〔2〕。目前針對高氨氮廢水的處理技術(shù)主要使用吹脫法、化學(xué)沉淀法等。
吹脫法
將空氣通入廢水中，使廢水中溶解性氣體和易揮發(fā)性溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入氣相，使廢水得到處理的過程稱為吹脫，常見的工藝流程見圖1。
吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論。將氨氮廢水pH調(diào)節(jié)至堿性，此時(shí)，銨離子轉(zhuǎn)化為氨分子，再向水中通入氣體，使其與液體充分接觸，廢水中溶解的氣體和揮發(fā)性氨分子穿過氣液界面，轉(zhuǎn)至氣相，從而達(dá)到去除氨氮的目的。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為空氣吹脫，后者稱為蒸汽吹脫。
蒸汽吹脫法效率較高，氨氮去除率能達(dá)到90%以上，但能耗較大，一般應(yīng)用在煉鋼、化肥、石油化工等行業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是可回收利用氨，經(jīng)過吹脫處理后可回收到氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30%以上的氨水。空氣吹脫法的效率雖比蒸汽法的低，但能耗低、設(shè)備簡單、操作方便。在氨氮總量不高的情況下，采用空氣吹脫法比較經(jīng)濟(jì)，同時(shí)可用硫酸作吸收劑吸收吹脫出的氨氮，生成的硫酸銨可制成化肥。但是在大規(guī)模的氨吹脫-汽提塔生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生水垢是較棘手的問題。通過安裝噴淋水系統(tǒng)可有效解決軟質(zhì)水垢問題，可是對于硬質(zhì)水垢，噴淋裝置也無法消除。此外，低溫時(shí)氨氮去除率低，吹脫的氣體形成二次污染。因此，吹脫法一般與其他氨氮廢水處理方法聯(lián)合運(yùn)用，用吹脫法對高濃度氨氮廢水進(jìn)行預(yù)處理。
許多學(xué)者對吹脫法用于不同的氨氮廢水處理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分別得到其最佳吹脫工藝條件，見表1。
通過對比分析表1可以得出：
(1)吹脫法普遍適宜的pH在11附近
(2)考慮經(jīng)濟(jì)因素，溫度在30~40℃附近較為可行，且處理率高
(3)吹脫時(shí)間為3h左右
(4)氣液比在5000∶1左右效果較好，且吹脫溫度越高，氣液比越小
(5)吹脫后廢水的濃度可降低到中低濃度
(6)脫氮率基本保持90%以上。盡管吹脫法可以將大部分氨氮脫除，但處理后的廢水中氨氮仍然高達(dá)100mg/L以上，無法直接排放，還需要后續(xù)深度處理。
化學(xué)沉淀法(磷酸銨鎂沉淀法)
化學(xué)沉淀法的原理，是向氨氮污水中投加含Mg2+和PO43-的藥劑，使污水中的氨氮和磷以鳥糞石(磷酸銨鎂)的形式沉淀出來，同時(shí)回收污水中的氮和磷。
化學(xué)沉淀法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：工藝設(shè)計(jì)操作相對簡單;反應(yīng)穩(wěn)定，受外界環(huán)境影響小，抗沖擊能力強(qiáng);脫氮率高，效果明顯，生成的磷酸銨鎂可作為無機(jī)復(fù)合肥使用，因此解決了氮的回收和二次污染的問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
磷酸銨鎂沉淀法適用于處理氨氮濃度較高的工業(yè)廢水，表2總結(jié)了一些使用化學(xué)沉淀法處理氨氮廢水的案例。
通過對表2的比較，磷酸銨鎂沉淀法處理氨氮廢水的適宜條件是：pH約為9.0，n(P)∶n(N)∶n(Mg)在1∶1∶1.2左右，磷酸銨鎂沉淀法的脫氮率能維持在較高水平，普遍能夠達(dá)到90%以上。
低濃度氨氮工業(yè)廢水處理技術(shù)
由于技術(shù)和處理成本方面的原因，我國許多企業(yè)在排放污水時(shí)僅對COD進(jìn)行深度處理，而往往忽略了對低濃度氨氮的處理。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。氨氮是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素之一，對這類污水進(jìn)行回收利用時(shí)還會對管道中的金屬產(chǎn)生腐蝕作用，縮短設(shè)備和管道的壽命，增加維護(hù)成本。目前工業(yè)上常用于處理低濃度氨氮的技術(shù)主要有吸附法、折點(diǎn)氯化法、生物法、膜技術(shù)等。針對不同工業(yè)廢水，我們應(yīng)該采用的水處理工藝，建議大家可以去宏森環(huán)保官網(wǎng)咨詢水處理專家或者關(guān)注宏森環(huán)保微信公眾號，與我們聯(lián)系。
