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(lái),隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,對(duì)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高氨氮廢水。我國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(wèn)題常采用吸附法、生物法等。小編將對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)程稱為吹脫,常見(jiàn)的工藝流程見(jiàn)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(guò)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(guò)吹脫處理后可回收到氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)30%以上的氨水??諝獯得摲ǖ男孰m比蒸汽法的低,但能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)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(guò)程中,產(chǎn)生水垢是較棘手的問(wèn)題。通過(guò)安裝噴淋水系統(tǒng)可有效解決軟質(zhì)水垢問(wèn)題,可是對(duì)于硬質(zhì)水垢,噴淋裝置也無(wú)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(duì)高濃度氨氮廢水進(jìn)行預(yù)處理。
許多學(xué)者對(duì)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(jiàn)表1。
通過(guò)對(duì)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(wú)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(lái),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(duì)簡(jiǎn)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(wú)機(jī)復(fù)合肥使用,因此解決了氮的回收和二次污染的問(wèn)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(guò)對(duì)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(guó)許多企業(yè)在排放污水時(shí)僅對(duì)COD進(jìn)行深度處理,而往往忽略了對(duì)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(wú)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(yíng)養(yǎng)化的重要因素之一,對(duì)這類污水進(jìn)行回收利用時(shí)還會(huì)對(duì)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(duì)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(hào),與我們聯(lián)系。