水中硝酸根离子氨氮的去除

水中氨氮的去除方法废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。

生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。

水中氨氮的去除方法有多种，但目前常见的除氮工艺有生物硝化与反硝化、沸石选择性交换吸附、空气吹脱及折点氯化等。

下面我们详细介绍一下这几种水中氨氮的去除方法：一、生物硝化与反硝化(生物陈氮法)(一) 生物硝化在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。

生物硝化的反应过程为：由上式可知：(1)在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧；(2)硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度(以CaCO3计) 。

影响硝化过程的主要因素有：(1)pH值?? 当pH值为～时(20℃)，硝化作用速度最快。

由于硝化过程中pH将下降，当碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在以上；(2)温度?? 温度高时，硝化速度快。

亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃，在15℃以下其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜；(3)污泥停留时间?? 硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为＝～(温度20℃，～。

为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。

在实际运行中，一般应取＞2 ,或＞2 ；(4)溶解氧?? 氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。

一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上；(5)BOD负荷?? 硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。

若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而佼白养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。

所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在(BOD5)/kg(SS).d以下。

(二) 生物反硝化在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。

反硝化过程中的电子供体(氢供体)是各种各样的有机底物(碳源)。

以甲醇作碳源为例，其反应式为：6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使NO3--N、NO2--N被还原，而且还可位有机物氧化分解。

影响反硝化的主要因素：(1)温度? 温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。

一般，以维持20～40℃为宜。

苦在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；(2)pH值? 反硝化过程的pH值控制在～；(3)溶解氧? 氧对反硝化脱氮有抑制作用。

一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；(4)有机碳源? 当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TN＞(3～5)时，可无需外加碳源。

当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。

外加有机碳多采用甲醇。

考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般为NO3--N的3倍。

此外，还可利用微生物死亡；自溶后释放出来的那部分有机碳，即"内碳源"，但这要求污泥停留时间长或负荷率低，使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期，因此池容相应增大。

二、沸石选择性交换吸附沸石是一种硅铝酸盐，其化学组成可表示为(M2+，2M+) (m＝2～10，n＝0～9)，式中M2+代表Ca2+、Sr2+等二价阳离子，M+代表Na+、K+等一价阳离子，为一种弱酸型阳离子交换剂。

在沸石的三维空间结构中，具有规则的孔道结构和空穴，使其具有筛分效应，交换吸附选择性、热稳定性及形稳定性等优良性能。

天然沸石的种类很多，用于去除氨氮的主要为斜发沸石。

斜发沸石对某些阳离子的交换选择性次序为：K+，NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+。

利用斜发沸石对NH4+的强选择性，可采用交换吸附工艺去除水中氨氮。

交换吸附饱和的拂石经再生可重复利用。

溶液pH值对沸石除氨影响很大。

当pH过高，NH4+向NH3转化，交换吸附作用减弱；当pH 过低，H+的竞争吸附作用增强，不利于NH4+的去除。

通常，进水pH值以6～8为灾。

当处理合氨氮10～20mg/L的城市严水时，出水浓度可达lmg/L以下。

穿透时通水容积约100～150床容。

沸石的工作交换容量约×10-3n-1mol/g左右。

吸附铵达到饱和的沸石可用5g/L的石灰乳或饱和石灰水再生。

再生液用量约为处理水量的3～5%。

研究表明，石灰再生液中加入的NaCl，可提高再生效率。

针对石灰再生的结垢问题，亦有采用2％的氯化钠溶液作再生液的，此时再生液用量较大。

再生时排出的高浓度合氨废液必须进行处理，其处理方法有：(1)空气吹脱吹脱的NH3或者排空，或者由量H2S04吸收作肥料；(2)蒸气吹脱冷凝液为1%的氨溶液，可用作肥料；(3)电解氧化(电氯化) 将氨氧化分解为N2。

三、空气吹脱在碱性条件下(pH＞，废水中的氨氮主要以NH3的形式存在(图20-2)。

让废水与空气充分接触，则水中挥发性的NH3将由液相向气相转移，从而脱除水中的氨氮。

吹脱塔内装填木质或塑料板条填料，空气流由塔的下部进入，而废水则由塔顶落至塔底集水池。

具体参见更多相关技术文档。

影响氨吹脱效果的主要因素有：(1)pH值? 一般将pH值提高至～；(2)温度? 水温降低时氨的溶解度增加，吹脱效率降低。

例如，20℃时氨去除率为90～95％，而10℃时降至约75%，这为吹脱塔在冬季运行带来困难；(3)水力负荷? 水力负荷(m3/m2．h)过大，将破坏高效吹脱所需的水流状态，而形成水幕；水力负荷过小，填料可能没有适当湿润，致使运行不良，形成干塔。

一般水力负荷为～5m3/m2．h；(4)气水比? 对于一定塔高，增加空气流量，可提高氨去除率；但随着空气流量增加，压降也增加，所以空气流量有一限值。

一般，气/水比可取2500～5000(m3/m2)；(5)填料构型与高度? 由于反复溅水和形成水滴是氨吹脱的关键，因此填料的形状、尺寸、间距、排列方式够都对吹脱效果有影响。

一般，填料间距40～50mm，填料高度为6～。

若增加填料间距，则需更大的填料高度；(6)结垢控制? 填料结垢(CaCO3)特降低吹脱塔的处理效率。

控制结垢的措施有：用高压水冲洗垢层；在进水中投加阻垢剂：采用不合或少含CO2的空气吹脱(如尾气吸收除氨循环使用)；采用不易结垢的塑料填料代替木材等。

空气吹脱法除氨，去除率可达60～95%，流程简单，处理效果稳定，基建费和运行费较低，可处理高浓度合氨废水。

但气温低时吹脱效率低，填科结垢往往严重干扰运行，且吹脱出的氨对环境产生二次污染。

四、折点氯化投加过量氯或次氯酸钠，使废水中氨完全氧化为N2的方法，称为折点氯化法，其反应可表示为：NH4+十→十十+十由反应式可知，到达折点的理论需氯(C12)量为kg(NH3-N)，而实际需氯量在8～10kg/kg(NH3-N)。

在pH＝6～7进行反应，则投药量可最小。

接触时间一般为～2h。

严格控制pH值和投氯量，可减少反应中生成有害的氯胺(如NCl3)和氯代有机物。

折点氯化法对氨氮的去除率达90～100%，处理效果稳定，不受水温影响，基建费用也不高。

但其运行费用高；残余氯及氯代有机物须进行后处理。

在目前采用的四种脱氮工艺中，物理化学法由于存在运行成本高、对环境造成二次污染等问题，实际应用受到-定限制。

而生物脱氮法能饺为有效和彻底地除氮，且比较经济，因而得到较多应用。

水中硝酸盐的脱除1 物理化学法(1) 膜分离法膜分离法包括反渗透和电渗析两种。

反渗透膜对硝酸根无选择性,但各种离子的脱除率与其价数成正比。

常用的反渗透膜主要是醋酸酯膜,也可使用聚胺酯膜和其它复合膜。

反渗透在除去硝酸盐的同时也将除去其它的无机盐,因此反渗透法将降低出水的矿化度。

为延长反渗透膜的使用寿命,反渗透法须对进水进行预处理以减少矿物质、有机物、水中其它悬浮物在膜上的沉积结垢以及污染物、pH 值波动对膜的伤害。

电渗析使用半透膜可选择性地脱除离子。

与传统的电渗析相比,可逆电极的电渗析工艺减少了膜上的结垢及化学药剂的用量,可用于从苦水和海水中生产饮用水。

电渗析和反渗透的脱硝效率差不多。

电渗透脱硝法只适用于软水。

一种被称为NitRem 的新型电渗装置可选择性地脱除硝酸盐,能将硝酸根浓度从50 mg/ L以上降低到25 mg/ L以下。

该装置的另一优点是无须使用任何化学药剂。

膜分离法适于小型供水设施,其缺点是费用高(尤其是电渗透法) ,产生浓缩废盐水,存在着废水排放问题[17]。

(2) 离子交换法离子交换是让要处理的水通过一强碱性树脂床,水中的硝酸根与氯离子或重碳酸根换,直到树脂的交换容量耗尽。

用过的树脂用氯化钠或重碳酸钠浓溶液再生,也可以用海水再生。

离子交换工艺的发展比较成熟,但由于担心树脂中有机物的渗出对水的污染,影响了该工艺在饮用水处理中的应用。

经研究,树脂不但不会向被处理水中释放有毒物质,还能吸附水中的微污染物[20]。

目前,离子交换工艺已成为饮用水脱硝的主要手段之一。

1985 年,法国有6 套处理能力为60 m3/ h 的离子交换装置用于饮用水的脱硝处理。

1992 年美国已建成15个-4 > NO -3 > HCO -3 > Cl - ,离子交换脱硝厂。

普通的阴离子交换树脂对离子的选择性是:SO2因此应用离子交换脱硝法,树脂中的氯离子将水中所有的硫酸根离子、硝酸根离子和约一半的重碳酸根离子交换掉。

其缺点是使出水中氯离子浓度增加,并且再生剂用量也比较大。

研究表明部分再生(60 %) 比完全再生(95 %) 更为经济。

对普通的离子交换工艺的改进之一是CARIX 离子交换工艺[21 ]此工艺将弱酸树脂和重碳酸盐形式的弱碱树脂结合,将两种树脂放在混合床中,用二氧碳再生树脂。

由于无须用盐再生树脂,因而减少了废水中盐的含量,所用的二氧化碳也可重复使用。

但CARIX的工艺复杂,管理困难,并且由于碳酸是弱酸,树脂再生后只恢复5%～10 %的总交换容量。

离子交换法的另一种改进工艺是硝酸根选择性树脂,该工艺可以不受被处理水中硫酸盐的影响,从而降低了树脂再生的频度,同时也减少了高含盐废水的排放量。

但这种树脂的交换容量较低[22 ]。

离子交换工艺适合于中小城市使用,目前国外已有多座离子交换脱氮厂投入运行。

离子交换工艺对原水中的硫酸根离子、氯离子以及水中的有机物比较敏感,同时使出水中氯离子浓度升高、pH 值降低,对管道有腐蚀作用,因而要对出水进行后续处理。

离子交换工艺的最大缺点是产生浓缩废盐水。

在沿海城市废水可直接排入大海[17]。

2 生物反硝化法在缺氧的情况下,兼性厌氧菌首选硝酸根进行其呼吸作用,将NO-3还原为N2:NO -3 + 6H++ 5e - = 1/ 2 N2 (g) + 3H2O异养菌和自养菌可分别通过上述过程将有机物和无机物氧化,从而获得所需的能量。