（环境工程专业论文）adc发泡剂废水治理新工艺研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 a d c 发泡剂废水是一种含有高浓度氨氮的工业废水，其成分复杂，治理相当 困难。课题以江苏索普化工有限公司a d c 发泡剂废水为研究对象，采用物化预 处理和生化处理相结合的工艺对其进行试验研究。 课题分为两个部分，第一部分为物化预处理试验，采用的方法为超声吹脱法； 该法是在传统空气吹脱法的基础上，将超声波降解技术和吹脱技术联用而衍生出 来的一种新型、高效的高浓度氨氮废水处理技术。试验中主要考察了p h 值、初 始氨氮浓度、温度及吹脱时间等因素对氨氮的去除效果产生的影响。人工配水试 验结果表明：在较低初始氨氮浓度条件下，氨氮的去除效果不理想；而在较高初 始氨氮浓度条件下，氨氮去除率则有了明显的提升，最高可接近9 0 ，即随着初 始氨氮浓度的提高，氨氮去除率是呈上升趋势的。随着p h 值的升高，氨氮的去 除率也呈上升趋势，并在p h = ll 时达到最佳；当p h = 1 1 时，废水中氨氮的去除率 随着反应温度的升高、吹脱时间的延长，都表现出了上升的趋势。在超声波功率 为i o o w ，气液比为5 0 0 ：1 的情况下，试验确定最佳氨氮去除工艺条件为p h - - l l ， 温度t = 3 0 c ，吹脱时间t = 8 0 m i n 。在最佳工艺条件下对a d c 发泡剂废水的治 理取得了很好的效果，较高初始氨氮浓度条件下，超声吹脱法对废水中氨氮的去 除率高于7 5 ，最高甚至超过9 0 。第二部分为生化处理试验，采用a d a t - i a t ( a n o x i c d e m a n da e r a t i o nt a n k - i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt a n k ) 工艺与短程硝化反硝 化技术相结合对a d c 发泡剂废水进行脱氮研究。试验结果表明：利用低d o 浓 度( 1 0 r a g l ) 能够导致a d a t - i a t 工艺d a t 池内亚硝酸盐氧化茵的抑制或淘洗， 实现d a t 池短程硝化，进而实现a d a t - i a t 工艺的短程硝化反硝化生物脱氮。 在系统运行正常，a d c 发泡剂废水平均进水氨氮浓度2 8 0 i m g n h 4 + - n l 的情况 下，平均出水氨氮浓度仅为1 2 3 m g n h 4 + - n l ，去除率超过9 5 ；系统长期维持低 d o 浓度，d a t 池短程硝化过程稳定，平均亚硝化率可达8 2 1 ，最高可达9 0 以上，而且没有发生由丝状菌引起的污泥膨胀，污泥絮凝密实并出现污泥颗粒化 现象，沉降性能大大提高，污泥s v i 值始终保持在9 0 - 1 2 5 m l g 范围内。 江苏大学硕士学位论文 关键词：a d c 发泡剂，高浓度氨氮，超声吹脱，a d a t - i a t ，d o ，短程硝化反 硝化 玎 江苏大学硕士学位论文 a b s tr a c t a d cf o a m i n ga g e n t sw a s t e w a t e ri sah i g h - s t r e n g t ha m m o n i u mi n d u s t r i a l w a s t e w a t e rc o n t a i n i n gm a n yc o m p l e xc o m p o n e n t s ，w h i c hi sv e r yd i f f i c u l tt ot r e a t i n t h i sp a p e r ，a d cf o a m i n ga g e n t sw a s t e w a t e rp r o d u c e db yj i a n g s us u o p uc h e m i c a l i n d u s t r yc o m p a n yl t d w a st a k e na st h er e s e a r c hs u b j e c ta n dt r e a t e db yt h ec o m b i n e d t e c h n o l o g y ( p h y s i c a lc h e m i s t r yp r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g ya n db i o c h e m i s t r yt r e a t m e n t t e c h n o l o g y ) t h i sp a p e ri n v o l v e st w oe x p e r i m e n t a lp h a s e s i nt h ef i r s te x p e r i m e n t a lp h a s e ， u l t r a s o n i cs l r i p p m gt e c h n o l o g yw a sa d o p t e dt ot r e a tt h e a r t i f i c i a lw a s t e w a t e r u l t r a s o n i cs t r i p p i n gt e c h n o l o g yi san e w - t y p ea n dh i g he f f i c i e n tm e t h o dt og e tr i do f h i g l lc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e ni n w a s t e w a t e r t h i sw a yd e r i v e sf r o m c o m b i n i n gt h e t r a d i t i o n a la m i m o n i as t r i p p i n gt e c h n o l o g yw i t hu l t r a s o n i c ，b a s e do nt h e t r a d i t i o n a la m m o n i as t r i p p i n gt r e a t m e n t i nt h i se x p e r i m e n t ，t h ee f f e c t so fp hv a l u e ， i n i t i a la m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r ea n du l t r a s o n i cs t r i p p i n gt i m eo n t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yw e r es t u d i e d t h es t u d yi n d i c a t e dt h a tu n d e r t h ec o n d i t i o no fl o wi n i t i a la m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n ，t h ea m m o n i an i t r o g e n r e m o v a le f f i c i e n c yw a sn o th i 【g h u n d e rt h ec o n d i t i o no fh i g hi n i t i a la m m o n i an i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n ，t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yw a sm u c hb e a e rt h a nt h a to f l o wc o n c e n t r a t i o n ，t h eh i g h e s tr e m o v a le f f i c i e n c yn e a r l ya r r i v e da t9 0 ，i e ，“t l lt h e i n c r e a s eo fi n i t i a la m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n ，t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a l e f f i c i e n c yw a si n c r e a s e d ，a n dw h e np hv a l u er e a c h e dii ，t h eh i g h e s te f f i c i e n c yw a s a c h i e v e d ：w h e np hv a l u ew a sa r o u n d11 ，t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c y w a si n c r e a s e d 、析t l lt h er i s eo ft e m p e r a t u r ea n du l t r a s o n i cs t r i p p i n gt i m e a tt h es a m e t i m e ，t h eo p t i m i z e dp r o c e s sc o n d i t i o n sf o ra m m o n i an i t r o g e nw a s t e w a t e rt h r o u g ht h e u l t r a s o n i cs t r i p p i n ga r ep ho f11 ，t e m p e r a t u r eo f3 0 c ，s t r i p p i n gt i m eo f8 0 m i n u n d e r t h eo p t i m i z e dp r o c e s sc o n d i t i o n s ，ag o o dt r e a tr e s d to nt h er e a la d cf o a m i n ga g e n t s w a s t e w a t e rw a sg a i n e db yu l t r a s o n i cs t r i p p i n ga n du n d e rt h ec o n d i t i o no fh j l g hi n i t i a l a m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n ，t h ea m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yb e y o n d i i i 江苏大学硕士学位论文 7 5 ，e v e nt o9 0 i nt h es e c o n de x p e r i m e n t a lp h a s e ，t h ea d a t - i a t ( a n o x i c d e m a n da e r a t i o nt a n k i n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt a n k ) t e c h n o l o g yw i l l sc o m b i n e d 、析t l lt h e s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o n t e c h n i q u e t ot r e a tt h ea d cf o a m i n ga g e n t s w a s t e w a t e r t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a ti tw a sp o s s i b l et or e a l i z es h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o nb i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a li na d a t - i a tp r o c e s sb y k e e p i n gt h ed oc o n c e n t r a t i o na tal o wl e v e l ( 1 0 m g l ) a n dag o o dt r e a t m e n tr e s u l to n t h ea d cf o a m i n ga g e n t sw a s t e w a t e rw a so b t a i n e d w h e na d a t - i a ts y s t e mr a n p r o p e r l y a n dt h e a v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fi n l e ta m m o n i a n i t r o g e n w a s 2 8 0 1m g n r t 4 十- n l ，t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fo u t l e ta m m o n i an i t r o g e nw a so n l y 12 3 m g n h 4 十- n lw h i c hm e a n san i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yo v e r9 5 ；i tc o u l d r e a l i z es h o r t c u tn i t r i f i c a t i o ni nd a tw h e nt h ed oc o n c e n t r a t i o nw a sl o w i tc o u l d r e s t r a i nt h eg r o w t ho fn i t r i t eo x i d i z eb a c t e r i u ma n dk e e pt h en i t r i t ea c c u m u l a t i o na ta l l i g hl e v e l ( t h ea v e r a g en i t r i t ea c c u m u l a t i o nr a t i ow a s8 2 1 ，e v e no v e r9 0 ) ：t h e r e w a sr i oe f f e c to nt h es h o r t c u tn i t r i f i c a t i o ni nd a tw h i c hh a db e e nf o r m e du n d e rt h e c o n d i t i o no fl o wd o ，e i t h e rb yr e d u c i n gt h ei n l e ta m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o no r b yi n c r e a s i n gt h ed oc o n c e n t r a t i o n ；t h e r ew a sn os l u d g eb u l k i n gt a k ep l a c eu n d e rt h e c o n d i t i o no fl o wd oi na d a t - i a t ，a n dt h es v im a i n t a i n e da ta p r o p e rl e v e lo f9 0 - - 12 5 m l gw h i c hm e a n sag o o ds l u d g es e t t l e a b i l i t y k e yw o r d s ：a d c f o a m i n ga g e n t s ，h i g h s t r e n g t ha m m o n i an i t r o g e n ，u l t r a s o n i c s t r i p p i n g ，a d a t - i a t ，d o ，s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a f i o n i v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 2 0 0 7 年，2 月，7 日 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密。 是狙 指导教师签名： 2 。7 年。_ 月、1 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对论文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：荔象 日期：2 0 0 7 年，z 月，7 日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1a d c 发泡剂及其废水来源 1 1 1a d c 发泡剂 发泡剂是一类掺进聚合物体系中、在加工过程中适时释放出气体、使高分子 材料形成微孔的助剂。a d c 发泡剂【1 1 是有机精细化工产品，化学名称为偶氮二甲 酰胺，英文名称为a z o d i c a r b o n a m i d e ，分子式为c 2 n 4 h 4 0 2 ，可经久贮存，不易变 质，能溶于碱、醇、汽油、苯、吡啶，难溶于水中。商品a d c 发泡剂是外观呈 淡黄色的结晶粉末，密度为1 6 6 9 c m 3 ，属于偶氮系列分解温度较高的有机热分解 型发泡剂，分解温度高于2 0 0 ( 2 ，发气量为2 3 0 2 5 0 m l g ，在1 2 0 。c 以上易分解放 出大量氮气、适量的一氧化碳和少量的二氧化碳及氨气等其它气体。a d c 发泡剂 无毒性、无臭味、不污染、不变色、不助燃、发气量大，在塑料与橡胶中很容易 分散，可作为各种塑料及橡胶制品的发泡剂使用，因此具有广泛的用途。 1 1 2a d o 发泡剂废水来源及其危害性 1 1 2 1 a d c 发泡剂生产方法 目前，a d c 发泡剂的生产方法主要有尿素法、拉希法( 也称氯氨法) 、甲酮 连氮法和过氧化氢法。国内主要采用尿素法，其生产工艺流程见图1 1 。 氯气烧碱 尿素尿素+ 5 嘶硫酸缩合母液及冲洗水 离心母液稀盐酸 图1 - 1 尿素法生产工艺漉程 l l f l o wd l a r to fo l c ap r o c e s s 氯气 国外生产工艺中，拉希法占1 1 3 ，甲酮连氮法和过氧化氢法占1 3 ，尿素法基 本上已经被淘汰。尿素法生产工艺单元经过优化选择，其主要单元有次氯酸钠制 江苏大学硕士学位论文 备、粗制水合肼、冷冻除盐、中和缩合、氧化、干燥、粉碎、包装、商品化加工。 1 1 2 2a d c 发泡剂废水来源 国内a d c 发泡剂生产几乎全部采用以氯气、烧碱、尿素和硫酸为原料的工 艺路线，生产过程主要包括次氯酸钠生成、水合肼合成、联二脲缩合生成、湿a d c 氧化生成、烘干等工序。在缩合反应过程中会产生高浓度的缩合废水和大量的洗 涤水。该废水中n h 4 + - n 和c o d 含量很高，是a d c 发泡剂生产废水的主要来源。 同时，由于该废水还含有大量的盐类，使其在治理上的难度进一步加大。表1 1 是某化工厂a d c 发泡剂废水水量及其组成情况。 表i - i 某化工厂a d c 发泡剂废水水量及组成情况 t a b 1 - 1t h eq u a n t i f i e sa n dc o m p o n e n t so f a d cf o a m i n ga g e n t sw a s t e w a t e r 注：p 为质量浓度的法定符号，下同 1 1 2 3a d c 发泡剂废水危害性 从表1 1 不难看出，a d c 发泡剂生产过程中会产生大量含高浓度氨氮的废水， 同时含有多种盐分，并且有机物成分复杂，非常难于治理。如果此种废水一旦进 入水体，就会对水体造成严重的影响，其主要危害有： ( 1 ) 造成水体富营养化 由于水体中氮肥含量增高，促使某些藻类恶性繁殖，出现水华和赤潮现象， 使水质恶化，引起鱼类和水生生物大量死亡。 ( 2 ) 消耗水体中氧量 还原态氮排入水体会因硝化作用而耗去水体中大量的氧，i m o l n h 3 氧化成 i m o i n 0 3 一需消耗2 m o l 0 2 。 ( 3 ) 增加给水处理成本 在水厂进行加氯消毒时，水体中少量的氨就会导致加氯量成倍地增加，此外， 脱色、除臭、除味所需的化学药剂投加量也会相应增加。 江苏大学硕士学位论文 ( 4 ) 对人及生物具有毒害作用 饮用水中含氮物主要为硝酸盐，一般含氮量很少高于l m g l 。根据世界卫生 组织规定，n 0 3 - 含量不能超过1 0 m g l 。出生4 6 个月的婴儿，对硝酸盐的耐受 力比较低，当饮用水内n 0 3 - 含量为9 0 1 4 0 m g l 时，即可造成婴儿高铁血红蛋白 症( m e t h e m o g l o b i n e m i a ) ，使红血球不能带氧而导致婴儿窒息死亡。许多水生动 物( 如鱼类) 对n h 3 - n 较为敏感，一般有一定的耐受限度。如水中n h 3 - n 超过 3 m g l 时，金鱼在9 - - - 2 4 h 内死亡。此外，亚硝酸与胺作用生成亚硝胺，有致癌和 致畸作用。所以，饮用水( 或水源水) 中应严格控制亚硝酸的含量。 1 2 废水脱氮研究状况及其技术方法介绍 1 2 1 废水脱氮研究状况 氨氮废水的超标排放已经引起环保领域和全球范围的重视，近一、二十年来 国内外对氨氮废水处理方面开展了较多的研究。其研究范围几乎涉及物理、化学、 生物法的各种处理工艺，新的技术不断出现，在降解氨氮废水工业应用方面崭露 出诱人的前景 1 2 1 1 国内废水脱氮研究状况 国内在污水生物脱氮方面做了大量的工作【2 】。麦穗海翻等在传统a o 工艺的 基础上投加沸石粉进行强化生物脱氮，吸附饱和的沸石粉利用微生物进行再生， 形成了沸石强化生物脱氮工艺。试验结果表明，沸石粉可在生物池中累积达到一 定的平衡浓度；在低温下沸石粉能够发挥出对过量氨氮选择吸附的优势，可以保 证处理出水中氨氮浓度达标。周健【4 】等针对榨菜生产过程中产生的高盐高氮废水， 探讨了在高盐条件下有机负荷、氮负荷、d o 、p h 等因素对s b b r 反应器脱氮效 能的影响，试验分别获得了高达9 8 和9 6 的n i - - 1 4 + n 和t n 去除率。马放【5 】等采 用生物陶粒反应器，通过控制d o 在常温下实现了亚硝酸型硝化，取得了较好的 氨氮去除效果。刘海琴【6 】等利用海藻酸钠和聚乙烯醇，将含有硝化细菌、反硝化 细菌、光合细菌、放线菌等菌体的复合微生物固定化，研究了其对人工废水与鱼 糖水的脱氮效果。结果表明，复合微生物经固定化后提高了脱氮效果，人工废水 江苏大学硕士学位论文 n h 4 + - n 的去除率为8 4 1 ，鱼塘废水n h 4 + - n 的去除率几乎达到1 0 0 。王宝沂【刀 等对s b r - b a f 组合工艺进行了好氧反硝化脱氮研究，主要考察了不同碳氮比、 不同入口硝酸根浓度和c o d 及低温时溶解氧对于改组合系统反硝化效果的影响。 在物理化学法处理氨氮废水方面，王京i s 通过液膜法对处理氨氮废水的研究， 归纳出废水的乳水比、处理时间、p h 值、温度、内水相h 2 s 0 4 浓度等因素对去 除氨氮的影响，并得到了理想的净化效果。蔡剐9 】通过试验得出在p h 值为8 5 1 0 ，n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) - n ( p 0 4 卜) = 1 0 5 ：1 0 0 ：0 5 0 ，反应时间3 0 r a i n 的条 件下，能够获得9 9 的氨氮去除率，同时副产的磷酸铵镁沉淀是一种很好的缓释 肥，具有较高的经济价值。刘宝敏【l o 】等系统考察了强酸性阳离子交换树脂对高浓 度焦化废水中氨氮的吸附行为，对氨氮的最大吸附率高达9 7 。郝玉副1 1 】等利用 湿式催化氧化( c w o ) 技术对高浓度焦化废水中氨氮进行了有效治理，氨氮去除 率达到9 9 ；钟型1 2 】等人采用高级氧化技术( a o p s ) 氧化降解含氨氮的废水， 试验研究了不同的p h 、不同的初始氧及h 2 0 2 浓度对反应过程的影响。通过试验 研究与分析得出了氨氮的i - 1 2 0 2 0 3 氧化过程与理论模型相吻合。林莉【1 3 l 等分别以 中等浓度氨氮的焦化生化处理外排水和含高浓度氨氮的焦化蒸氨废水为处理对 象，采用微波技术进行脱氮处理研究。结果表明：对于初始浓度为3 3 1 m g l 的生 化外排水，当p h 值为1 1 时，微波处理3 m i n 后氨氮浓度降为6 m g l ；对于初始 浓度为1 3 5 0 m g l 的高浓度蒸氨废水，当p h 值为1 l 时，微波处理5 m i n 后氨氮浓 度降至5 4 m g l 。该研究为中高浓度氨氮废水处理提供了新思路。李坤林【1 4 】等通过 优化传统高铁制备工艺，得出工业化现场制备液体高铁的最佳工艺条件，进而在 该条件下对水库水中氨氮的去除效果进行了研究，试验结果表明，高铁对氨氮的 去除效果随高铁与氨氮的摩尔比增大而增大，当摩尔比为o 4 5 时，高铁对水源水 中氨氮的去除率可达7 5 。徐晓鸣1 1 5 】等通过对高浓度氨氮废水的超声吹脱正交试 验，确定了试验的最佳工艺条件：p h 为1 1 ，吹脱时间为9 0 m i n ，吹脱温度为4 0 ，超声波功率为8 0 w 。在此最佳吹脱条件下，氨氮的去除率可以达到9 9 以上， 吹脱后废水中的氨氦浓度小于1 0 0 m g l 。光明1 1 6 1 介绍了超重力技术在生化氨氮废 水处理中的试验研究，通过调节p h 值，使大量的空气和废水接触，将废水中游 离氨吹走，达到了降低废水中氨氮的目的。 4 江苏大学硕士学位论文 1 2 1 2 国外废水脱氮研究状况 国外在污水生物脱氮方面的研究很深入，开发出了很多新的脱氮技术和新型 生物反应器。2 0 世纪6 0 年代后期迅速发展起来的固定化细胞技术，在氨氮工业 废水处理领域具有广泛的应用前景1 1 7 1 9 1 。 v a nd e rg r a “2 0 】等发现，氨可以直接作为电子供体进行硝化反应，并称之为 厌氧氨生物氧化。他们的发现与传统的硝化反硝化工艺相比，具有无需外加有机 物做电子供体、防止二次污染及降低能耗等优点。b j o r n 2 1 】等开发了一种能在低温 下有效脱氮的浮动生物膜反应器，该反应器能在7 1 8 c 范围内有效去除氨氮。 y u k a t a l 2 2 等开发出电化学生物反应器。其脱氮原理是，将酶或生物膜固定于电 化学生物反应器的阴极表面，通以电流，水电解产生氢，硝酸盐从溶液主体扩散 至生物膜，氢作为电子供体进行反硝化反应。日本下水道事业集团采用固定化硝 化菌在流化床反应器中进行了一年半的生产性试验，n i - 1 4 + - n 的去除率可以达到 9 0 以上嘲。 最近，有研究和报道表明，反硝化可发生在有氧条件下，即好氧反硝化的存 在1 2 4 - 2 5 。它突破了传统生物脱氮技术的限制，可以利用同一个生物反应器在一种 条件下完成反应，在提供微生物基础的同步硝化和反硝化( s i m u l t a n e o u s n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ，s n d ) 技术可以通过影响硝化和反硝化的基质的投加 量或消耗量来实现 2 6 - 2 s 。 总之，由于不同废水的性质差异，目前还没有一种通用的方法能够处理氨氮 废水。因此，必须针对不同的废水选择不同的技术及工艺。但是无论采用何种方 法，都应遵循一下原则：能否提供改进生产技术和改变生产原料，以减少废水量 及降低氨氮含量；能否优化水的利用计划，良好的工厂管理及可能的副产品回收 相结合；所选择的工艺能否经济、高效地去除废水中的氨氮。 1 2 2 废水脱氦技术方法及其原理介绍 目前，国内外处理氨氮废水普遍采用的方法1 2 9 。3 2 】可分为物化法和生物法。这 些方法虽各有特点但也有一定的局限性。或是不同程度的存在着设备投资大，能 耗多，运行费用高：或是废水中的氨氮不能回收利用，排放到空气中造成大气污 染等问题。根据国内外工程实例及资料介绍，目前处理工业氨氮废水实用性较好 江苏大学硕士学位论文 的方法主要有：( 1 ) 空气吹脱法；( 2 ) 化学沉淀法；( 3 ) 折点加氯法；( 4 ) 离子 交换法；( 5 ) 化学中和法；( 6 ) 乳化液膜分离法；( 7 ) 生物脱氮法 1 2 2 1 废水物化脱氦技术 目前国内外常采用物化法包括以下几种： ( 1 ) 空气吹脱法 该法是利用废水中所含氨氮的实际浓度和平衡浓度之间存在的差异，在碱性 条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮不断地由液相转移到气相中，从而达到从废 水中去除氨氮的目的。 废水中的氨氮，大多以铵离子( n h 4 + ) 和游离氨( n h 3 ) 形式存在，并在水 中保持如下平衡关系： n h 4 + + o h 一 n h 3 + i - 1 2 0 ( 1 1 ) 这一关系受到p h 值的影响，当p h 值升高，平衡向右移动，游离氨所占的比 例增大。当p h 值升高到1 1 左右时，水中的氨氮9 0 以n h 3 的形式存在。从氨在 水中的溶解度( 见表1 2 ) 中可以看出；若降低氨在液面上的分压、增大水和空 气中氨气体的浓度差，将使游离氨极易从水中逸出。其原因为水和空气中的浓度 差是水中气态氨向空气中传质的推动力，加速空气循环( 例如采用空气吹脱) 、用 含低浓度氨气的空气搅动水滴使水滴周围环境中的氨浓度最小，有利于氨的解析。 表l - 2 不同温度、压力 f - i 淮水中的溶解度 t a b 1 - 2s o l u b i l i t i e so fa m m o n i aa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r ei nw a t e r ( 2 ) 化学沉淀法 通过投加m 9 2 + 和p 0 4 3 + ，使之与废水中的氨氮生成难溶的复盐 m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ( m a g n e s i u ma m m o n i u mp h o s p h a t e ，m a p ) 沉淀物( 溶度积为 2 5 1 0 - 1 3 ) ，从而达到净化废水中氨氮的目的。该过程反应式为： m 9 2 + + ：乩+ + n p o , 2 一+ 6 1 1 2 0 _ m g n h 4 p 0 4 6 1 - 1 2 0 上+ 日+ ( 1 - 2 ) m 9 2 + + 日4 + + 尸d 4 + 6 致d 专m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 , 1 , ( 1 3 ) 6 江苏大学硕士学位论文 留2 + + 日“+ 马尸d 4 + 6 h 2 0 - - m g n h 4 p 0 4 6 1 1 2 0 , 1 , + 2 日+ ( 1 _ 4 ) m 矿可以用m g c l 2 、m g o 、m g ( n 0 3 ) 2 等，p 0 4 3 + 可用h 3 p 0 4 、n a h 2 p 0 4 、 n a 2 i - i p 0 4 1 2 h 2 0 等。 化学沉淀脱氮法可以处理各种浓度的氨氮废水，尤其适用于高浓度的氨氮废 水的处理。当某些高浓度的氨氮废水中含有大量的对微生物有害的物质而不宜采 用生化法处理时，可考虑采用该法。在处理过程中，应考虑p h 值、沉淀时间、 物料比等影响因素。 该处理方法优点是脱氮效率高、工艺比较简单，但是沉淀剂的加药量较大， 运行成本相对较高。 ( 3 ) 折点加氯法 折点加氯法去除氨氮是将氯气或次氯酸钠投入污水中，将废水中的氨氮氧化 成n 2 的化学脱氮工艺。 当氯气投加到水中时，通常发生水解反应生成次氯酸钠和次氯酸盐： 。 c f 2 + 吼d h o c i + h + + a 一 ( 1 - 5 ) 删h + - i - d a 一 ( 1 6 ) p n 值直接影响着氯水中h o c i 和o c i 一的相对比例。当p h 值为7 5 时， h o c i o c i 一= o 5 ，当p h 值增加时，o c i 一的浓度增加，h o c l 的浓度减小。在稀释 的水溶液中，h o c l 与n h 4 + 根据反应条件的不同发生不同的化学反应，美国环境 署对城市污水处理厂出水加氯处理中试结果表明，9 5 9 9 的氨氮被氧化成n 2 ， 其化学反应式可表示为： n h 4 + + h o c i 专n h 2 c l + 鸠d + ( 1 7 ) n h 2 c l + 0 5 h o c i o 5 2 + 0 5 h 2 0 + 1 5 h + + 1 5 c 一 ( 1 - 8 ) 总反应式： n h 4 + + 1 5 h o c i 寸o 5 2 + 1 5 - 2 0 + 2 5 h + + 1 5 c 一 ( 1 9 ) 根据总反应式进行当量计算，将氨氮氧化成氮气的理论氯投加量( c 1 2 ) 与氨 氮的质量比应为7 6 ：1 。 折点氯化脱氮可以使出水氨氮浓度控制在o 1 m g r l 以内，可以作为一个单独 7 江苏大学硕士学位论文 的脱氮工艺来采用，也可以对生物脱氮工艺出水进行深度处理，从而进一步去除 废水中的氮素。在该法的实际应用过程中应考虑废水的预处理情况、p h 值、氯 化反映速度等因素，同时也必须考虑碱度的补充、废水中总溶解固体量的增加及 余氯的脱除问题。 折点氯化脱氮反应迅速，设备费用低；但液氯的安全使用和贮存要求高，运 行中加氯量大，从而运行管理成本高。此法不太适合大流量高浓度含氮废水的处 理。 ( 4 ) 选择性离子交换法 斜发沸石( c h i n o p t i l o l i t e ) 是一种天然的氨离子交换材料，它对氨离子的选择 性高于钙、镁和钠等离子。在选择性离子交换法( i o ne x c h a n g e ) 中，废水被泵入 装有沸石的离子交换柱，利用柱内沸石对氨离子的选择性吸附作用，去除废水中 的氨氮。沸石对氨氮的总交换容量约为2 8 m g ，当交换容量饱和时，可使用再生 剂再生。选择性离子交换法的工艺流程见图1 2 。 过滤处理出水 空气，氨 图l - 2 选择性离子交换法除氨工艺 f i g 1 - 2 s e l e c t i v ei o n - e x c h a n g ea m m o n i ar e m o v a lt e c h n o l o g y 如图1 2 所示，整个系统由沸石交换柱和再生池组成。常用的再生剂有n a c i ( 中性再生) 、n a o h 和c a ( o h ) 2 ( 碱性再生) 。比较合理的再生方法是对交换 柱进行碱性再生后，再进行空气吹脱。在进行离子交换处理前，必须将废水过滤 以免交换柱堵塞。选择性离子交换法对氨氮的去除率可达9 0 9 7 ，但对硝态 江苏大学硕士学位论文 氮、亚硝态氮以及有机氮没有去除能力。 ( 5 ) 化学中和法 浓度大于2 3 的含氨碱性废水首先应考虑回收加以综合利用，制成硫铵 等加以回收，不易回收的含氨废水可以和酸性废水或废气( c o 、c 0 2 、s 0 2 等) 进行中和，如果中和后仍达不到处理要求，可补加化学药剂进行中和。 一般使用硫酸、盐酸或硝酸对含氨的碱性废水进行中和，常用的为工业硫酸。 如一些工厂烟道气中含有一定量的c 0 2 、s 0 2 或h 2 s 等酸性气体，也可以用于中 和含氨碱性废水，但容易引起二次污染。 碱性的含氨废水和酸性废水或废气互相中和是一种以废治废，既简单又经济 的方法。但是在中和过程中，必须考虑所使用的设备：如果废水水量水质变化都 比较大，一般废水本身的酸碱含量很难平衡，需加中和剂( 酸或碱) 进行调节； 仅仅废水水质变化大时，需设置调节池来加以调节，然后在中和池内进行中和反 应：废水水量水质变化都较均匀时，可直接进行混合中和。 ( 6 ) 乳化液膜分离法 乳化液膜是以乳液形式存在的液膜，具有选择通过性，可用于液液的分离。 其膜传递过程的推动力是化学反应和浓度差。含氨废水利用液化膜分离净化的过 程通常是以选择性透过液膜为分离介质，在液膜两侧通过被选择透过物质( 例如 n h 3 ) 的浓度差和扩散传递为推动力，使透过物质( n h 3 ) 进入膜内，从而达到 分离的目的。 在膜相外侧氨浓度差的作用下，废水中的n i - - 1 3 很容易通过膜相的扩散迁移达 到膜相内侧，并与膜相内的酸液发生如下反应转化成不溶于膜相的n h 4 + ： n h 3 + h + 一n h 4 + ( 1 - 1 0 ) 生成的州不溶于膜相而被稳定在膜内相中。同时，在膜内外两侧氨浓度差 的推动下，氨分子不断的通过膜表面吸附，渗透扩散迁移至膜内侧解吸成n i - h + 并富集，从而达到从废水中去除氨氮的目的。富集n 吖的液膜可以在破乳器中重 新补加酸液而得以回收。 影响乳状液膜法去除废水中氨氮的主要因素包括废水中的p h 值、表面活性 剂的种类、膜增强剂的使用、油内比的大小( 乳状液的油相和膜内相的体积比) 、 膜内相酸的浓度及乳水比等。 9 江苏大学硕士学位论文 1 2 2 2 废水生物脱氦技术 ( 1 ) 废水生物脱氮原理 废水生物脱氮的基本原理即先将废水中有机氮化合物转化为氨氮，然后通过 硝化反应将氨氮转化为硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮还原成气态氮从水中 逸出，从而达到从废水中脱氮的目的。 a 氨化反应 废水中有机氮化合物在微生物( 氨氧化细菌) 的作用下，分解产生氨的过程 称脱氮基作用，常称氨化反应，主要发生如下反应： r c h n h 2 c o o h + h o h 专r c h o h c o o h + n h 3 ( 1 1 1 ) r c h n h 2 c o o h + o 5 d 2 专r c o c o o h + n h 3 ( 1 - 1 2 ) b 硝化反应 硝化反应是将氨氮转化为硝态氮的过程。它包括两个基本反应过程：一是由 亚硝酸菌( n i t r o s o m o n a s ) 参与的将氨氮转化为亚硝酸盐( n 0 2 一) 的反应；一是 由硝酸菌( n i t r o b a c t e r ) 参与的将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐( n 0 3 - ) 。的反应。 这两个反应均需在有氧的条件下进行。常以c 0 3 2 、h c 0 3 - 和c 0 2 为碳源： 亚硝化反应：n h 4 + + 1 5 d 2 墅吗q 一+ 2 h + + 日2 d ( 1 - 1 3 ) 硝化反应：n 0 2 一+ 0 5 0 2 骂q ( 1 1 4 ) 硝化总反应：n h 4 + + 2 0 2 叫d 3 一+ 2 h + + 马o 。 ( 1 - 1 5 ) c 反硝化反应 反硝化反应是指硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐在反硝化细菌的作用下 被还原成气态氮的过程。其反应如下： 2 n 0 2 一+ 3 马一2 个+ 2 0 h 一+ 2 h 2 0 ( 1 - 1 6 ) 2 ，( 乃一+ 5 i - 2 专2 个+ 2 伽一+ 4 h 2 0 ( 1 - 1 7 ) 反硝化过程中从n 0 3 - 还原为n 2 的过程经历如下4 步过程： n 0 3 一一n 0 2 一专n o - - - h 2 d j 2 ( 1 - 1 8 ) l o 江苏大学硕士学位论文 ( 2 ) 传统废水生物脱氮工艺 传统生物脱氮工艺可以分为以下三类： 钆多级污泥系统 多级污泥系统通常被称为三级生物脱氮工艺，它是以氨化、硝化和反硝化三 种反应过程为基础建立的，其工艺流程如图1 3 所示。 搅拌 剩余污泥剩余污泥剩余污泥 图1 - 3 三级活性污泥法魔氮工艺 l 髓g 1 - 3t r i p l e - s 切g en i t r o g e nr e m o v a lt e c h n i q u eo fa c t i v es l u d g et e c h n i q u e 在该脱氮工艺流程中，第一级曝气池为一般的二级处理曝气池，主要功能是 去除有机物并使有机物氨化，在进入硝化池前的废水b o d s 值已降至1 5 - 2 0 m g l 。 第二级硝化曝气池主要进行硝化反应，氨态氮氧化为硝态氮，需投加碱以防止池 子内p h 值下降。第三级是反硝化反应器，硝态氮在缺氧条件下被还原成气态的 n 2 ，可以采用厌氧缺氧交替的运行方式，该反应器中必须安装搅拌装置及外加碳 源( 如甲醇) 。 该工艺的优点是：有机底物降解菌、硝化菌、反硝化菌分别在反应器内生长 繁殖，环境条件适宜，而且各自回流沉淀池分离的污泥，反应速度快而且反