（环境工程专业论文）磷酸铵镁热分解法再生氨氮沉淀剂工艺的比较研究.pdf

中南大学硕上学位论文 摘要 摘要 磷酸铵镁( m a p ) 化学沉淀法处理氨氮废水具有操作简单、受温 度和水中重金属离子等影响小、m a p 可作为农用缓释肥料回收利用 等优点。但由于沉淀剂成本高，加上磷酸铵镁作为缓释肥料的销路有 限，影响了该法的实际应用。 本论文在进行了m a p 化学沉淀法的工艺条件优化的基础上，对 m a p 的直接热解、n a o h 作用下热解和m g ( o h ) 2 作用下热解三种沉 淀剂再生循环利用方法进行了比较研究，考察了热解条件对热解产物 脱氮性能的影响，其中包括了药剂比例、热解温度和热解时间等因素； 同时，还考察了包括吸附反应温度、吸附反应时间和p h 值等氨氮吸 附条件对热解产物氨氮吸附行为的影响。 m a p 在1 0 0 。c 下直接加热3 h ，所得产物主要为m g r p o a 3 h 2 0 ， 在2 5 、p h = 1 0 下处理n h 3 n 为8 0 0 m g l 氨氮废水，搅拌反应4 0 m i n 后氨氮脱除率达9 5 。显示了磷酸氢镁具有良好的氨氮吸附性能。 n a o h 作用下m a p 热解反应的最佳条件：以n ( m a p ) ：n ( n a o h ) = 1 ：l 的配比在1 0 0 下加热2 h ，所得产物主要为m g n a p 0 4 ，在2 5 、 p h = 9 下处理n h 3 - n 为8 0 0 m g l 氨氮废水，剩余氨氮浓度为1 6 m g l ， 出水磷浓度为1 8 5 6 m g l ，显示了m g n a p 0 4 具有良好的氨氮吸附性 能，但出水磷浓度较高。 m g ( o h ) 2 作用下m a p 热解反应的最佳条件：以n ( m a p ) ： n ( m g ( o h ) 2 ) = 1 ：1 的配比在1 4 0 下加热2 h ，所得产物 m 9 3 ( p 0 4 ) 2 1 0 h 2 0 ，在2 5 。c 下、p h = 8 5 下处理n h 3 - n 为8 0 0 m g l 氨 氮废水，氨氮脱除率为9 7 8 ，剩余磷浓度为3 0 m g l 。显示了 m 9 3 ( p 0 4 ) 2 1 0 h 2 0 具有良好的氨氮吸附能力，出水磷浓度较低。 最后利用三种不同方法得到的m a p 热解产物进行了深圳下坪垃 圾填埋场渗滤液中的高浓度氨氮废水的处理实验，脱除率均达到8 0 以上，尤其是n a o h 作用下m a p 热解所得产物，氨氮脱除率更高达 9 1 4 ，表明以m a p 的热解产物作沉淀剂处理垃圾渗滤液中的氨氮 是可行的。 中南大学硕上学位论文摘要 通过模拟试验以及实际废水试验的数据得出，从氨氮脱除率的角 度，在n a o h 作用下m a p 热解产物的氨氮脱除性能最佳，但出水磷 浓度较高；在m g ( o h ) 2 作用下的m a p 热分解产物的氨氮脱除率略低， 但出水磷浓度低。 关键词氨氮废水，磷酸铵镁，热分解，渗滤液 中南大学硕十学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t 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 ) c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n t e c h i n i q u ef o ra m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lh a sm a n ya d v a n t a g e s s u c ha s s i m p l ep r o c e s s ，f r e ef r o ml i m i to ft e m p e r a t u r ea n dh e a v ym e t a li o n s ，a n d r e u s ef o rc o n t r o l l e dr e l e a s ef e r t i l i z e r h o w e v e rs i n c ec o s to ft h e p r e c i p i t a t o r i s h i g h w h i l em a pi ss t i l ln o t m a r k e t a b l e ，p r a c t i c a l a p p l i c a t i o no ft h i sm e t h o di sa f f e c t e d b a s e do nt h e s t u d yo fp r o c e s sc o n d i t i o no p t i m i z a t i o no fm a p c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n ，t h r e e r e a g e n t r e u s ew a y s ，w h i c hw e r ed i r e c t p y r o l y s i so fm a pp y r o l y s i so fm a p w i t hn a o ha n dp y r o l y s i so fm a p w i t hm g ( o h ) 2w e r ec o m p a r e d e f f e c t so ft h ep y p o l y s i sc o n d i t i o n so nt h e n h 3 - nr e m o v a lc a p a b i l i t yo fp y p o l y s a t ew e r ei n v e s t i g a t e d ，s u c ha s r e a g e n tr a t i o ，h e a t i n gt e m p e r a t u r e ，a sw e l la sh e a t i n gt i m e m e a n w h i l e e f f e c t so fn h 3 - na d s o r p t i o nc o n d i t i o n sw e r es t u d i e d ，w h i c hi n c l u d e a d s o r p t i o nr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，a d s o r p t i o nr e a c t i o nt i m e ，p ha n ds oo n m a pw a sh e a t e dd i r e c t l ya tt h ec o n d i t i o n s ：t = 10 0 ，t = 3 h ，a n d p r o d u c e dm g h p 0 4 3 h 2 0w a su s e dt ot r e a t8 0 0 m g ln h 4w a s t e w a t e ra t 2 5 ，p h = 10 ，r e a c t i o nt i m e4 0 m i n t h en h 3 - nr e m o v a lr a t er e a c h e d9 5 i tp r o v e dt h a tm h ph a dag o o d a b i l i t yo fa b s o r b i n gn h 3 - n t h ep y r o l y s i sc o n d i t i o n so fm a pd o s i n gn a o h w e r eo p t i m i z e d ： t h er e a g e n t sm i x e da sn ( m a p ) ：n ( n a o h ) = 1 ：1w e r eh e a t e da tl0 0 f o r 2 h ，t h ep y r o l y s a t ew a sm g n a p 0 4 ，w h i c hc a nr e d u c e t h e n h 4 + c o n c e n t r a t i o nf r o mi n t i a l8 0 0 m g lt o1 6 m g la t2 5 ，p h - - 9 ，r e a c t i o n t i m e10 m i n ，a n dt h er e s i d u a l p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n w a su pt o 18 5 6 m e l i ti sc l e a rt h a tm g n a p 0 4 i se x c e l l e n ta ta b s o r b i n gn h 4 + ，b u t t h ep h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni st o o h i g h 1 1 1 ep y r o l y s i sc o n d i t i o n so fm a p d o s i n gm g ( o h ) 2w e r eo p t i m i z e d ： t h er e a g e n t sm i x e da sn ( m a p ) ：n ( m g ( o h ) 2 ) = 1 ：1w e r eh e a t e da t14 0 。c f o r2 h 1 h ep y r o l y s a t ew a sm 9 3 ( p 0 4 ) 2 10 h 2 0 i ti su s e dt ot r e a ti n t i a l n h 4 十8 0 0 m g lw a s t e w a t e ra t2 5 ，p h 亍8 5 ，r e a c t i o nt i m e10 m i n a sa r e s u l t ，t h ea m m o n i ar e m o v a lr a t er e a c h e d9 7 8 a n dt h er e s i d u a l p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o nw a s 3 0 m g l i ti so b v i o u st h a t i i i 中南人学硕 ：学位论文 a b s t r a c t m 9 3 ( p 0 4 ) 2 10 h 2 0h a saf e a t u r et h a ti ti se x c e l l e n ta ta b s o r b i n ga m m o n i a n i t r o g e n ，a n dt h er e s i d u a lp h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni sl o w f i n a l l yp y p o l y s a t e so fn 队pf r o mt h r e em e t h o d sa b o v ew e r eu s e d t ot r e a tt h el e a c h a t ei ns h e n z h e nx i a p i n gl a n d f i l lf o rr e m o v i n gh i g h a m m o n i an i t r o g e n ，a n dt h en h 3 - nr e m o v a lr a t e sa l le x c e e d e d8 0 e s p e c i a l l y , t h en h 3 - nr e m o v a lr a t ew i t ht h ep y r o l y s a t eo fm a pd o s i n g n a o hr e a c h e d91 4 i ti sp r o v e dt h a ti ti sp o s s i b l et ou s et h ep y p o l y s a t e o f l 心a sp r e c i p i t a t o rt or e m o v en h 3 nf r o ml e a c h a t e d a t ao ft h es i m u l a t i o na n dp r a c t i c a lw a s t e w a t e rt e s ti n d i c a t e st h a t t h ep y p o l y s a t eo fm a pd o s e dw i t hn a o hi st h eb e s tf o rr e m o v i n gn h 3 - n a c c o r d i n g t oi t s n h 3 一nr e m o v a lr a t e ，b u t t h er e s i d u a l p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o ni sh i 曲t h e p y p o l y s a t eo fm a p d o s e dw i t hm g ( o h ) 2h a sa l o w e rn h 3 - nr e m o v a lr a t eb u tt h er e s i d u a lp h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni s l o w k e yw o r d sa m m o n i a n i t r o g e nw a s t e w a t e r , m a g n e s i u ma m m o n i u m p h o s p h a t e ，p y r o l y s i s ，l e a c h a t e i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：寂蚣 日期：蝉年月上日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：赵拖羞 导师签纠啦日期：上竺2 年月j 日 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 水体中的氮 第一章文献综述 水体中的氮以多种形态存在，其中主要分为无机氮和有机氮两大类，具体 形态分类如图1 - 1 所示： 水 体 中 的 氮 图1 - 1 水体中氮的存在形态 f i g 1 - 1t h ee x i s t e n c ef o r m so f n i t r o g e ni nw a t e r 1 2 水体中氮的危害性 1 2 1 造成水体的富营养化 总凯氏氮 ( t k n ) 氮和磷是植物和微生物的主要营养性元素，当水体中含n 0 2 m g l ，含p o 0 2 m g l ，水体就会营养化。水体富营养化后会引起某些藻类的恶性繁殖，一 方面有些藻类本身有藻腥味使水变得腥臭难闻；另一方面有些藻类所含的蛋白质 毒素会富集在水产物体内，并通过食物链影响人体的健康，甚至使人中毒。水体 中大量藻类生长、繁殖、死亡都会耗去水中所含的氧气，从而引起水体中鱼虾类 等水产物的大量死亡，致使湖泊退化、淤泥化，甚至变浅、变成沼泽地甚至消亡 【l 】。 酸 谢 讯 埘 河磷 尿隅 ：蔓鹏 眦 叫 肌桃 i l i 鞴 一l 嚣麓 赫 氮 氟蛀 麟 釉 躺 腙躺 魅觚 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 2 降低水体的观赏价值 通常l m g 氨氮氧化成硝态氮需耗4 6 m g 溶解氧。水体中氨态氮愈多，耗去 的溶解氧也愈多。水体中鱼类等水产物因缺氧而死亡，而且富营养的水质不仅又 黑又臭，透明度也差，影响了江河湖泊的观赏和旅游价值【1 1 。 1 2 3 危害人类及生物的生存 当水体中p h 值较高时，氨态氮往往呈游离氨的形式存在，游离氨对水体中 的鱼及水生物皆有毒害作用。当水体中n h 3 - n l m g l 时，就会使生物血液结合 氧的能力下降；当n h 3 - n 3 m g l 时，在2 4 - 9 6 h 内金鱼及鳊鱼等大部分鱼类和 水生物就会死亡。人体若饮用了n 0 3 - n 1 0 m e d l 或n 0 3 - - n 5 0 m g l 的水，则 可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去血红蛋白在体内输送氧的 能力，出现缺氧的症状，尤其是婴儿。当人体血中高铁血红蛋白 7 0 时则会发 生窒息现象。亚硝酸盐若长时间作用于人体可引起致癌。亚硝酸盐经水煮沸后还 可造成浓缩，其危害程度更大。 1 2 4 增加污水的处理成本 以氯气处理法计算，每增加l g n h 3 - n 则需增加8 l o g 的氯气量。另外，如 果水中含有氨氮，就要增加相应的处理单元去除，比如吹脱塔，这样就会增加污 水的处理成本。 1 3 水体中氮的来源 水体中的氮主要由城市生活污水、工厂工业废水和农灌污水三方面带入。 城市生活污水中含有的有机氮和氨氮主要来源于人体食物中蛋白质代谢的废弃 物如粪便等。通常新鲜生活污水中有机氮如尿素等约占6 0 ，无机氮如氨氮约占 4 0 ，并有微量的硝酸态氮和亚硝酸态氮，约占不到1 。陈旧生活污水中由于 有细菌，能将蛋白质分解，使有机氮变成氨氮，从而使水体中氨氮的比例上升u j 。 工业废水中的氮，取决于原料、工艺以及废水管理技术等各方面的原因。 一般来说，产生氨氮废水的工厂主要是合成氨厂及系列氮肥厂，复合肥厂，硝酸 生产厂，炼焦厂，己内酰胺厂，玻璃及玻璃制品厂，半导体印刷电路板生产厂， 铁合金厂，石化厂，炼油厂，家电厂，制冷剂厂，屠宰厂，肉品加工厂，酒厂等 【i j o 2 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 由于氮肥施入土壤以后并不是全部立即被植物吸收，有统计数字表明氮肥 施用后氮素的利用率仅有2 0 - - 3 5 ，大气挥发部分占5 1 5 ，土壤吸收 1 0 - - 1 5 ，有约4 0 - - - 6 5 的氮素进入地面水和地下水。因此，农业污水中氮 的主要来源是氮肥的流失；另外，农村家畜养殖场，牧场中家畜的废弃物，排泄 物也是增加农业污水中氮含量的原因【l 】。 1 4 氮脱除技术 氨氮废水的处理技术主要分为物化处理和生物处理。一般根据废水的氨氮 浓度高低选择合适的处理方法。通常将废水含氨氮超过5 0 0 m g l 的称为高浓度 氨氮废水，此类废水一般来源于氮肥、焦炭、煤的气化、铁合金、炼油、畜牧业、 人造纤维和玻璃制品等生产过程。对于这种废水中氨氮的脱除宜先用物理法处理 掉一部分氨氮后，再用化学方法和生化方法处理。对于废水中含氨氮在5 0 - 5 0 0 m g l 的中等浓度的氨氮废水和低浓度( 5 0 m g l ) 氨氮废水可采用生化法处 理。【l 】 1 4 1 生物法 废水生化处理脱氮工艺效果好，能较彻底地脱除废水中的氮，并且不会造 成二次污染，能耗较物化法低。但是生物脱氮工程占地面积较大，温度较低时， 总脱氮效率不高，一般在7 0 - - 9 5 。并且由于生物所能承受氨氮的浓度较低， 一般不超过2 0 0 m g l ，因而生物法适合于中、低浓度的含氮废水的处理。若废水 中氨氮浓度高于此值则需采用物化法和生化法相结合的工艺处理。废水采用生物 脱氮的基本原理是先将废水中的有机氮转化为氨氮，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。【l 】主要工艺 有如下几种： 传统的三级生物脱氮流程，分别将含碳有机物的去除和氨化、硝化及反硝 化脱氮反应在三个池中独立进行，并分别设置污泥回流系统。此工艺的优点是有 良好的b o d 去除效果和脱氮效果，但存在流程长、构筑物多，碳源的加入会增 加出水b o d ，运转费用高等问题。为解决传统工艺的弊端，国内外开发了许多 各具特色的脱氮工艺。 a o ( a n o x i c o x i c ) i 艺省却传统工艺的沉淀池，只有一个污泥回流系统。原 废水先经缺氧池，再进好氧池，并将好氧池的混合液和沉淀池的污泥同时回流到 缺氧池。a o 工艺与传统工艺相比，具有流程简单、节省外投碳源、污泥沉降性 好、出水水质达标排放的优点。b a r d e n p h o 工艺由两级a o5 1 2 艺组成，而p h o r e d o x 3 中南人学硕卜学位论文 第一章文献综述 是b a r d e n p h o 工艺改进型，在b a r d e n p h o 工艺前增加一个厌氧池。两者均有脱氮 除磷功能。 同步硝化( n ) 和反硝化( d ) 工艺中硝化和反硝化过程分别在同一个处理 构筑物的不同区域中进行，省去了a o 工艺中硝化段出水混合液回流部分。由 于将进水点设在反硝化区，故不必外加碳源。该工艺具有流程简单、操作运行管 理方便、运行费用低和良好的脱氮功效的优点。 a 2 o ( a n a e r o b i a n o x i c o x i c ) 9 - 在a o 工艺前增设了一个厌氧池，整个工艺 具有脱氮除磷的功能。废水在厌氧池内降解部分c o d 物质，在缺氧池中进行反 硝化反应，最后在好氧池中进行好氧降解有机物和硝化反应。该工艺具有较高的 c o d 和n h 3 - n 去除率，厌氧段除了能降解难降解有机物外，还能改进废水的可 生化性，以便作为碳源被反硝化利用。工艺系统操作稳定，对水质和流量有很好 的抗冲击能力。u c t 工艺是一种类似于a 2 o 工艺的脱氮除磷工艺，区别之处在 于沉淀池污泥是回流到缺氧池而不是厌氧池，并增加了从缺氧池到厌氧池的混合 液回流。v i p 工艺与u c t 工艺非常类似，两者差别之处在于池型构造和运行参 数方面。 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 常称为序批式( 间歇) 活性污泥法，适用于 中、小水量污水的处理。典型的s b r 工艺的一个运行周期包括：进水期、反应 期、沉淀期、排水排泥期、闲置期五个阶段。该工艺具有工艺简单，投资省、占 地少、运行费用较低、处理效率高，耐有机负荷和有毒物质冲击能力强等优点。 i c e a s ( i n t e r m i t t e n tc y c l i ce x t e n d e da e r a t i o ns y s t e m ) 间歇循环延时曝气工艺 是在传统的s b r 工艺内增设了一个预反应区，采用连续进水、间歇排水的方式 运行。该工艺自1 9 7 6 年建成投入应用以来，目前世界上已有3 0 0 多座此类装置 运行。昆明市第三污水处理厂采用此工艺处理城市污水，其出水水质为：s s 1 5 m g l ，t n 7 8 m g l ( n h 4 + - n 弋 2 m g l ) ，t p 一 i 0 m g l ，说明该工艺有良好的 脱氮除磷效果。q d a t - i a t ( d e m a n da e r a t i o nt a n ki n t e r m i t t e n ta e r a t i o nt 弛k ) i 艺 将i c e a s 中的预反应区改为与s b r 反应池i a t 分立的预曝气池d a t 。d a t 连 续进水，连续曝气，主体间歇反应器。 c a s s ( c y c l i ca c t i v a t e d s l u d g es y s t e m ) 循环式活性污泥法将i c e a s 的预反应 区改为生物选择器，整个工艺为一间歇反应器，曝气不曝气交替进行。c a s s 反应器由三个区域组成，分别为生物选择区、缺氧区和主反应区；运行过程包括 进水一曝气、进水沉淀、上清液滗除和进水闲置四个阶段。该工艺具有设施布置 紧凑、占地省、投资低、有效防止污泥膨胀、抗冲击能力强、稳定性好、剩余污 泥量小等优点，适用于大、中及小型污水处理工程，其适用范围比s b r 广泛。 目前全世界已有3 0 0 多家各种规模的污水处理厂采用c a s s 工艺。澳大利亚的 4 中南大学硕十学位论文 第一章文献综述 q u a k e r sh i l l 污水处理厂共有5 组c a s s 池。每一操作循环为4 h ，其中曝气时间 为2 h 。该厂运行出水水质：b o d 1 0 m g l ，s s 、 5 m g l ，n h 4 + - n 一 0 5 m g l ，t n 1 0 m g l ，t p 、 0 8 m g l ，污泥s v i 值约5 3 m l g 。c a s s 在我国也得到广泛的 应用，例如大连化学工业集团公司、洛阳石化总厂、北京化工三厂、徐州第二人 民医院等都用c a s s 工艺处理污水【l 】。 i d e a ( i n t e r m i t t e n td e c a n t e de x t e n d e da e r a t i o n ) 间歇排水延时曝气工艺是在 c a s s 的基础上将生物选择器改为与主构筑物分立的预混合池，整个工艺采用连 续进水、间歇曝气、周期排水的运行方式。u n i t a n k 工艺集合了s b r 法和三 沟式氧化沟法的优点，能连续进水和出水。目前世界上有16 0 多个污水处理工程 采用此工艺。m s b r ( m o d i f i e ds e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) 改良式序列间歇反应器， 该工艺实质是a 2 o 工艺与s b r 系统串联而成，采用单池多格方式，省去诸多阀 门，能在恒水位下连续运行。 a b ( a d s o r p t i o n - b i o d e g r a d a t i o n ) 吸附生物降解工艺为两段活性污泥法。a b 法工艺，通常不设初沉池。在污水处理过程中，a 段在很高的负荷下运行，其负 荷率为普通活性污泥法的5 0 - - 1 0 0 倍。b 段属于传统活性污泥法，一般在很低负 荷下运行，发生硝化和部分反硝化，活性污泥的沉淀效果好。a b 法有极强的耐 冲击负荷能力，且比传统一段活性污泥法的投资和运行费低2 0 左右。我国山东 泰安污水处理厂是一座中型城市污水处理厂，该厂采用a b 法，其中b 段采用 a z o 工艺，出水水质：b o d 2 0 m g l ，c o d 8 0 m g l ，s s 2 0 m g l ，n h 3 - n s m g l ，t n 1 0 m g l ，t p l m g l t l l 。王宝贞等1 2 1 采用a ( 缺氧活性污泥) b ( a o 淹没式生物膜) 复合工艺处理苏州七子山填埋场的渗滤液，氨氮脱除率达9 5 1 。 a d m o n t 工艺是a b 法改进型，增加了a 段到b 段和b 段到a 段的污泥回流， 使a 、b 段中均有硝化和反硝化菌存在，脱氮除磷效果较a b 法好。 l i n p o r 工艺是一种传统活性污泥法的改进型工艺，通过在传统工艺曝气 池中投加一定数量的多孔泡沫塑料颗粒作为活性生物量的载体材料实现。其中 l i n p r o c n 和l i n p o r - n 是同一工艺针对不同的处理主要对象而开发的改型 工艺。 氧化沟( o x i d a t i o nd i t c h ，o d ) i 艺将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于 体，间歇运行。该工艺的基本特质是曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥 的混合液在其中作不停的循环流动。该技术具有工艺简单，净化深度高，耐冲击、 能耗低，脱氮除磷效果好的特点，适用于城市污水和工业废水的处理。 生物膜法是使微生物依附在其他固体载体表面上呈膜状生长，并与废水接触 来实现生物处理的技术。一般可分为生物滤池、生物转盘和生物接触氧化法等。 塔式生物滤池主要构筑物是生化塔，在塔内充装比表面积较大的填料，微生物群 5 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 体附着于填料表面呈膜状，废水经过这层生物膜时，污染物被生物膜吸附、吸收， 进而消化分解。生物转盘是利用在池中转动的卧式圆盘上附着生长的生物膜使废 水得到生物净化处理。该法具有微生物浓度高，f m 值较低，较强抗冲击负荷能 力；污泥龄长，具有硝化和反硝化功能；污泥量少，动力消耗低，无二次污染的 优点。淹没式生物滤池又称作生物接触氧化工艺。池内填料全部被废水淹没，经 过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，废水得以净化。李军等 3 1 开发了一种 适于处理高浓度垃圾渗滤液的a o 淹没式软填料生物膜法工艺用于深圳下坪垃 圾卫生填埋场，h r t 为2 2 1 h ，试验结果得出氨氮脱除率为9 0 8 固定化微生物技术i m o ( i m m o b i l i z e dm i c r o o r g a n i s m s ) 是通过表面吸附、键联 固定、细胞间自交联固定、多聚体包埋和孔网状载体截限等机制，将硝化菌或反 硝化菌与载体相结合，增强微生物的机械强度，减少环境对其影响。 膜生物反应器处理技术( m e m b r a n eb i o r e a c t o r 简称m b r ) 是通过超滤膜或 微滤膜组件以一种强制机械拦截作用将来自生物反应器的混合液中的固液进行 分离，其分离效果比传统活性污泥法中二沉池的自由重力沉降好，由此强化了生 化反应，提高了污水的处理效果。而且m b r 其活性污泥损失几乎为零，故其活 性污泥浓度比传统工艺高出2 - 一6 倍，该技术又可分别控制活性污泥泥龄和水力 停留时间，故此法可大大提高脱氮效率和对有机污染物的去除效率。自2 0 世纪 6 0 年代美国s m i t h 等学者研究出m b r 工艺以来，直到9 0 年代此项技术才被应 用于世界污水处理工程中。国外尤其是欧洲大部分国家和日本由于国土面积小， 膜生物反应器因其占地面积小和出水水质优良的特质而受到相当程度的重视。例 如日本目前已有3 0 0 余座膜生物反应器技术用于小区污水的处理与回用，有1 5 0 座用于工业废水【。 其他低能耗高效率，稳定性高的脱氮新工艺有：全程自养脱氮工艺 ( a u t o t r o p h i ca m m o n i ar e m o v a l ) ，通过限制d o 9 时，废水中的氨氮大多数以n h 3 形式存在。由于n h 3 易溶于 膜相( 油相) 中，可从膜相外侧透过氨浓度差作推动力扩散迁移到膜相内侧，并 与膜相内的酸液发生反应n h 3 + 矿一n i - 1 4 * 。生成的n 吖不溶于油相而被稳 定在膜内相中富集起来，从而达到去除氨氮的目的。许国强等【6 】用液膜法处理氨 氮废水，进水氨氮浓度5 0 0 m g l ，出水浓度下降到小于1 5 m g l 。李可彬【j 7 】等研 究用乳状液膜法去除废水中的氨氮一级去除率达9 7 以上。 ( 3 ) 空气吹脱和蒸汽汽提法 空气吹脱法和蒸汽汽提法均利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓 度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下，将铵离子转化成游离氨，通过空 气或蒸汽将氨由液相转移到气相中。氨浓度较低时可用吹脱法处理，氨氮浓度较 高时常用蒸汽汽提处理。由于该工艺具有简单、效率高、投资省的优点，在工业 生产上常用于处理含氨废水。但该法受环境影响较大，在低温下( m 9 2 p 2 0 7 ，得出m g h p 0 4 是m a p 循环利用的关键成分的结论。刘小 澜等【2 3 直接用m g h p 0 4 参与去除氨氮的反应，得出先将废水调到p h 约3 5 左右， 再加入m g h p 0 4 ，然后调节反应p h ，氨氮脱除率可达9 5 。s h i l o n gh e 等【2 4 j 研 究得出加碱加热的比例n f n i - h + ) ：n ( o h 。) 为1 ：l ，在9 0 下加热2 h 时，可将m a p 中9 6 的氨释放出来。加入n a o h 进行热解，热解产物通过傅里叶变换红外光 谱和x 射线衍射分析证实主要转化成m g n a p 0 4 。由于m g n i - h p 0 4 比m g n a p 0 4 能更加稳定存在，所以可将m g n a p 0 4 用作去除氨氮反应。 陈佯等【2 5 】对比加碱溶解和加酸溶解两种回用方式，所得产物的氨氮脱除率分 别为8 0 和3 5 左右。土耳其的m u s t a f at u r k e r 等t 2 6 1 对比加碱热分解、直接热分 解和加碱液处理三种热解放氨的方法，结果得出，在干式加碱热解时，氨氮的移 除率在3 h 后达到8 1 。而不添加碱的热解反应，需要到2 4 h 后才达到7 5 的氨 氮移除率。在溶液体系中加碱热解，可在0 2 5 h 后就达到1 0 0 的氨氮移除率。 以上介绍了废水氨氮脱除的几种技术与工艺，每一种都有各自的优缺点，具 体工艺设计要针对所处理的废水特质来选择和确定合理的处理工艺。 1 5 垃圾渗滤液脱氮 由于我国城市化进程发展迅速，随之而来的城市垃圾增长问题日益严重， 1 2 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 以平均每年8 - - - 1 0 的速度增长，到2 0 1 0 年我国城市生活垃圾将达到2 6 4 亿 吨。卫生填埋法由于其具有成本低、技术成熟、管理方便等优点在垃圾处理中得 到广泛应用。据中国环境监测总站对我国3 2 9 个城市垃圾处理厂的调查表明，卫 生填埋场占垃圾处理设施的8 7 5 t 2 7 1 。因此渗滤液的有效处置非常重要。 1 5 1 渗滤液性质 垃圾渗滤液的性质取决于垃圾成分、填埋时间、气候条件等多种因素，一 般特点为：有机物浓度高，难降解物质多，重金属离子种类多但含量不大，水质 变化大，氨氮含量高，缺乏p 和含有大量病菌等有毒有害物质。垃圾渗滤液主要 来源于降水渗入，外部地表水渗入、地下水渗入、垃圾自身所含水分和垃圾填埋 后由于微生物的厌氧分解产生的水。 表1 - 1 渗滤液的典型污染物组成及浓度变化n 。1 m g l 1 t a b l e 1 1t h et y p i c a lp o l l u t a n tc o m p o n e n t sa n dc o n c e n t r a t i o nd i v e r s i f i c a t i o no fl e a c h a t e m g l - 【2 8 】 渗滤液水质在不同填埋时段差异很大，通常在填埋初期，渗滤液呈黑色， 可生化性较好，易于处理；而随着填埋时间的延长，渗滤液逐渐呈褐色、可生化 性变差、且氨氮浓度明显增加，越来越难以处理；而且受垃圾渗滤液中的钙离子 浓度和总碱水平的影响，渗滤液中的溶解性磷酸盐浓度很低。氨氮浓度的增加降 低脱氢酶的活性，抑制微生物的活性，并且使生物脱氮反硝化过程的碳源不足； 而磷不足也不利于微生物生长，渗滤液中营养元素比例失衡给渗滤液的生物处 1 3 中南人学硕士学位论文 第一章文献综述 理，尤其是好氧生物处理带来了困难【2 8 1 。 高浓度氨氮对环境造成严重污染，而且随着填埋时间的增加，氨氮浓度会 由于填埋场内的硝化反应而不断增加，过高的氨氮浓度抑制生化处理中的微生物 活性，因此氨氮的脱除成为渗滤液处理的重要问题。研究垃圾渗滤液中的氨氮脱 除技术，对确保渗滤液后续生化处理的稳定运行及保护环境具有重要的现实意 义。 1 5 2 垃圾渗滤液脱氮技术 ( 1 ) 短程硝化反硝化( s h a r o n ) s h a r o n 工艺关键在于控制亚硝酸盐的积累，阻止亚硝酸盐进一步氧化成 硝酸。该工艺比传统硝化反硝化节省曝气量、碳源投加量和反应器容积，另外 无需污泥回流，节省投资费用，特别对垃圾渗滤液这种c n 比低的废水具有非 常大的经济效益。s h a r o n 工艺需要通过参数的协调设定以实现，但目前各种 参数仍在探索研究中，实际工程应用还很少。 ( 2 ) 同步硝化反硝化技术( s n d ) 王文斌等1 2 9 】对深圳下坪垃圾填埋场渗滤液作同步硝化反硝化研究，证实了 s b r 反应器d o 浓度在3 4 m g l - - - 5 2 m g l 之间时，t n 的去除率达到7 0 5 ，同 步硝化反硝化现象较明显。当水中氨氮浓度超过1 0 0 m g l 时很难观察到同步硝 化反硝化现象。因此，该法可能不适合高浓度氨氮废水的脱氮处理。 ( 3 ) 土地植物处理法 该法实质是在人工控制条件下，通过一系列复杂的物理生物化学的综合反 应，使渗滤液得到净化。b u l c t 等【：0 1 人建造一个4 5 0 m 2 的人工湿地对渗滤液进 行处理，进水氨氮为8 8 m g l 时，氨氮脱除率为8 1 。陈玉成等1 3 l j 对重庆金刚碑 垃圾填埋场渗滤液进行土壤渗滤和芦苇湿地两级模拟处理试验，原水n h a - n 2 6 7 8 m g l ，处理后去除率达到9 0 以上。土地植物处理法具有投资少，操作简 单，运行费用低等优点，但是从长远看，存在重金属及盐类在土壤积累饱和的问 题，使处理效率下降。且受土地条件限制，仅适用于土地广阔地区。另外此法对 土壤结构、植物生长和周围地下水潜在污染作用。 由于生物法受渗滤液中的有毒物质及高浓度的氨氮影响较大，而物化处理不 受水质水量变化的影响，出水水质比较稳定，对b o d 5 c o d 介于0 0 7 - 0 0 2 之 间及有毒有害难以生化处理的渗滤液处理效果较好，因此物化法适合用于处理垃 圾渗滤液。但由于物化法成本较高，一般只用作预处理和深度处理。较广泛应用 于渗滤液处理的物化法包括吹脱法，化学沉淀法和膜法。 ( 1 ) 吹脱法 1 4 中南大学硕上学位论文 第一章文献综述 将渗滤液调节至碱性，然后在吹脱塔中通入空气或蒸汽将游离氨吹脱至大气 中。由于一般渗滤液的c n 比较低，吹脱处理能够达到调节c n 比，降低后续 渗滤液生化处理负荷的作用。深圳市过桥窝垃圾填埋场渗滤液处理采用氨吹脱+ 生物处理+ 臭氧氧化工艺，总氨氮脱除率达到9 9 ，其中吹脱系统气液比2 0 0 ：1 ， p h = l o 5 ，氨氮脱除率达6 0 , - - , 7 0 0 2 】。深圳市下坪垃圾填埋场采用调节池+ 氨 吹脱+ 混凝沉淀+ 厌氧生物滤池+ s b r 的工艺处理垃圾渗滤液，排放液达到国家垃 圾渗滤液三级排放标准 3 3 】。但氨吹脱存在二次污染，需要调节p h 值以及设备易 结垢等问题，增加了尾气处理和药剂方面的投资。 ( 2 ) 膜法 在膜法处理垃圾渗滤液的研究和应用中，以膜生物反应器( m b r ) 、纳滤( n f ) 、 反渗透( r o ) 较广。 反渗透膜法分离技术可去除垃圾渗滤液中的细菌、悬浮物、有机物、重金属 离子，同时可以去除氨氮，出水水质一般能达到国家渗滤液一级排放标准。1 9 8 8 年德国首次用d t - r o ( 碟管式反渗透装置) 处理l h l e n b e r g 填埋场渗滤液，对c o d 和n h 3 - n 的去除率均在9 8 以上，浓缩液经蒸发进一步浓缩后，最终以发电厂 的飞灰固化。目前d t - r o 技术已在西欧、北欧、北美等地区2 4 3 个垃圾填埋场 中得到应用【3 4 1 。而我国也有多个填埋场已建成d t - r o 系统并投入运行。n f 由于 受膜孔径限制，氨的截留能力明显弱于r o ，而能耗明显下降。除了膜污染，使 用r o 、n f 处理垃圾渗滤液的另一个问题是浓水处理问题。目前浓水处理方法 主要有回灌垃圾填埋层、运输至城市污水处理