拓展——氨氮废水处理技术研究进展
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可以看出, 提高 pH值有利于氨的去除。 吹脱法处理氨氮废水时, 操作较为简单,运行成本低, 常用来处理中、 高浓度的大流量氨氮废 水。 但此法也存在一些问题: (1)温度会影响氨氮的去除率, 低温会降 低处理效果; (2)吹脱法处理前, 废水 pH 值需要调至 11 以上,处理完 成后废水 pH 又需调至 6 ~ 9, 需要多次添加药剂; (3)吹脱时需要大 量蒸汽或空气。
二、氨氮污染主要来源
城市废水是指家庭、 公共设施和天然水资源排放的水。 随着生活水平的提高, 城市废水中化学物质种类增多, 尤其是含有大量的生物需氧量、 氨氮、 磷、 硝酸盐、 总悬浮物和脂质。城市废水通常在污水处理厂进行集中 处理, 废水具有水量大、 C/ N 低的特点, 最常使用的处理方法是生物法, 但是该法在一些高纬度或寒冷地区处理 城市氨氮废水时, 低温会抑制微生物的活性。 尽管还有许多关于鸟粪石法和吸附法的尝试,但鉴于城市废水水量 大, 出于成本考虑, 生物法处理仍然是推荐的方法, 为了增大生物法的适用条件, 近期关于耐低温菌株、 短程硝化 和厌氧氨氧化的研究逐渐增多。 此外, 厌氧膜生物反应器法处理城市废水时具有很好的经济性及实用性, 研究表 明, 该法对 COD 的去除率在 90% 以上, 同时仅消耗少量的可溶性铵和磷酸盐, 处理后的废水含有丰富的营养物 质, 可作为农业灌溉水使用。 颗粒污泥法最近受到了越来越多的关注, 研究表明, 该法可以去除 90% 的有机物和 铵。 同时,城市废水中的大部分铵和磷可以通过微生物异化作用被同化为微藻-细菌颗粒污泥, 处理过程产生的 CO2 可以被微藻利用。 因此, 厌氧膜生物反应器和微藻-细菌颗粒污泥处理法是极具发展前景的方法。
硝化反硝化生物处理技术是典型的活性污泥法。 有氧条件下, 硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐。 随 后, 在缺氧条件下, 反硝化细菌将硝酸盐还原为无害的氮气。 在缺氧池中, 反硝化细菌以有机物为碳源, 以返回的硝酸盐和亚硝酸盐为电子供体进行反硝化, 同时, 还能将大分子有机物水解成小分子有机物, 提高后续好氧池的生物降解效率。 此外, 为了解决污泥回流问题, 提高氮磷去除效率, 还开发了循环曝 气池和厌氧-缺氧-好氧工艺等方法。 但由于回流比大、 曝气量大或废水 C/ N 低等原 因, 运行成本高, 应用受到限制。
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垃圾渗滤液主要来自城市垃圾填埋场。 在中国, 每年有近80% 的固体废物被填埋, 产生的垃圾渗滤液具有高氨氮、 高COD、 高盐度特性, 处理较为困难。 目前大多数研究仅针对稀释后浓度较低的渗滤液。 膜技术是可取的处理方法, 在使用中为避免膜的堵塞, 需要增加预处理以去除废水中的大分子物质。 多种处理法协同使用是更好的选择, 该法通过 将废水分段对应处理, 提高处理效果, 且该法还可以同时处理氨氮和其他污染物。 随着环保理念的不断发展, 废水处理 从注重污染去除转变到资源或能源回收上, 而氨氮废水恰好是能满足循环经济前景的一种可回收资源。 尽管目前仍普 遍采用硝化、 反硝化等工艺将氨转化为氮气, 但随着氮气回收技术的发展, 未来氨氮废水的处理方法势必要发生巨大的 变化。
一、物理法
氨氮废水处理技术研究进展
吸附法处理废水中氨氮依据的主要原理是固液界面吸附。吸附剂的吸附性能与结构、 比表面积息 息相关, 因此吸附材料通常选用比表面积大的、 多孔的物质。 同时, 根据吸附方式可分为物理吸附、 化学吸附和离子交换性吸附[4], 并且它们通常不单独存在。 常见的吸附材料主要有活性炭、 沸石、 膨润土、 壳聚糖[8]等, 对上述材料进行改性, 将吸附官能团或活性结构引入材料以提高比表面积, 不 仅可以提高吸附剂的吸附性能, 还可以提高选择性。 吸附法适合处理中高浓度的氨氮废水, 使用过后 的吸附材料还能通过洗脱剂对已经吸附饱和的材料进行再生, 实现了材料的循环使用。 例如, 在 HCl 调节 pH后的磷酸盐溶液中进行解析, 可以获得磷酸铵沉淀并直接用作农业肥料。
二、化学法
氨氮废水处理技术研究进展
高浓度氨氮废水处理后会产生大量的低浓度氨氮废水, 直接进行回收时成本和能耗较高。 通常采 用膜技术对低浓度废水进行预浓缩, 但膜材料成本高。 电容去离子技术(CDI)具有环保、 成本低等优 点受到重视。 CDI 技术能使废水中阴、 阳离子在带相反电荷的电极上富集浓缩。 为了避免脱附时 对面电极的影响以及防止水流对碳电机的直接冲刷作用, 进一步发展了膜电容器去离子技术, 分别在 阴极和阳极上覆盖阳离子和阴离子交换膜, 以降低富集效应。 然而, 该技术受到电极尺寸的显著限制, 导致离子吸附量有限。 又发展出了流动电极电容去离子技术(FCDI), 即将电极置于流室中, 实现电极 的连续再生。Fang 等创新性地利用 FCDI 对低浓度氨氮废水中的氨进行回收, 发现氨氮浓度较高, 在 pH 值为 4 时, 增加操作电压和流量可促进废水的活性, 实验在 20 mg / L 氨氮废水中进行, 得到 的氨氮富集液为 322. 06 mg / L, 去除率达到 87% 。
二、氨氮污染主要来源
化工、 炼油、 造纸、 化肥、 和催化剂等行业会产生大量的氨氮废水。 这些富氨工业废水成分复杂(有机化 合物、 重金属、盐分), 使用生物法处理时, 易影响到微生物活性, 降低废水处理效果。 因此, 在处理工业废水时, 往往需要有针对性的解决方案。 此外, 部分工业废水还含有一些金属元素和其他可回收物质, 如果能同时处理和 回收氨氮和这些物质, 将有利于循环经济。
氨氮废水处理技 术研究进展
氨氮废水处ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技术研究进展
一、常用氨氮废水处理技术 二、氨氮污染主要来源 三、结语
氨氮废水处理技术研究进展
一、物理法
吹脱法是将空气或蒸汽通入到氨氮废水后, 气液相充分接触, 使氨 氮废水中的游离氨向气相中转移, 达到除氨目的。水体中的氨氮主要 以两种形式存在: 游离氨(NH3 ) 和铵离(NH+4 ), 二者平衡的关系如 公式(1)所示。
二、氨氮污染主要来源
畜禽废水主要产生自养殖业, 具有有机物含量高、 氨氮含量高、 有毒物质少、 生物降解性好等特点, 是最大的氨氮 排放源。 由于畜禽废水有机物含量高, 氨氮浓度中等, 非常适合生物法降解, 且养殖场往往建在农田上, 处理后的废水还 可用于施肥。 膜技术也可以通过将营养物质浓缩成肥料来处理畜禽废水, 但该法成本较高。 针对废水中磷含量较高的 特点, 鸟粪石沉淀法可能是回收氮磷不错的预处理方法。 此外, 也可选择微藻或光合细菌处理法养殖者带来更多的收入。
三、生物法
活性污泥法是一种好氧生物处理法, 可以去除废水中具可生物降解性的有机物。 该法是通过好氧微 生物在连续曝气条件下形成的活性污泥主体, 分解有机污染物并氧化污染物。 近年来, 基于传统活性 污泥法开发的固定膜活性污泥法、 生物膜反应器、 和好氧颗粒污泥法 等新方法引起了广泛关注。然 而, 作为一种传统生物处理方法, 活性污泥仅能降解有机物, 且存在颗粒膨胀、 体积大等缺点。
不同工业氨氮废水的浓度及成分有所差异, 可能需要针对性地处理。 例如, 含有放射性物质的氨氮废水不宜采 用生物法处理, 因为它会降低该法的效率, 含有多种复合离子的氨氮废水不宜采用化学沉淀法处理, 因其中的复合 离子可能会与废水的铵产生竞争效应, 但由于工业废水中氨氮浓度普遍偏高,气提法可能是工业废水首选的氨氮去 除方法。 而对于某些特定类型的废水, 可采用鸟粪石沉淀法和电化学氧化法, 尤其是可降解物质较多的废水。
一、物理法
氨氮废水处理技术研究进展
膜分离法是指当含有氨氮的污水通过功能性膜后, 氨氮被截留, 与水溶液中的其他组分分离的工艺。 目前用于氨氮废水处理的膜主要有聚合物膜和陶瓷膜, 其中聚合物膜由于高温和高压耐久性较差, 使 用上有所限制, 而陶瓷膜克服了此问题,但生产成本相对高。 因此, 许多研究者正在探索低成本生产陶 瓷膜的方法, 如亚当等开发了一种沸石基陶瓷中空纤维膜材料, 该材料采用远低于传统方法(1050 ℃ ) 的烧结温度, 获得了透水性优异的中空纤维膜, 其氨去除率达到 90% 。 还有许多研究者尝试使用天 然矿物粉末或其他无机材料生产低成本陶瓷膜。
三、结 语
随着氨氮废水排放的严格化, 其处理方式也逐渐多样化。但现有的处理方法存在许多弱点及局限性: (1)例如化 学沉淀和反硝化过程, 会生成具有环境破坏性的物质, 如一氧化二氮; (2)目前氨氮废水的处理以去除氨氮为主, 循 环利用性差;(3)许多处理方法仍停留在实验室级别, 无法实际应用。笔者认为, 氨氮废水处理的发展应从环境保护 和经济两方面考虑。 对于已有的处理方法应重点关注产生的副产物, 通过改进或与其他方法结合, 减少其对环境 的破坏并提高氨氮回收效果。 实验室规模的处理方法应加强实际废水的中试, 注重方法的经济性, 为实际应用提 供有价值的参考。 总之, 实际废水中氨氮去除和回收的新方法将是未来十分有意义的研究课题。
二、化学法
氨氮废水处理技术研究进展
化学沉淀法是指向废水中加入化学药剂后, 与污染物反应生成沉淀, 达到分离污染物目的的方法。 就 氨氮废水而言, 通常选择加入镁盐和磷酸盐与 NH+4 反应, 生成 MgNH4PO4·6H2O沉淀, 该沉淀还 可作为缓释肥料使用。 此外, 化学沉淀法还可与其他处理方法结合使用, 如作为吸附和反渗透的预处 理。但该法也存在不足, 即在处理过程中往往需要加入过量的化学试剂, 可能引入新的污染离子,且投 加的药剂成本高, 溶液的酸碱度对反应的影响也较大。
二、氨氮污染主要来源
城市废水是指家庭、 公共设施和天然水资源排放的水。 随着生活水平的提高, 城市废水中化学物质种类增多, 尤其是含有大量的生物需氧量、 氨氮、 磷、 硝酸盐、 总悬浮物和脂质。城市废水通常在污水处理厂进行集中 处理, 废水具有水量大、 C/ N 低的特点, 最常使用的处理方法是生物法, 但是该法在一些高纬度或寒冷地区处理 城市氨氮废水时, 低温会抑制微生物的活性。 尽管还有许多关于鸟粪石法和吸附法的尝试,但鉴于城市废水水量 大, 出于成本考虑, 生物法处理仍然是推荐的方法, 为了增大生物法的适用条件, 近期关于耐低温菌株、 短程硝化 和厌氧氨氧化的研究逐渐增多。 此外, 厌氧膜生物反应器法处理城市废水时具有很好的经济性及实用性, 研究表 明, 该法对 COD 的去除率在 90% 以上, 同时仅消耗少量的可溶性铵和磷酸盐, 处理后的废水含有丰富的营养物 质, 可作为农业灌溉水使用。 颗粒污泥法最近受到了越来越多的关注, 研究表明, 该法可以去除 90% 的有机物和 铵。 同时,城市废水中的大部分铵和磷可以通过微生物异化作用被同化为微藻-细菌颗粒污泥, 处理过程产生的 CO2 可以被微藻利用。 因此, 厌氧膜生物反应器和微藻-细菌颗粒污泥处理法是极具发展前景的方法。
硝化反硝化生物处理技术是典型的活性污泥法。 有氧条件下, 硝化细菌将氨氮转化为硝酸盐。 随 后, 在缺氧条件下, 反硝化细菌将硝酸盐还原为无害的氮气。 在缺氧池中, 反硝化细菌以有机物为碳源, 以返回的硝酸盐和亚硝酸盐为电子供体进行反硝化, 同时, 还能将大分子有机物水解成小分子有机物, 提高后续好氧池的生物降解效率。 此外, 为了解决污泥回流问题, 提高氮磷去除效率, 还开发了循环曝 气池和厌氧-缺氧-好氧工艺等方法。 但由于回流比大、 曝气量大或废水 C/ N 低等原 因, 运行成本高, 应用受到限制。
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垃圾渗滤液主要来自城市垃圾填埋场。 在中国, 每年有近80% 的固体废物被填埋, 产生的垃圾渗滤液具有高氨氮、 高COD、 高盐度特性, 处理较为困难。 目前大多数研究仅针对稀释后浓度较低的渗滤液。 膜技术是可取的处理方法, 在使用中为避免膜的堵塞, 需要增加预处理以去除废水中的大分子物质。 多种处理法协同使用是更好的选择, 该法通过 将废水分段对应处理, 提高处理效果, 且该法还可以同时处理氨氮和其他污染物。 随着环保理念的不断发展, 废水处理 从注重污染去除转变到资源或能源回收上, 而氨氮废水恰好是能满足循环经济前景的一种可回收资源。 尽管目前仍普 遍采用硝化、 反硝化等工艺将氨转化为氮气, 但随着氮气回收技术的发展, 未来氨氮废水的处理方法势必要发生巨大的 变化。
一、物理法
氨氮废水处理技术研究进展
吸附法处理废水中氨氮依据的主要原理是固液界面吸附。吸附剂的吸附性能与结构、 比表面积息 息相关, 因此吸附材料通常选用比表面积大的、 多孔的物质。 同时, 根据吸附方式可分为物理吸附、 化学吸附和离子交换性吸附[4], 并且它们通常不单独存在。 常见的吸附材料主要有活性炭、 沸石、 膨润土、 壳聚糖[8]等, 对上述材料进行改性, 将吸附官能团或活性结构引入材料以提高比表面积, 不 仅可以提高吸附剂的吸附性能, 还可以提高选择性。 吸附法适合处理中高浓度的氨氮废水, 使用过后 的吸附材料还能通过洗脱剂对已经吸附饱和的材料进行再生, 实现了材料的循环使用。 例如, 在 HCl 调节 pH后的磷酸盐溶液中进行解析, 可以获得磷酸铵沉淀并直接用作农业肥料。
二、化学法
氨氮废水处理技术研究进展
高浓度氨氮废水处理后会产生大量的低浓度氨氮废水, 直接进行回收时成本和能耗较高。 通常采 用膜技术对低浓度废水进行预浓缩, 但膜材料成本高。 电容去离子技术(CDI)具有环保、 成本低等优 点受到重视。 CDI 技术能使废水中阴、 阳离子在带相反电荷的电极上富集浓缩。 为了避免脱附时 对面电极的影响以及防止水流对碳电机的直接冲刷作用, 进一步发展了膜电容器去离子技术, 分别在 阴极和阳极上覆盖阳离子和阴离子交换膜, 以降低富集效应。 然而, 该技术受到电极尺寸的显著限制, 导致离子吸附量有限。 又发展出了流动电极电容去离子技术(FCDI), 即将电极置于流室中, 实现电极 的连续再生。Fang 等创新性地利用 FCDI 对低浓度氨氮废水中的氨进行回收, 发现氨氮浓度较高, 在 pH 值为 4 时, 增加操作电压和流量可促进废水的活性, 实验在 20 mg / L 氨氮废水中进行, 得到 的氨氮富集液为 322. 06 mg / L, 去除率达到 87% 。
二、氨氮污染主要来源
化工、 炼油、 造纸、 化肥、 和催化剂等行业会产生大量的氨氮废水。 这些富氨工业废水成分复杂(有机化 合物、 重金属、盐分), 使用生物法处理时, 易影响到微生物活性, 降低废水处理效果。 因此, 在处理工业废水时, 往往需要有针对性的解决方案。 此外, 部分工业废水还含有一些金属元素和其他可回收物质, 如果能同时处理和 回收氨氮和这些物质, 将有利于循环经济。
氨氮废水处理技 术研究进展
氨氮废水处ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技术研究进展
一、常用氨氮废水处理技术 二、氨氮污染主要来源 三、结语
氨氮废水处理技术研究进展
一、物理法
吹脱法是将空气或蒸汽通入到氨氮废水后, 气液相充分接触, 使氨 氮废水中的游离氨向气相中转移, 达到除氨目的。水体中的氨氮主要 以两种形式存在: 游离氨(NH3 ) 和铵离(NH+4 ), 二者平衡的关系如 公式(1)所示。
二、氨氮污染主要来源
畜禽废水主要产生自养殖业, 具有有机物含量高、 氨氮含量高、 有毒物质少、 生物降解性好等特点, 是最大的氨氮 排放源。 由于畜禽废水有机物含量高, 氨氮浓度中等, 非常适合生物法降解, 且养殖场往往建在农田上, 处理后的废水还 可用于施肥。 膜技术也可以通过将营养物质浓缩成肥料来处理畜禽废水, 但该法成本较高。 针对废水中磷含量较高的 特点, 鸟粪石沉淀法可能是回收氮磷不错的预处理方法。 此外, 也可选择微藻或光合细菌处理法养殖者带来更多的收入。
三、生物法
活性污泥法是一种好氧生物处理法, 可以去除废水中具可生物降解性的有机物。 该法是通过好氧微 生物在连续曝气条件下形成的活性污泥主体, 分解有机污染物并氧化污染物。 近年来, 基于传统活性 污泥法开发的固定膜活性污泥法、 生物膜反应器、 和好氧颗粒污泥法 等新方法引起了广泛关注。然 而, 作为一种传统生物处理方法, 活性污泥仅能降解有机物, 且存在颗粒膨胀、 体积大等缺点。
不同工业氨氮废水的浓度及成分有所差异, 可能需要针对性地处理。 例如, 含有放射性物质的氨氮废水不宜采 用生物法处理, 因为它会降低该法的效率, 含有多种复合离子的氨氮废水不宜采用化学沉淀法处理, 因其中的复合 离子可能会与废水的铵产生竞争效应, 但由于工业废水中氨氮浓度普遍偏高,气提法可能是工业废水首选的氨氮去 除方法。 而对于某些特定类型的废水, 可采用鸟粪石沉淀法和电化学氧化法, 尤其是可降解物质较多的废水。
一、物理法
氨氮废水处理技术研究进展
膜分离法是指当含有氨氮的污水通过功能性膜后, 氨氮被截留, 与水溶液中的其他组分分离的工艺。 目前用于氨氮废水处理的膜主要有聚合物膜和陶瓷膜, 其中聚合物膜由于高温和高压耐久性较差, 使 用上有所限制, 而陶瓷膜克服了此问题,但生产成本相对高。 因此, 许多研究者正在探索低成本生产陶 瓷膜的方法, 如亚当等开发了一种沸石基陶瓷中空纤维膜材料, 该材料采用远低于传统方法(1050 ℃ ) 的烧结温度, 获得了透水性优异的中空纤维膜, 其氨去除率达到 90% 。 还有许多研究者尝试使用天 然矿物粉末或其他无机材料生产低成本陶瓷膜。
三、结 语
随着氨氮废水排放的严格化, 其处理方式也逐渐多样化。但现有的处理方法存在许多弱点及局限性: (1)例如化 学沉淀和反硝化过程, 会生成具有环境破坏性的物质, 如一氧化二氮; (2)目前氨氮废水的处理以去除氨氮为主, 循 环利用性差;(3)许多处理方法仍停留在实验室级别, 无法实际应用。笔者认为, 氨氮废水处理的发展应从环境保护 和经济两方面考虑。 对于已有的处理方法应重点关注产生的副产物, 通过改进或与其他方法结合, 减少其对环境 的破坏并提高氨氮回收效果。 实验室规模的处理方法应加强实际废水的中试, 注重方法的经济性, 为实际应用提 供有价值的参考。 总之, 实际废水中氨氮去除和回收的新方法将是未来十分有意义的研究课题。
二、化学法
氨氮废水处理技术研究进展
化学沉淀法是指向废水中加入化学药剂后, 与污染物反应生成沉淀, 达到分离污染物目的的方法。 就 氨氮废水而言, 通常选择加入镁盐和磷酸盐与 NH+4 反应, 生成 MgNH4PO4·6H2O沉淀, 该沉淀还 可作为缓释肥料使用。 此外, 化学沉淀法还可与其他处理方法结合使用, 如作为吸附和反渗透的预处 理。但该法也存在不足, 即在处理过程中往往需要加入过量的化学试剂, 可能引入新的污染离子,且投 加的药剂成本高, 溶液的酸碱度对反应的影响也较大。