折点加氯去除氨氮

折点加氯去除氨氮
?9?工
厂
用
水城市污水回用于循环冷却水时氨氮去除工业用水与废水INDUSTRIAL WATER & WASTEWATER Vol. 31 No. 6 2000周彤,郭晓,周向争(中国市政工程东北设计研究院,吉林长春130021
)鲍宪枝(大连市排水处,辽宁大连116000
)收稿日期: 2000 - 09 - 19在城市污水中,特别是经过二级处理后污水中
的氮, 90 %以上是以氨的形式存在,以氨氮形式脱氮,比去除硝酸盐氮容易而经济,在某些场合并不要
求脱除总氮而只对脱除氨氮有要求。

氨在工业循环
水杀菌处理时会增加用氯量。

氨对某些金属,特别
是铜具有腐蚀性,当再生水作为冷却水回用时,要考
虑冷却设备腐蚀损害问题。

因而在考虑将经处理的
城市污水回用于工业循环冷却水系统时,氨氮的去
除尤为重要。

氨氮的去除有以下方法:
1折点加氯法
废水中含有氨和各种有机氮化物,大多数污水
处理厂排水中含有相当量的氮。

如果在二级处理中
完成了硝化阶段,则氮通常以氨或硝酸盐的形式存
在。

投氯后次氯酸极易与废水中的氨进行反应,在
反应中依次形成三种氯胺:
NH3+ HOCl→NH2Cl
(一氯胺)
+ H2O
NH2Cl + HOCl→NHCl2(二氯胺)
+ H2O
NHCl2+ HOCl→NCl3(三氯化氮)
+ H2O上述反应与p
H值、温度和接触时间有关,也与
氨和氯的初始比值有关,大多数情况下,以一氯胺和
二氯胺两种形式为主。

其中的氯称为有效化合氯。

在含氨水中投入氯的研究中发现,当投氯量达
到氯与氨的摩尔比值1∶1时,化合余氯即增加,当摩尔比达到115∶1时,
(质量比716∶1)
,余氯下降
到最低点,此即“折点”。

在折点处,基本上全部氧化
性的氯都被还原,全部氨都被氧化,进一步加氯就都
产生自由余氯。

在废水处理中,达到折点所需氯总是超过质量
比716∶1 ,当污水的预处理程度提高时,到达折点所需氯量就减少。

三种处理出水加氯量见表1。

折点加氯产生酸,当氧化1m
g
/ LNH3- N时,需1413m
g
/ L的碱度(以CaCO3计)来中和,实际上,由
于氯的水解,真正需要的碱度为15m
g
/ L。

大多数情
况下,
p
H值将略有降低。

为了达到折点反应所加入的氯剂,除形成次氯
酸外,还增加废水中的总溶解固体含量。

在废水复
用情况下,溶解固体的含量可能成为影响回用的障
碍。

投加不同氯剂对总溶解固体的影响见表2。

摘要:污水回用中氨氮去除有许多方法。

当经处理的城市污水回用于工业循环冷却水系统时,利用冷却
塔的曝气作用,控制p
H7. 08. 0 ,污水含氨氮2050m
g
/ L ,浓缩倍数为2的条件下,可使循环水的氨氮浓度< 1m
g
/L。

关键词:城市污水;污水回用;循环冷却水中图分类号:X703 ,TU991. 27文献标识码:A文章编号:1009 - 2455
(
2000
)
06 -
0009 - 03
Removal of NH3-N in the Reuse of Munici
p
al Wastewaterfor Circulatin
g
Coolin
g
Water
ZHOU Ton
g
,GUOXiao ,ZHOUXian
g
-zhen
g
,BAOXian-zhi
Abstract :Thereare man
y
wa
y
sforthe removalof NH3-Ninthe reusin
g
wastwater. Whentreated munici
p
al wastewateris reusedforindustrialcirculatin
g
coolin
g
waters
y
stem,itis
p
ossibletomake NH3-Nconcentrationinthecirculatin g
water < 1m
g
/
L b
y
usin
g
the aeratin
g
functionof coolin
g
tower to control the
p
Hvalue between 7. 0and 8. 0 , the NH3-Nconcentrationin the wastewaterat 2050m
g
/L andtheconcentrationtimesat 2.
Ke
y
words :munici
p
al wastewater;reuseof wastewater; circulatin
g
coolin
g
water表1折点加氯需氯量[1 ]建议设计值13∶1
12∶1
10∶1经验值10∶1
9∶1
8∶1
Cl2∶NH3- N到达折点所需质量比
废水处理程序
原水
二级出水
二级出水再石灰澄清过滤工业用水与废水?10?INDUSTRIAL WATER & WASTEWATER Vol. 31 No. 6 2000工
厂
用
水折点加氯法因加氯量大,费用高,以及产酸增加
总溶解固体等原因,目前尚未见以此为主要除氨方
法的污水厂在运行。

2氨吹脱
在废水中,铵离子和氨气相互转化:
NH4
+?NH3+H+当p
H为7时,只有铵离子存在,在pH为12时,只有氨气存在,在适当条件下溶解氨能从废水中释
出。

氨吹脱工艺是将水的p
H值提到10181115的
范围,在吹脱塔中反复形成水滴,通过塔内大量空气
循环,气水接触,使氨气逸出。

环境温度低于0℃时,氨吹脱塔实际上无法工作[2 ]。

当水温降低时,水中氨的溶解度增加,氨的吹
脱率降低。

由于水中碳酸钙垢在吹脱塔的填料上沉
积,可使塔板完全堵塞。

另外,吹脱塔的投资很高。

因此,国外原有的吹脱塔基本上都已停运。

3选择性离子交换法
使用选择性离子交换剂———斜发沸石进行离子
交换是近期开发的工艺[3 ],废水中的铵离子将斜发
沸石中的钠或钙替代出来,失效的沸石使用再生液
再生,再生液通过氨吹脱塔脱氨。

斜发沸石是沸石中的一种,在美国西部有几处矿床自然存在。

沸石
的交换容量可由废水的离子浓度来估计,同时要进
行半生产性试验,有的用418k
g
/ m3。

此法存在的问题是:再生液需要再次脱氨;在沸
石交换床内,氨解吸塔及辅助配管内存在碳酸钙沉
积;废水中有机物易造成沸石堵塞而影响交换容量,须用各种化学及物理复苏剂除去粘附在沸石上的有
机物。

目前这种方法应用也不多。

4生物法脱氨目前,生产中经常大量采用的方法是生物法脱
氨[4 ]。

污水处理到硝化阶段,生物反应在完成碳的氧
化后再完成氮物质的氧化,使氨氮能氧化为亚硝酸盐
和硝酸盐。

但这样需延长生物处理时间,并增
加供氧
量,这将使生物处理的基建投资和供氧动力增加,无
疑会增加污水处理厂的负担,加大废水回用成本。

5循环水系统脱氨该法是我国“八五”科技攻关成果[5 ]。

中国市政
工程东北设计研究院课题组将再生水作工业冷却水
回用的研究工作中,提出利用循环水系统,特别是冷
却塔,进行脱氨。

循环水系统只要运行得法,掌握一
定条件,在发挥冷却作用的同时,可以作为脱氨兼
用,既不需增加处理费用,又使水质达到回用要求,从而解决了氨氮指标影响回用的这一关键技术。

5. 1循环水系统脱氨的效果循环水系统由冷却塔、循环泵和换热设备组
成。

在冷却塔内,水与空气接触,进行蒸发冷却,然
后供换热设备循环使用。

冷却塔由于蒸发、风吹、排
污而需补充水,当将城市污水再生处理后作为补充
水进入循环水系统中时,补充水中的氨氮在冷却塔
内得以脱除。

这一规律在试验和工业化实践中所证
实。

表3是某厂使用再生水的循环水系统水质分析
的典型数据:城市污水经二级和深度处理后,氨氮尚有1030m
g
/ L左右,进入冷却系统后,在浓缩倍数2的情
况下,氨氮达到014m
g
/ L的低值。

且不随浓缩倍数
增加和运行时间长短而积累。

表3说明在工业用水
实践中,循环水系统中氨氮可小于110m
g
/L ,满足包
括电力工业在内的工业循环冷却水氨氮指标小于1m
g
/L的要求。

5. 2影响氨氮去除的因素
氨氮的去除机理是由于循环水系统是一个特殊
的生态环境,合适的水温,很长的停留时间,巨大的
填料表面积,充足的空气等等优良条件促使氨氮转
化。

据测定,80 %为硝化作用,10 %为解吸作用,10 %为微生物同化作用,三种作用综合,而以硝化为主。

因此,下列因素对氨氮的去除有影响。

5. 2. 1冷却塔浓缩倍数,停留时间
冷却塔的浓缩倍数与节水效果直接相关,浓缩表2折点加氯对TDS的影响总溶解固体的增加∶消耗的NH3- N化学药剂的投加
以氯气进行折点氯化
以次氯酸钠进行折点氯化
投氯气后,用石灰中和全部酸度
投氯气后,用NaOH中和全部酸度6. 2∶1
7. 1∶1
12. 2∶1
14. 8∶1表3某厂使用再生水的循环水系统水质分析循环水7. 9
330
150
282
0. 4
30
4. 4注:硬度、碱度均以CaCO3计。

项目p
H硬度/
(
m
g?L- 1)碱度/
(
m
g?L- 1)
Cl-/
(
m
g?L- 1)
NH3- N/
(
m
g?L- 1)CODcr/
(
m
g?L- 1)SS/
(
m
g?L- 1)补充水(再生水)
7. 0
150
95
121
13
21
4. 2?11?周彤,郭晓,周向争等:城市污水回用于循环冷却水时氨氮去除工厂
用
水倍数越高,补给水量越少,循环水在系统内的停留时
间越长。

循环水系统内的平均停留时间从公式(
1
)求得:T=V
Qb+
Qm(
1
)式
中T—水在系统内的停留时间,h;V—循环水系统容积,m3,一般为循环小时流
量的1/ 31/ 5;Qb—排污和泄漏损失水量,m3/ h;Qm—风吹损失水量,m3/ h。

例如1×104m3/ h的循环水系统,当浓缩倍数
为2时,循环水在系统内的停留时间为1215 h;当
浓缩倍数为5时,停留时间为50 h。

可见其停留时间
很长[6 ]。

当浓缩倍数2以上,城市污水中氨氮含量为2050m
g
/ L时,循环水中氨氮浓度可小于1m
g
/ L。

我国大多数工业冷却系统,浓缩倍数在2左右,所以,大多数工厂的循环水冷却系统都具有很高的去除氨氮的能力,这一去除氨氮的创新技术,具有普遍
推广价值。

5. 2. 2碱度和p
H经计算,每氧化1
g
NH3- N要消耗碱度7114
g
(以CaCO3计)。

当碱度不足时,应当补加。

循环水系统p
H要保持在710810 ,使循环水
的p
H值适宜硝化菌的活动。

5. 2. 3温度
亚硝酸菌最佳生长温度为35℃,硝酸菌的最佳生长温度为3542℃,在适宜的温度下,硝化菌活性高增长快,对氨氮的去除能力增强。

通常冷却塔
水的温度长期保持在2540℃范围内,恰是在硝化
菌最适宜的温度范围内,并且不存在低温时硝化菌
效能减退问题。

这是任何市政污水处理构筑物无法
比拟的。

5. 2. 4供氧量
计算得出,将1
g
NH3- N氧化为NO2
-- N,需耗
氧3143
g
,将1
g
NO2
-- N氧化为NO3-- N,需耗氧1114
g
,硝化作用共耗氧4157
g。

氨氮的硝化应保证
空气量为硝化所需空气量的50倍。

在冷却塔内,每立方米水的空气量可达2000m3,供氧充足,溶解氧可以达到饱和。

这样高的空气量可以提高溶解氧向液膜的传递速率,有利于硝化活
动的进行。

5. 2. 5生物膜
污水经二级处理和深度处理后,水中还含有一
定数量的细菌和有机物,在冷却塔填料表面很容易
形成一层生物膜。

冷却塔填料有点滴式、膜板式、网
格状、蜂窝状等多种形式,表面积在100350m2/ m3。

巨大的表面积为生物膜生长提供了良好场地,虽然
填料的比表面积大,但由于循环水是补充水的几十
倍,可看作高倍数回流,因此填料不会有脱水现象发
生。

避免了生物膜干化而影响活性。

由于再生水的BOD小于10m
g
/ L ,加上循环水有大量稀释能力,因
而合成代谢所形成的新细胞数量很小,膜的增殖脱
落量不大,不会发生填料间隙的堵塞问题。

按计算,每氧化1m
g
NH3- N产生0115m
g新细胞,当原水为20mg
/ L NH3- N时,也只产生310m
g
/ L悬浮物,数
量很少。

工程实践也证明,已使用再生水的循环水
系统悬浮物很低,填料不堵塞,冷却塔也并不因其具有硝化功能而增加排污。

循环水系统脱氨已经成功运行数年。

6结语
经深度处理的城市污水,含氨氮2050m
g
/ L时,在循环冷却
水的p
H值为78、浓缩倍数为2的
条件下,循环水中的氨氮浓度可小于1m
g
/L。

因此使
用经深度处理的城市污水作为工业循环冷却水的补充水,不会造成循环水中氨氮的积累。

参考文献: [1]秦裕衍等译.
(美)梅特卡夫和埃迪公司.废水工程处理、处
置和回用[M].北京:化学工业出版社,1986.[2] (美)
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[5]中国市政工程东北设计研究院.“八五”国家科技攻关专题
研究技术报告[R]. 1995.
[6]周彤1城市污水回用[M]1北京:中国建筑技术发展中心建筑情报研究所,1984.作者简介:周彤(
1941-
)
,男,教授级高工,院副总工程师,全国污水回用研
究会秘书长,联系电话:0431- 5627003。