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污水中氨氮的主要去除方法詳解近20 年來(lái), 對(duì)氨氮污水處理方面開(kāi)展了較多的研究。氨氮蒸餾裝置其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝,目前氨氮處理實(shí)用性較好國(guó)內(nèi)運(yùn)用最多的技術(shù)為：生物脫氮法、氨吹脫汽提法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法、液膜法、土壤灌溉法等。一、生物法。1.生物法機(jī)理——生物硝化和反硝化機(jī)理。在污水的生物脫氮處理過(guò)程中，首先在好氧條件下,通過(guò)好氧硝化菌的作用 ,將污水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽 ;然后在缺氧條件下,利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮?dú)舛鴱奈鬯幸莩觥Ｒ蚨?污水的生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)階段。硝化反應(yīng)是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過(guò)程 ,包括兩個(gè)基本反應(yīng)步驟 : 由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。在缺氧條件下,由于兼性脫氮菌(反硝化菌) 的作用,將硝化過(guò)程中產(chǎn)生的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過(guò)程,稱為反硝化。反硝化過(guò)程中的電子供體是各種各樣的有機(jī)底物(碳源) 。生物脫氮法可去除多種含氮化合物,總氮去除率可達(dá)70%—95%,二次污染小且比較經(jīng)濟(jì),因此在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用最多。但缺點(diǎn)是占地面積大,低溫時(shí)效率低。2.傳統(tǒng)生物法，目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)氨氮污水實(shí)際處理中應(yīng)用較成熟的生物處理方法是傳統(tǒng)的前置反硝化生物脫氮,如A/O、A2/O工藝等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。傳統(tǒng)生物脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段,硝化和反硝化反應(yīng)分別由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于對(duì)環(huán)境條件的要求不同,這兩個(gè)過(guò)程不能同時(shí)發(fā)生,而只能序列式進(jìn)行,即硝化反應(yīng)發(fā)生在好氧條件下,反硝化反應(yīng)發(fā)生在缺氧或厭氧條件下。由此而發(fā)展起來(lái)的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)與好氧區(qū)分開(kāi),形成分級(jí)硝化反硝化工藝,以便硝化與反硝化能夠獨(dú)立地進(jìn)行。1932 年,Wuhrmann利用內(nèi)源反硝化建立了后置反硝化工藝(post-denitrification),Ludzack和Ettinger于1962年提出了前置反硝化工藝(pre-denitrification) ,1973年Barnard 結(jié)合前面兩種工藝又提出了A/O工藝,以及后又出現(xiàn)了各種改進(jìn)工藝如Bardenpho、Phoredox (A2/ O) UCT、JBH、AAA 工藝等,這些都是典型的傳統(tǒng)硝化反硝化工藝。3. A/O系統(tǒng)。A/O脫氮除磷系統(tǒng)，即缺氧、好氧脫氮除磷系統(tǒng)。它是70年代主要由美國(guó)、南非等國(guó)開(kāi)發(fā)的具有去除廢水中氮污染物的工藝，同時(shí)對(duì)脫磷亦有一定的效果。其工藝流程是讓廢水依次經(jīng)歷缺氧、好氧兩個(gè)階段，故人們通稱為缺氧、氨氮蒸餾裝置好氧脫氮除磷系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱A/O系統(tǒng)。A/O系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便，且很容易利用原廠改建，從而提高了出水水質(zhì)。近年來(lái)已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。A/O法工藝如圖2所示。4.缺氧/ 好氧工藝(簡(jiǎn)稱A2/O法)。A2- O 法處理工藝是在好氧條件下,污水中NH3和銨鹽在硝化菌的作用下被氧化成NO2-—N和NO3-—N,然后在缺氧條件下,通過(guò)反硝化反應(yīng)將NO2-—N和NO3-—N還原成N2,達(dá)到脫氮的目的。A2/O是目前普遍采用的工藝，它是在法A/O法的基礎(chǔ)上增加一個(gè)厭氧段和一個(gè)缺氧段，傳統(tǒng)A2/O工藝流程如圖3所示。5.厭氧—缺氧—好氧工藝(簡(jiǎn)稱A1 - A2/O工藝)。A1—A2/O工藝和A2/O工藝同屬于硝化—反硝化為基本流程的生物脫氨工藝,所不同的是A1—A2/O工藝是在A1/O工藝基礎(chǔ)上增加了一級(jí)預(yù)處理段—厭氧段(A1) ,目的在于通過(guò)水解(酸化) 的預(yù)處理,改變廢水中難降解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),提高其可生化性,強(qiáng)化脫氮效果。近幾十年來(lái),盡管生物脫氮技術(shù)有了很大的發(fā)展,但是,硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程仍然需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行,或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。并且傳統(tǒng)的生物脫氮工藝,主要有前置反硝化和后置反硝化兩種。前置反硝化能夠利用廢水中部分快速易降解有機(jī)物作碳源,雖然可節(jié)約反硝化階段外加碳源的費(fèi)用,但是,前置反硝化工藝對(duì)氮的去除不完全,廢水和污泥循環(huán)比也較高,若想獲得較高的氮去除率,則必須加大循環(huán)比,能耗相應(yīng)也增加。而后置反硝化則有賴于外加快速易降解有機(jī)碳源的投加,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量污泥,并且出水中的COD和低水平的DO也影響出水水質(zhì)。傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在不少問(wèn)題:(1)工藝流程較長(zhǎng),占地面積大,基建投資高;(2) 由于硝化菌群增殖速度慢且難以維持較高的生物濃度,特別是在低溫冬季,造成系統(tǒng)的HRT 較長(zhǎng),需要較大的曝氣池,增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用;(3) 系統(tǒng)為維持較高的生物濃度及獲得良好的脫氮效果,必須同時(shí)進(jìn)行污泥和硝化液回流,增加了動(dòng)力消耗和運(yùn)行費(fèi)用;(4) 系統(tǒng)抗沖擊能力較弱,高濃度NH3- N 和NO2-廢水會(huì)抑制硝化菌生長(zhǎng);(5) 硝化過(guò)程中產(chǎn)生的酸度需要投加堿中和,不僅增加了處理費(fèi)用,而且還有可能造成二次污染等等。6.生物脫氮法新工藝。隨著生物脫氮技術(shù)的深入研究，其新發(fā)展卻突破了傳統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí)。近年來(lái)的許多研究表明:硝化反應(yīng)不僅由自養(yǎng)菌完成,某些異養(yǎng)菌也可以進(jìn)行硝化作用;反硝化不只在厭氧條件下進(jìn)行,某些細(xì)菌也可在好氧條件下進(jìn)行反硝化;而且,許多好氧反硝化菌同時(shí)也是異養(yǎng)硝化菌,并能把NH4+氧化成NO2-后直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)。生物脫氮技術(shù)在概念和工藝上的新發(fā)展主要有:短程(或簡(jiǎn)捷) 硝化反硝化、同時(shí)硝化反硝化 和厭氧氨氧化。7.厭氧氨氧化工藝。厭氧氨氧化 是以硝酸鹽為電子受體或以氨作為直接電子供體,進(jìn)行硝酸鹽還原反應(yīng)或?qū)喯跛岬D(zhuǎn)化為氮?dú)獾姆聪趸磻?yīng)。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝或同時(shí)硝化反硝化工藝相比,氨的厭氧氧化具有不少突出的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)在: (1)無(wú)需外加有機(jī)物作電子供體,既可節(jié)省費(fèi)用,又可防止二次污染; (2)硝化反應(yīng)每氧化1molNH4+耗氧2mol , 而在厭氧氨氧化反應(yīng)中, 每氧化1molNH4+只需要0.75mol 氧,耗氧下降62.5 %(不考慮細(xì)胞合成時(shí)) ,所以,可使耗氧能耗大為降; (3)傳統(tǒng)的硝化反應(yīng)氧化1molNH4+可產(chǎn)生2molH+ ,反硝化還原1molNO3-或NO2-將產(chǎn)生1molOH- ,而氨厭氧氧化的生物產(chǎn)酸量大為下降,產(chǎn)堿量降至為零,可以節(jié)省可觀的中和試劑。故厭氧氨氧化及其工藝技術(shù)很有研究?jī)r(jià)值和開(kāi)發(fā)前景。8.短程硝化反硝化工藝。短程硝化反硝化是將硝化控制在HNO2階段而終止,隨后進(jìn)行反硝化,其生物脫氮過(guò)程如:NH+4——HNO2?——N2。短程生物脫氫工藝的優(yōu)點(diǎn):可節(jié)省氧供應(yīng)量約25% ,降低了能耗;節(jié)省反硝化所需碳源40% ,在C/N 比一定的情況下,提高了TN 去除率;減少污泥生成量可達(dá)50 %;減少投堿量,縮短反應(yīng)時(shí)間。但是短程硝化反硝化的缺點(diǎn)是不能夠長(zhǎng)久穩(wěn)定地維持HNO2積累。目前荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)應(yīng)用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的SHARON工藝,已在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水處理廠建成并投入運(yùn)行。9.同時(shí)硝化反硝化工藝所謂同時(shí)硝化反硝化工藝就是硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在同一反應(yīng)器中,相同操作條件下同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。同時(shí)硝化反硝化過(guò)程由于是在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行,它具有如下優(yōu)點(diǎn):完全脫氮,強(qiáng)化磷的去除;降低曝氣量,節(jié)省能耗并增加設(shè)備處理負(fù)荷,減少堿度的能耗;簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作,同時(shí)硝化反硝化工藝的不足之處就是影響因素較多,過(guò)程難以控制。目前荷蘭、丹麥、意大利等國(guó)已有污水廠在利用同時(shí)硝化反硝化脫氫工藝運(yùn)行。綜上，生物法處理氨氮污水較穩(wěn)定,但一般要求氨氮濃度在400 mg/L以下,總氮去除率可達(dá)70% ～95%。生物脫氮新工藝處理高濃度氨氮污水效率比較高,目前實(shí)際投入運(yùn)行的有短程硝化反硝化工藝和厭氧氨氧化工藝,但它們的工藝條件要求嚴(yán)格,特別是對(duì)溶解氧的要求更為嚴(yán)格,在實(shí)際應(yīng)用中很難控制;其他新型脫氮技術(shù)也只是在實(shí)驗(yàn)研究階段。對(duì)于高濃度含氮污水成分復(fù)雜,生物毒性大,為了取得很好的處理效果,必須針對(duì)不同行業(yè)和污水性質(zhì)而采取不同的處理辦法。目前,焦化、味精、化肥等行業(yè)多采取A/O 法,養(yǎng)殖行業(yè)一般采取SBR法(序批式生物反應(yīng)法)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果和實(shí)踐來(lái)看,生物脫氮氨技術(shù)將是未來(lái)成為高濃度氨氮污水處理方向。