高浓度氨氮废水处理,采用吹脱塔“加”AO法处理(1).doc

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-1-,不仅造成了水环境的污染、水体富营养化及水体发生赤潮等现象,而且在工业废水处理和回用工程中造成用水设备中微生物的繁殖而形成生物垢,堵塞管道和用水设备,影响热交换。高浓度氨氮废水来源广泛,成分复杂,毒性强,对环境危害大,处理难度很大,并且被氧化生成的***盐和亚***盐还会影响水生生物甚至人类的健康。。水是人类赖以生存和发展经济的物质基础,也是人类生存、发展的制约条件。我国的水资源并不丰富,人均占有水量列世界第88位,只相当于世界人均值的四分之一,已成为世界13个贫水国之一。水污染是全球面临的主要问题之一。随着世界经济的发展和城市化的进程,对水的需求量在不断地增大,随之而来的是废水的排放量也日益增多,在环境污染中,工业废水的污染影响最大。随着我国工业的发展,工业废水的排放量在日益增加,我国同样也遇到了废水严重污染水体的问题。水体中的氨氮污染已引起国内外社会各界的广泛关注。当前我国工业企业所排出的废水种类众多,废水总量很大,而氨氮废水是其中非常重要的一部分。根据国家环保部2011年公布的有关2010年主要工业行业氨氮排放统计数据如下:(1)化学原料及化学制品制造业:;(2)有色金属冶炼及压延加工业:;(3)石油加工、炼焦及核燃料加工业:;(4)农副产品加工业:;(5)纺织业:;(6)皮革、羽绒及制品加工业:;(7)饮料制造业:;(8)食品制造业:;以上总计:。考虑到有关统计数据的可靠性,实际工业氨氮排放量将达到30万吨以上。另外,考虑到城市污水、农业、养殖等行业巨大废水排放量,我国总的氨氮年排放量约264万吨。氨氮的大量排放,不仅造成了水环境的污染、水体富营养化及水体发生赤潮等现象,而且在工业废水处理和回用工程中造成用水设备中微生物的繁殖而形成生物垢,堵塞管道和用水设备,影响热交换。1995年,德国要求85%污水处理厂的外排废水达到国家三级标准。1999年,在此标准基础上还要求污水厂出水每2h取样的混合水样至少有80%满足无机氮≤5mg/L。我国在1988年实施的地面水环境质量标准GB3838-88中规定***盐、亚***盐、非离子氨和凯氏氮的标准。时隔11年,在GHZB1-1999增加了氨氮的排放标准,在GB3838-2002标准中增加了总氮控制。各地的环保部门要求相关行业必须马上建设脱氮设施,否则关闭工厂或增加排污费的征收。国家曾诚:江西一企业高浓度氨氮废水处理工程设计华东交通大学毕业设计-76- -1-“十二五”发展规划中将氨氮减排列入控制指标,要求“十二五”末氨氮排放量在2010年的基础上减排10%。由此可知氨氮处理的重要性。目前,国内外有很多处理氨氮废水的方法,为了避免重复建设和使用不成熟的技术,分析当前的技术进展具有重要的现实意义。,主要有空气吹脱法、蒸汽汽提法、折点加***法、离子交换法、化学沉淀法、催化湿式氧化法和烟道气治理法等,这些方法各有优缺点,可用于不同条件的废水处理。,利用废水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异,使氨氮由液相转移至气相而去除。废水中的氨氮通常以离子铵(NH4+)和游离氨(NH3)的状态保持平衡而存在,将废水pH值调节至碱性时,NH4+转化为NH3,然后通入空气将NH3吹脱出来。NH4+?+OH-→NH3?+H2O在吹脱过程中,废水pH值、水温、水力负荷及气水比对吹脱效果有较大影响。一般来说,~,水温一般不能低于20℃,~5m3/(m2·h),气水比为2500~5000m3/m3,此时氨氮去除率在80%~95%。空气吹脱法工艺流程简单,但NH3-N仅从溶解状态转化为游离态,并没有彻底除去,需要相应的回收装置,否则易造成二次污染;当温度低时,NH3-N吹脱效率大大低,不适合在寒冷的冬季使用。另外,在当前越来越严格的排放要求条件下,作为一种较为简单粗糙的氨氮废水处理工艺,空气吹脱法由于无法达到排放要求(如15mg?L-1以下),加上氨的回收利用上受到限制,因此采用它的改良方法。,处理机理与吹脱法一样,即在高pH值时使废水与气体密切接触,从而降低废水中氨浓度的过程。其传质过程的推动力是气体中氨的分压与废水中氨的浓度相当的平衡分压之间的差值。延长汽水间的接触时间及接触紧密程度可提高NH3-N的处理效率,用填料塔可以满足此要求。由于采用蒸汽作为工作介质,氨自废水进入蒸汽中,然后在塔顶蒸馏成浓氨水、浓氨气或者液氨回收,或是采用酸吸收成为相应的铵盐。曾诚:江西一企业高浓度氨氮废水处理工程设计华东交通大学毕业设计-2- -77-蒸汽汽提法适用于处理连续排放的高浓度氨氮废水(浓度在1000mg?L-1以上),操作条件易于控制。对于浓度在1000~30000mg?L-1,甚至更高浓度的氨氮废水,采用该法可以经一次处理后,氨氮浓度达到15mg?L-1(国家一级排放标准)以下。蒸汽汽提脱氨技术因为是以蒸汽为脱氨介质,由于蒸汽价格较高(约200元/吨),因此蒸汽消耗就成为了该技术关键指标。传统蒸汽汽提脱氨技术蒸汽消耗达到300kg/吨废水以上,因此传统蒸汽汽提脱氨技术成本很高。随着近些年来技术的进步,一些在传统蒸汽汽提脱氨技术上研究开发的新型蒸汽汽提脱氨技术已经大大降低了蒸汽单耗,达到了30kg/吨废水,因此新型蒸汽汽提脱氨技术正在高浓度工业氨氮废水处理领域得到广泛地推广应用,为我国氨氮污染物减排起到了强有力的技术支撑作用。***法折点加***法是将***气通入水中,当投入量达到某一值(点)时,水中游离***含量最低而氨的浓度降为零,当投入量超过该点时,水中的游离***就会增多。因此,该点称为折点,该状态下的***化称为折点***化。折点***化去除氨的的机理为***气与氨反应生成无害的氮气,氮气逸入大气。折点加***法需***量取决于氨氮的浓度,:1,为了保证反应完全,一般氧化1mg氨氮需加9~10mg的***气。当氨氮浓度<20mg?L-1时,脱氮率大于90%。pH值对脱氮率影响较大,pH值高时产生NO3-,pH值低时产生NCl3,pH值较高或较低时都会过多消耗***气,因而pH值通常控制在6~8。折点加***法处理效率能达到90%~100%,处理效果稳定,不受水温影响,投资较少,但运行费用很高,如果控制不好,副产物******和***代有机物会造成二次污染。该法只适用于处理不易生化处理的低浓度氨氮废水(如几十mg?L-1左右),且处理量不宜过大。。离子交换法采用无机离子交换剂沸石作为交换树脂,沸石具有对非离子氨的吸附作用以及与离子氨的离子交换作用,它是一种硅质类的阳离子交换剂,沸石处理氨氮废水成本低,而且对NH4+有很强的选择性。pH值对沸石离子交换性能影响很大:当pH=4~8时,沸石离子交换性能最佳;当pH<4时,H+与NH4+发生竞争;pH>8时,NH4+变为NH3而失去离子交换性能。离子交换法具有投资省、工艺简单、占地小、操作较为方便、温度和毒物对脱氮率影响小等优点,该法适用于处理中低浓度氨氮废水(<500mg?L-1),或者低浓度氨氮废水(如几十mg?L-1左右)的处理或水的深度处理。对于高浓度的氨氮废水,会因树脂再生频繁而造成操作困难。离子交换法氨氮去除率高,但再生液为高浓度氨氮废水,仍需进一步处理。曾诚:江西一企业高浓度氨氮废水处理工程设计华东交通大学毕业设计-76- -3-,使之与废水中的某些溶解性污染物质发生反应,形成难溶盐沉淀下来,从而降低废水中溶解性污染物浓度的方法。目前,研究最多的是向废水中添加含有Mg2+和PO43-的药剂,如用Na2HPO4和MgSO4作为化学沉淀剂,对于氨氮含量在500~30000mg?L-1氨氮废水,氨氮去除率可达到90%左右。主要是利用以下化学反应:理论上讲以一定比例向含有高浓度氨氮的废水中投加磷盐和镁盐,当[Mg2+][NH4+][PO43-]>×10-13时可生成磷酸铵镁(MAP),除去废水中的氨氮。穆大纲等采用向氨氮浓度较高的工业废水中投加MgCl2?6H2O和Na2HPO4?12H2O生成磷酸铵镁沉淀的方法,以去除其中的高浓度氨氮。结果表明,,Mg2+,NH4+,PO43-:1:1,反应温度为25℃,反应时间为20min,沉淀时间为20min的条件下,氨氨质量浓度可由9500mg?L-1降低到460mg?L-1,去除率达到95%以上。化学沉淀法可以处理各种浓度的氨氮废水,并且得到的沉淀物是一种很好的复合肥料。但是,由于Mg(OH)2和H3PO4价格比较高,采用该法处理高浓度氨氮废水虽然工艺可行,但成本太高,而且向废水中加入PO43-,易造成二次污染,实际生产中难以推广应用,仅仅限于一些特定的废水处理场所。、压力下,在催化剂的作用下,经空气氧化使污水中的有机物、氨等分别氧化成CO2、H2O及N2等无害物质,达到净化的目的。该方法净化效率高、流程简单、占地面积少,但由于反应设备需耐高温、耐腐蚀,故投资较大,尚处于研究开发阶段,少见工业化应用报导。,氨与烟道气中二氧化硫充分接触发生物理化学反应,将其中的氨固化,从而降低废水中氨氮含量的方法。当废水中氨与烟道气中二氧化硫含量相当时,可完全脱氨。此方法既有效地利用了烟道气的废热,又使氨固化,是一种“以废治废”的综合利用方法。该方法用发电厂的烟道废气,应考虑烟道气的量和剩余氨水的量相匹配,因此,烟道气法应用受到限制。 生化法是利用好氧菌及厌氧菌的硝化和反硝化过程,将废水中的氨氮转化为***盐,然后转化为氮气,实现废水的达标排放。生化法能彻底脱除废水中的氨,并且不会造成二次污染,能耗较物理化学法低。但由于生物所能承受氨氮的浓度较低,一般生物处理氨氮浓度不能超过200mg?L-1。曾诚:江西一企业高浓度氨氮废水处理工程设计华东交通大学毕业设计-4- -77-如果废水中的氨氮浓度高于200mg?L-1而低于1000mg?L-1时则通常需要采用物理化学法和生化法相结合的工艺,即采用物理化学法先去除废水中部分氨,然后再采用生化法将氨氮彻底去除到排放标准。如果废水中的氨氮浓度高于1000mg?L-1,例如几千mg?L-1,甚至达到数万mg?L-1,对于这样的废水,目前国内外的生产实践中比较通行的做法是:先将高浓度氨氮废水通过蒸氨的或吹脱将废水中的氨氮降到300mg?L-1以下(无法降到300mg?L-1以下,则需用清水进行稀释),然后用A/0法或化学沉淀法(磷酸铵镁盐法)进行后续处理。出水NH3-N在操作管理十分良好的前提下,一般可以达到国家排放三级标准。,排放高氨氮废水的企业公司比较普遍,如:石化、矿产、焦化、印染、颜料、稀土行业等。高氨氮废水是世界难处理的废水之一,对自然环境污染很大严重危害人类和畜类的身体健康,所以引起了国家环保部门的高度重视,并成为国家十二五主抓治污环保项目之一。“十一五”期间环境保护工作取得积极进展。在国民经济快速发展的同时,化学需氧量排放(COD)得到有效控制,地表水环境质量总体有所改善。“十五”后期,氨氮对水质的影响与高锰酸盐指数基本持平,“十一五”前两年氨氮已成为影响地表水质的首要指标,也是各类型氮中危害影响最大的一种形态。“十二五”期间,考虑到环境质量特征、阶段重点、现有基础和技术经济等因素,有必要将氨氮纳入全国主要水污染物排放约束性控制指标,通过污水处理厂协同效应并升级改造,提高生活源氨氮去除效率,同时抓住化工、造纸、食品加工、纺织、黑色冶金、石化等重点行业,辅以农业源污染防治,可以有效控制氨氮排放总量,较大程度地改善目前水质氨氮超标现象,并减轻湖库氨氮和总氮的负荷。我国氨氮排放量远远超出受纳水体的环境容量、污染负荷压力大是造成目前地表水体氨氮超标的最主要原因。水体中的氨氮是指以氨(NH3)或铵(NH4+)离子形式存在的化合氨。氨氮是各类型氮中危害影响最大的一种形态,是水体受到污染的标志,其对水生态环境的危害表现在多个方面。与COD一样,氨氮也是水体中的主要耗氧污染物,氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧,使水体发黑发臭。氨氮中的非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子,对水生生物有较大的毒害,其毒性比铵盐大几十倍。在氧气充足的情况下,氨氮可被微生物氧化为亚***盐氮,进而分解为***盐氮,亚***盐氮与蛋白质结合生成亚硝***,具有致癌和致畸作用。同时氨氮是水体中的营养素,可为藻类生长提供营养源,增加水体富营养化发生的几率。氨氮是总氮在自然水体中的存在形式之一,控制氨氮有利于减轻湖库氨氮和总氮的负荷。虽然污水处理氨氮降解只是将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮,不能实现总氮的去除。但是可以通过实施氨氮总量控制减少源头氨氮产生量,降低进入水体的氨氮污染负荷,也就直接减少了水体总氮含量,有利于缓解湖库富营养化。