水中氨氮的去除方法

水中氨氮的去除方法综述专业方向：环境工程设计者：何旭指导教师：周蕾黄志平中国人民解放军防化指挥工程学院2009年3月22日防化指挥工程学院本科毕业论文-1-摘要水中存在的氨氮能够产生水体富营养化等危害。水中氨氮的去除非常必要。氨氮去除方法有多种,物理化学法有折点氯化法、空气吹脱法、化学沉淀法、液膜法、电渗析除氨氮法、催化湿式氧化法、土壤灌溉法、循环冷却水系统脱氨法;生物脱氮法可去除多种含氮化合物,总氮去除率可达70%-95%,主要有传统硝化反硝化、短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化。有时要采取多种技术的联合处理,才能取长补短达到较好的处理效果。关键词：氨氮废水处理脱氮Abstract:Existenceofammoniainwatercangenerateeutrophicationandotherhazards.Ammoniainthewaterremovalisnecessary.TherearemanykindsofNH3-Nwastewatertreatmenttechniques.Physical-chemicaltreatmenttechniquesmainlyinclude:break-pointchlorinationprocess,airstrippingprocess,chemicalprecipitationprocess,ionexchangeprocess,liquidmembraneprocess,electrodialysisprocess,catalytic-wetoxidationprocess,landirrigationprocess,coolrecyclewatersystemremovingammoniaprocess,etc..Biologicaltechniquescanremovemanykindsofnitrogencontainingcompounds,totalnitrogenclearanceis70%-95%,mainlyincludingtraditional,short-distance,SNDandANAMMOXtechnique.Sometimesinordertoovercomeonetechnique’sweaknessbyacquiringother’sstrongpointsandgetgoodeffect,severaltechniquesshouldbejoinedtogether.Keywords:Ammonia-Nitrogen;wastewater;treatment；nitrogenremoval防化指挥工程学院本科毕业论文-4-水中氨氮的去除方法综述引言氮在废水中以分子态氮、有机态氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮以及硫氰化物和氰化物等多种形式存在,而氨氮是最主要的存在形式之一。氨氮存在于许多工业废水中,氨氮排入水体,特别是流动较缓慢的湖泊、海湾,容易引起水中藻类及其他微生物大量繁殖,形成富营养化污染,除了会使自来水处理厂运行困难,造成饮用水的异味外,严重时会使水中溶解氧下降,鱼类大量死亡,甚至会导致湖泊的干涸灭亡[1]。2007年太湖爆发的蓝藻污染就是典型的氨氮污染事件。2007年5月16日，梅梁湖水质变黑；22日，小湾里水厂停止供水；25日，贡湖水厂水质尚满足供水要求；28日，贡湖水厂水源地水质严重恶化，水源恶臭，水质发黑，溶解氧下降到0毫克每升，氨氮指标上升到5毫克每升，居民自来水臭味严重。氨氮还使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程增大了用氯量;对某些金属,特别是对铜具有腐蚀性;当污水回用时,再生水中氨氮可以促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖,形成生物垢,堵塞管道和用水设备,并影响换热效率[2]。防化指挥工程学院本科毕业论文-5-为满足公众不断提高的环境质量要求,国家对氨氮制订了越来越严格的排放标准,研究开发经济、高效的除氮处理技术已成为水污染控制工程领域研究的重点和热点[3]。一、水的氨氮污染情况和特点(一)水的氨氮污染情况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，水体中的氨氮污染已引起国内外社会各界的广泛关注。据统计，2003年全国废水的排放总量为460.0亿吨，其中工业废水排放量为212.4亿吨,氨氮的排放量为40.4万吨；城镇生活废水的排放量为247.6亿吨，氨氮的排放量为89.3万吨。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中规定硝酸盐、亚硝酸盐、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防化指挥工程学院本科毕业论文-6-施，否则关闭工厂或增加排污费的征收。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。(二)水的氨氮污染特点水中的氮主要以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮几种形式存在。在特定条件下，如氧化和微生物活动，有机氮可能转化为氨氮。好氧情况下，氨氮又可被硝化细菌氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。表1：90年代我国七大水系污染状况统计年份项目长江黄河珠江淮河松花江辽河海河1992比例(%)Ⅰ、Ⅱ：58；Ⅲ：22；Ⅳ、Ⅴ：20Ⅰ、Ⅱ：24；Ⅲ：6；Ⅳ、Ⅴ：70Ⅰ、Ⅱ：47；Ⅲ：6；Ⅳ、Ⅴ：47Ⅰ、Ⅱ：13；Ⅲ：20；Ⅳ、Ⅴ：67Ⅲ：26；Ⅳ、Ⅴ：74Ⅲ：14；Ⅳ、Ⅴ：86Ⅰ、Ⅱ：16；Ⅲ：10；Ⅳ、Ⅴ：74主要污染物有机物、酚、氨氮有机物、酚、氨氮Hg、氨氮有机物、酚、氨氮Hg、氨氮、酚有机物、酚、氨氮、Hg、Cu有机物、氨氮1993比例(%)Ⅰ、Ⅱ：37；Ⅲ：31；Ⅳ、Ⅴ：32Ⅰ、Ⅱ：13；Ⅲ：18；Ⅳ、Ⅴ：69Ⅰ、Ⅱ：29；Ⅲ：40；Ⅳ、Ⅴ：31Ⅰ、Ⅱ：18.3；Ⅲ：15.7；Ⅳ、Ⅴ：66Ⅲ：38；Ⅳ、Ⅴ：62Ⅲ：13；Ⅳ、Ⅴ：87Ⅲ：50；Ⅳ、Ⅴ：50主要污染物CODMn、酚、氨氮、Cu、AsCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、Cu、AsCODMn、酚、氨氮Hg、氨氮、酚CODMn、Hg、氨氮、酚、CuCODMn、酚、氨氮1994比例(%)Ⅰ、Ⅱ：42；Ⅲ：29；Ⅳ、Ⅴ：29Ⅰ、Ⅱ：7；Ⅲ：27；Ⅳ、Ⅴ：66Ⅰ、Ⅱ：39Ⅲ：43；Ⅳ、Ⅴ：18Ⅰ、Ⅱ：16；Ⅲ：40；Ⅳ、Ⅴ：44Ⅰ、Ⅱ：6；Ⅲ：23；Ⅳ、Ⅴ：71Ⅰ、Ⅱ：32；Ⅲ：24；Ⅳ、Ⅴ：44防化指挥工程学院本科毕业论文-7-主要污染物CODMn、酚、氨氮、Cu、AsCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、As、CODMn氨氮、CODMnCODMn、氨氮、酚、CN-CODMn、酚、氨氮、BOD1995比例(%)Ⅰ、Ⅱ：45；Ⅲ：31；Ⅳ、Ⅴ：24Ⅰ、Ⅱ：5；Ⅲ：35；Ⅳ、Ⅴ：60Ⅰ、Ⅱ：31；Ⅲ：47；Ⅳ、Ⅴ：22Ⅰ、Ⅱ：27；Ⅲ：22；Ⅳ、Ⅴ：51Ⅰ、Ⅱ：4；Ⅲ：29；Ⅳ、Ⅴ：67Ⅰ、Ⅱ：42；Ⅲ：17；Ⅳ、Ⅴ：41主要污染物CODMn、酚、氨氮CODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、CODMnCODMn、氨氮CODMn、氨氮、酚CODMn、酚、氨氮、BOD1996比例(%)Ⅰ、Ⅱ：38.8；Ⅲ：33.7；Ⅳ、Ⅴ：27.5Ⅰ、Ⅱ：8.2；Ⅲ：26.4；Ⅳ、Ⅴ：65.4Ⅰ、Ⅱ：49.5；Ⅲ：31.2；Ⅳ、Ⅴ：19.3Ⅰ、Ⅱ：17.6；Ⅲ：31.2；Ⅳ、Ⅴ：51.2Ⅰ、Ⅱ：2.9；Ⅲ：24.3；Ⅳ、Ⅴ：72.8Ⅰ、Ⅱ：39.7；Ⅲ：19.2；Ⅳ、Ⅴ：41.1主要污染物CODMn、酚、氨氮、CuCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、As、CODMnCODMn、氨氮CODMn、酚、氨氮、HgCODMn、酚、氨氮、Cu、HgCODMn、酚、氨氮、BOD1997比例(%)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：67.7；Ⅳ、Ⅴ：32.3Ⅳ：66.7Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：62.5；Ⅳ：29.2；Ⅴ：8.3干流以Ⅲ、Ⅳ为主Ⅳ：70.6Ⅴ以下：50Ⅴ以下：50主要污染物CODMn、酚、BODCODMn、酚、BOD、氨氮氨氮、Hg、CODMnCODMn、氨氮CODMn、酚、BODCODMn、酚、氨氮、BODCODMn、BOD、氨氮1998比例(%)Ⅰ：4；Ⅱ：67；Ⅲ：4；Ⅳ：11；Ⅴ：4Ⅱ：24；Ⅲ：5；Ⅳ：47；Ⅴ以下：24Ⅰ：29；Ⅱ：36；Ⅲ：7；Ⅳ：22；Ⅴ：2；Ⅴ以下：4Ⅱ：11；Ⅲ：17；Ⅳ：18；Ⅴ：6；Ⅴ以下：48Ⅰ：5；Ⅱ：19；Ⅲ：4；Ⅳ：10；Ⅴ：9；Ⅴ以下：53Ⅰ：4.5；Ⅱ：2.3；Ⅲ：4.5；Ⅳ：22.7；Ⅴ：4.5；Ⅴ以下：61.4Ⅲ：4；Ⅳ：67；Ⅴ：21；Ⅴ以下：8主要污染物CODMn、SS、氨氮SS、酚氨氮、石油、SSCODMn、BODCODMn、氨氮、石油、酚CODMn、酚、氨氮酚、石油注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别表示按照我国地面水环境质量标准划分的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ类水体。水中氨氮浓度并非固定不变，而是可在多种氮的存在形式间互相转化。我国地面水环境质量标准的说明中指出了水中三氮(氨氮、亚硝酸氮和防化指挥工程学院本科毕业论文-8-硝酸氮)出现的水质意义，见表2。由表2可知，根据原水中三氮出现情况的不同，水质呈现不同的污染特征。但只要水中有氨氮出现，则表示水体受到新的污染，水体自净尚未完成。自来水厂面对这样的原水，为了保证饮用水安全，应该采取相应的水处理措施[4]。表2：三种含氮化合物在原水中出现的意义NH4+-NNO2--NNO3--N意义+--水新近被污染++-新近被污染，分解正在进行+++水以前被污染，已开始分解并仍有新污染-++水中污染物已分解，趋向自净+-+旧污染分解已完成，现又有新污染-+-污染已分解，但未完全自净或硝酸盐还原为亚硝酸盐--+水中污染物都已分解并达到了净化---清洁水注“+”表示在水中出现；“-”表示在水中不出现。二、水中氨氮去除方法的机理和工艺目前，水中氨氮的处理方法很多,其主要可分为两大类:物理化学法和生物脱氮法。物理化学法有折点氯化法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、吹脱法和气提法、液膜法、电渗析法、催化湿式氧化法等。生物法主要是利用微生物通过氨化、硝化、反硝化等一系列反应使废水中的氨氮最终转化成无害的氮气排放。防化指挥工程学院本科毕业论文-9-(一)物理化学法1.折点氯化法折点氯化法是将氯气通入废水中达到某一点,在该点时水中游离氯含量较低,而氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时,水中的游离氯就会增多。因此,该点称为折点。该状态下的氯化称为折点氯化。折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气,其反应方程式为:[5]Cl2+H2OHOCl+H++Cl–NH4++HOClNH2Cl(一氯胺)+H2O+H+NH2Cl+HOClNHCl2(二氯胺)+H2ONHCl2+HOClNCl3(三氯胺)+H2ONH4++3HOClN2↑+5H++3Cl+3H2ON2逸入大气,使反应源源不断向右进行。加氯比例:与之比为8:l-10:1。当氨氮浓度小于20mg/L时,脱氮率大于90%,pH影响较大,pH高时产生NO3-,低时产生NCl3,将消耗氯,通常控制pH在6-8[6]。此法用于废水的深度处理,脱氮率高、设备投资少、反应迅速完全,并有消毒作用。但液氯安全使用和贮存要求高,对pH要求也很高,产生的水需加碱中和,因此处理成本高。另外副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染[7]。2.化学沉淀(MAP)法防化指挥工程学院本科毕业论文-10-在一定的pH条件下,水中的Mg2+、HPO43-和NH4+可以生成磷酸铵镁沉淀[8],而使铵离子从水中分离出来。影响沉