廢水中的氮往往以含氮有機(jī)物、氨、硝酸鹽和亞硝酸鹽的形式存在。生物體處理將大部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨，然后氨可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。去除水中氨氮的方法很多，但目前常用的脫氮方法有生物硝化反硝化、沸石選擇性交換吸附、空氣吹脫和拐點(diǎn)氯化法。

1.生物硝化和反硝化

生物硝化作用

在好氧條件下，通過亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌的作用，將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程稱為生物硝化。生物硝化的反應(yīng)過程如下:

從上面的公式可以看出:

(1)硝化過程中，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮時(shí)，4.57g需要氧氣；

(2)硝化過程中釋放H+，會(huì)消耗廢水的堿度。每氧化1g氨氮，堿度(以CaCO3計(jì))將消耗7 . 1g。

影響硝化過程的主要因素有:

(1)pH值當(dāng)pH值為8.0 ~ 8.4 (20℃)時(shí)，硝化速率較快。由于硝化過程中pH值會(huì)降低，當(dāng)廢水堿度不足時(shí)，應(yīng)加入石灰使pH值保持在7.5以上。

(2)溫度高時(shí)，硝化速率快。亞硝酸鹽細(xì)菌的適宜水溫為35℃，15℃以下活性急劇下降，因此水溫不宜低于15℃。

(3)硝化細(xì)菌在污泥停留時(shí)間內(nèi)的增殖率很小，其較大的比生長(zhǎng)速率為= 0.3 ~ 0.5d-1(溫度20℃，pH 8.0 ~ 8.4)。為了維持池內(nèi)一定數(shù)量的硝化菌，污泥的停留時(shí)間必須長(zhǎng)于硝化菌較小的世代時(shí)間。實(shí)際操作中，一般應(yīng)> 2或> 2；

(4)溶解氧是生物硝化作用中的電子受體，其濃度過低將不利于硝化作用。一般情況下，活性污泥曝氣池中硝化作用的溶解氧應(yīng)保持在2 ~ 3 mg/L以上；

(5)負(fù)載BOD的硝化細(xì)菌是一種自養(yǎng)細(xì)菌，而BOD氧化細(xì)菌是異養(yǎng)細(xì)菌。如果BOD5負(fù)荷過高，生長(zhǎng)速率高的異養(yǎng)菌會(huì)迅速繁殖，使生長(zhǎng)速率亮白的硝化細(xì)菌得不到優(yōu)勢(shì)，硝化速率也會(huì)因此降低。因此，為了充分硝化，BOD5負(fù)荷應(yīng)保持在0.3kg (BOD5)/kg (ss) .d以下。

(2)生物脫氮

在缺氧條件下，由于兼性反硝化菌(反硝化菌)的作用，將NO2-N和NO3-N還原為N2的過程稱為反硝化作用。反硝化作用中的電子供體(氫供體)是各種有機(jī)底物(碳源)。以甲醇為碳源為例，其反應(yīng)式為:

6 NO3-10 2ch2 oh→6 NO2-10 2co 2 10 4H2O

6NO2-十個(gè)3CH3OH→3N2十個(gè)3CO2十個(gè)3H2O十個(gè)60H-

由上可見，在生物脫氮過程中，不僅NO3-N和NO2-N可以被還原，而且有機(jī)物也可以被氧化分解。

影響脫氮的主要因素:

(1)溫度對(duì)反硝化作用的影響比其他廢水生物處理工藝更大。一般保持在20 ~ 40℃為宜。冬季氣溫過低時(shí)，可采取增加污泥停留時(shí)間、降低負(fù)荷等措施，保持良好的脫氮效果。

(2)2)反硝化過程的pH值控制在7.0 ~ 8.0；

(3)溶解氧能抑制反硝化作用。一般反硝化反應(yīng)器中的溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；

(4)有機(jī)碳源當(dāng)廢水中含有足夠的有機(jī)碳源和BOD5/TN > (3 ~ 5)時(shí)，不需要額外的碳源。當(dāng)廢水中碳氮比低于此比值時(shí)，應(yīng)額外添加有機(jī)碳。添加的有機(jī)碳主要是甲醇?？紤]到甲醇對(duì)溶解氧的額外消耗，甲醇的用量一般為NO3 - N N的3倍，此外，也可采用微生物致死；自溶后釋放的那部分有機(jī)碳是“內(nèi)部碳源”，但這需要污泥停留時(shí)間較長(zhǎng)或負(fù)荷率較低，使得微生物處于生長(zhǎng)曲線的平穩(wěn)期或下降期，因此池容量相應(yīng)增加。

2.沸石的選擇性交換吸附

沸石是一種硅鋁酸鹽，其化學(xué)組成可以表示為(M2+2M+)o·al2o 3。MSIO·2H2O(m = 2 ~ 10，n = 0 ~ 9)，其中m2+代表Ca2+、Sr2+等二價(jià)陽(yáng)離子，m+代表Na+、K+等一價(jià)陽(yáng)離子，為弱酸性陽(yáng)離子。在沸石的三維空間結(jié)構(gòu)中，存在著規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)和孔洞，使其具有優(yōu)異的篩分效果、交換吸附選擇性、熱穩(wěn)定性和形狀穩(wěn)定性等性能。天然沸石種類繁多，斜發(fā)沸石主要用于去除氨氮。

斜發(fā)沸石對(duì)某些陽(yáng)離子的交換選擇性為:K+，NH4+> Na+> Ba2+> Ca2+> Mg2+。利用斜發(fā)沸石對(duì)NH4+的強(qiáng)選擇性，可以利用交換吸附工藝去除水中的氨氮。交換飽和浮石再生后可重復(fù)使用。

溶液的pH值對(duì)沸石除氨有很大影響。pH過高時(shí)，NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，交換吸附減弱。pH過低時(shí)，H+的競(jìng)爭(zhēng)吸附增強(qiáng)，不利于NH4+的去除。通常情況下，進(jìn)水的pH值為6 ~ 8。當(dāng)處理氨氮濃度為10 ~ 20 mg/L時(shí)，出水濃度可達(dá)LMG/L以下，穿透時(shí)水量約為100 ~ 150床容量。沸石的工作交換容量約為0.4×10-3n-1mol/g..

銨吸附飽和的沸石可用5g/L石灰乳或飽和石灰水再生?；厥找旱挠昧考s為處理水的3 ~ 5%。結(jié)果表明，在石灰再生液中加入0.1mol NaCl可以提高再生效率?？紤]到石灰再生的結(jié)垢問題，2%的氯化鈉溶液也作為再生液使用，此時(shí)再生液的用量較大。再生時(shí)排放的高濃度氨合成廢液必須處理，其處理方法為:

(1)空氣吹走NH3，NH3被吹走，或被排空，或被作為肥料的H2S04量吸收；

(2)用蒸汽吹掉1%的氨水溶液，可用作肥料；

(3)電解氧化(電氯化)將氨分解成N2。

3.空氣吹走

在堿性條件下(pH > 10.5)，廢水中的氨氮主要以NH3的形式存在(圖20-2)。如果廢水與空氣充分接觸，水中的揮發(fā)性NH3會(huì)從液相轉(zhuǎn)移到氣相，從而去除水中的氨氮。汽提塔內(nèi)裝有木質(zhì)或塑料條狀填料，氣流從塔的下部進(jìn)入，廢水從塔頂落到塔底的收集池。

影響氨汽提效果的主要因素有:

(1)pH一般將pH提高到10.8 ~ 11.5；

(2)當(dāng)溫度降低時(shí)，氨的溶解度增加，反萃效率降低。比如20℃時(shí)氨去除率為90 ~ 95%，10℃時(shí)下降到75%左右，導(dǎo)致汽提塔冬季運(yùn)行困難。

(3)水力負(fù)荷過大的水力負(fù)荷(m3/m2·h)會(huì)破壞高效吹除所需的水流狀態(tài)，形成水幕；如果水力負(fù)荷過小，填料可能未被完全潤(rùn)濕，導(dǎo)致運(yùn)行不良并形成干塔。一般水力負(fù)荷為2.5 ~ 5 m3/m2h；

(4)對(duì)于一定的塔高，增加空氣流量可以提高脫氨率；但隨著空氣流量的增加，壓降也增加，所以空氣流量是有極限的。一般氣水比在2500 ~ 5000(m3/m2)；

(5)填料配置和高度由于水的反復(fù)飛濺和水滴的形成是氨汽提的關(guān)鍵，所以填料的形狀、大小、間距和排列方式都足以影響汽提效果。一般填料間距為40 ~ 50mm，填料高度為6 ~ 7.5m，如果增加填料間距，需要更大的填料高度；

(6)結(jié)垢控制填料結(jié)垢(CaCO3)會(huì)降低汽提塔的處理效率。控制結(jié)垢的措施包括:用高壓水沖洗垢層；在進(jìn)水中加入阻垢劑；用含少量或不含CO2的空氣吹除(如尾氣吸收、除氨循環(huán)使用)；用不易結(jié)垢的塑料填充物代替木材等。

吹脫法氨氮去除率可達(dá)60 ~ 95%，流程操作簡(jiǎn)單，處理效果穩(wěn)定，基建和運(yùn)行費(fèi)用低，可作為高濃度氨氮廢水使用。但當(dāng)空氣溫度較低時(shí)，汽提效率較低，填料段結(jié)垢往往嚴(yán)重干擾操作，汽提后的氨對(duì)環(huán)境造成二次污染。

4.折疊點(diǎn)氯化

加入過量的氯氣或次氯酸鈉將廢水中的氨完全氧化成N2的方法稱為拐點(diǎn)氯化法，其反應(yīng)可表示為:

NH4+Ten 1.5 hocl→0.5n 2 Ten 1.5 H2O Ten 2.5H+Ten 1.5 cl-

從反應(yīng)式可以看出，達(dá)到斷裂點(diǎn)的理論氯(C12)需求量為7.6kg/kg(NH3-N)，而實(shí)際氯需求量為8 ~ 10 kg/kg (NH3-n)。pH在6 ~ 7時(shí)，用量可以小一些。接觸時(shí)間一般為0.5 ~ 2h。嚴(yán)格控制pH值和氯氣用量，可以減少反應(yīng)中有害氯胺(如NCl3)和氯代有機(jī)物的生成。

點(diǎn)氯化法氨氮去除率為90 ~ 100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，基建費(fèi)用不高。但其運(yùn)行成本高；必須處理殘留的氯和氯化有機(jī)化合物處理。

在目前使用的四種脫氮方法中，物理化學(xué)法因其運(yùn)行成本高和對(duì)環(huán)境的二次污染而限制了其實(shí)際應(yīng)用。而生物脫氮法能有效、徹底地去除氮，且更經(jīng)濟(jì)，因此被廣泛應(yīng)用。

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