污水中氨氮的去除方法
廢水中的氮往往以含氮有機物、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氮轉化為氨，然后氨可以進一步轉化為硝酸鹽。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，通過亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌的作用，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。生物硝化的反應過程如下:
從上面的公式可以看出:
(1)硝化過程中，1g氨氮轉化為硝態(tài)氮時，4.57g需要氧氣；
(2)硝化過程中釋放H+，會消耗廢水的堿度。每氧化1g氨氮，堿度(以CaCO3計)將消耗7 . 1g。
影響硝化過程的主要因素有:
(1)pH值當pH值為8.0 ~ 8.4 (20℃)時，硝化速率較快。由于硝化過程中pH值會降低，當廢水堿度不足時，應加入石灰使pH值保持在7.5以上。
(2)溫度高時，硝化速率快。亞硝酸鹽細菌的適宜水溫為35℃，15℃以下活性急劇下降，因此水溫不宜低于15℃。
(3)硝化細菌在污泥停留時間內的增殖率很小，其較大的比生長速率為= 0.3 ~ 0.5d-1(溫度20℃，pH 8.0 ~ 8.4)。為了維持池內一定數量的硝化菌，污泥的停留時間必須長于硝化菌較小的世代時間。實際操作中，一般應> 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保持在2 ~ 3 mg/L以上；
(5)負載BOD的硝化細菌是一種自養(yǎng)細菌，而BOD氧化細菌是異養(yǎng)細菌。如果BOD5負荷過高，生長速率高的異養(yǎng)菌會迅速繁殖，使生長速率亮白的硝化細菌得不到優(yōu)勢，硝化速率也會因此降低。因此，為了充分硝化，BOD5負荷應保持在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)是各種有機底物(碳源)。以甲醇為碳源為例，其反應式為:
6 NO3-10 2ch2 oh→6 NO2-10 2co 2 10 4H2O
6NO2-十個3CH3OH→3N2十個3CO2十個3H2O十個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，而且有機物也可以被氧化分解。
影響脫氮的主要因素:
(1)溫度對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，可采取增加污泥停留時間、降低負荷等措施，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。一般反硝化反應器中的溶解氧應控制在0.5mg/L以下(活性污泥法)或1mg/L以下(生物膜法)；
(4)有機碳源當廢水中含有足夠的有機碳源和BOD5/TN > (3 ~ 5)時，不需要額外的碳源。當廢水中碳氮比低于此比值時，應額外添加有機碳。添加的有機碳主要是甲醇?？紤]到甲醇對溶解氧的額外消耗，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碳是“內部碳源”，但這需要污泥停留時間較長或負荷率較低，使得微生物處于生長曲線的平穩(wěn)期或下降期，因此池容量相應增加。
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+等二價陽離子，m+代表Na+、K+等一價陽離子，為弱酸性陽離子。在沸石的三維空間結構中，存在著規(guī)則的孔結構和孔洞，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)沸石對某些陽離子的交換選擇性為:K+，NH4+> Na+> Ba2+> Ca2+> Mg2+。利用斜發(fā)沸石對NH4+的強選擇性，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使用。
溶液的pH值對沸石除氨有很大影響。pH過高時，NH4+轉化為NH3，交換吸附減弱。pH過低時，H+的競爭吸附增強，不利于NH4+的去除。通常情況下，進水的pH值為6 ~ 8。當處理氨氮濃度為10 ~ 20 mg/L時，出水濃度可達LMG/L以下，穿透時水量約為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。回收液的用量約為處理水的3 ~ 5%。結果表明，在石灰再生液中加入0.1mol NaCl可以提高再生效率?？紤]到石灰再生的結垢問題，2%的氯化鈉溶液也作為再生液使用，此時再生液的用量較大。再生時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會從液相轉移到氣相，從而去除水中的氨氮。汽提塔內裝有木質或塑料條狀填料，氣流從塔的下部進入，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)當溫度降低時，氨的溶解度增加，反萃效率降低。比如20℃時氨去除率為90 ~ 95%，10℃時下降到75%左右，導致汽提塔冬季運行困難。
(3)水力負荷過大的水力負荷(m3/m2·h)會破壞高效吹除所需的水流狀態(tài)，形成水幕；如果水力負荷過小，填料可能未被完全潤濕，導致運行不良并形成干塔。一般水力負荷為2.5 ~ 5 m3/m2h；
(4)對于一定的塔高，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飛濺和水滴的形成是氨汽提的關鍵，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)結垢控制填料結垢(CaCO3)會降低汽提塔的處理效率。控制結垢的措施包括:用高壓水沖洗垢層；在進水中加入阻垢劑；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)；用不易結垢的塑料填充物代替木材等。
吹脫法氨氮去除率可達60 ~ 95%，流程操作簡單，處理效果穩(wěn)定，基建和運行費用低，可作為高濃度氨氮廢水使用。但當空氣溫度較低時，汽提效率較低，填料段結垢往往嚴重干擾操作，汽提后的氨對環(huán)境造成二次污染。
4.折疊點氯化
加入過量的氯氣或次氯酸鈉將廢水中的氨完全氧化成N2的方法稱為拐點氯化法，其反應可表示為:
NH4+Ten 1.5 hocl→0.5n 2 Ten 1.5 H2O Ten 2.5H+Ten 1.5 cl-
從反應式可以看出，達到斷裂點的理論氯(C12)需求量為7.6kg/kg(NH3-N)，而實際氯需求量為8 ~ 10 kg/kg (NH3-n)。pH在6 ~ 7時，用量可以小一些。接觸時間一般為0.5 ~ 2h。嚴格控制pH值和氯氣用量，可以減少反應中有害氯胺(如NCl3)和氯代有機物的生成。
點氯化法氨氮去除率為90 ~ 100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，基建費用不高。但其運行成本高；必須處理殘留的氯和氯化有機化合物處理。
在目前使用的四種脫氮方法中，物理化學法因其運行成本高和對環(huán)境的二次污染而限制了其實際應用。而生物脫氮法能有效、徹底地去除氮，且更經濟，因此被廣泛應用。
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