水中硝酸根離子氨氮的去除

水中氮的除方化)(一生物硝化：(1)在硝化，1g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時需；(2)硝化過出H+化度以CaCO3計7.lg(1)pH值?當pH值為8.0～8.4時20℃)硝化作用中pH7.5以上(2)溫?溫度高硝化亞硝為35在15℃以下其；(3)污泥停間?硝＝溫度，pH8.02,＞；(4)溶氧??氧是生物硝化作用中在(5)BOD負荷?BOD若BOD5在(二生物反硝化(菌將NO2--N和NO3--N還原成N2(氫體物碳)十→6NO2-十2CO2十4H2O十→3N2十十3H2O使NO3--N、NO2--N：(1)度溫持20～40℃為值?反硝化過程的pH值7.0；(3)溶氧在0.5mg/L以下活性污泥法或1mg/L以下生法源BOD5/TN＞(3～5)時，可無需外加碳源。當廢水所含的為NO3--N的3倍。即源，但為＝2，n＝0～9)，中M2+代表Ca2+、Sr2+等二，M+代Na+：K+＞Mg2+。對NH4+的強選擇性，可采用交換吸pH值對沸pH，NH4+向NH3當pH過，H+的競爭吸附NH4+的水以～8氮達約～150約左右用5g/L的3～5%入0.1molNaCl，可提高用2％(1)空的NH3量；(2)蒸氣吹脫冷凝液為1%的氨溶液，；(3)電解氧化化下pH以NH3在(圖20-2)。讓廢水值?將至～11.5度水溫脫20℃時氨去除率為90～而1075%荷荷m3/m2．h)過大，將破壞高效吹脫所需的水流狀態(tài)，而形成為2.5～5m3/m2．h氣?氣取～5000(m3/m2)填度6。若結(jié)?垢CaCO3)特降低吹脫塔的處的空氣吹脫(如尾用達60～95%為→0.5N2十十十氯C12)為8pH～7投為格控制減少反應(yīng)中生成胺(如和達90～100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響，基建費用-水中硝酸的脫除221理化學法(1)膜分離法膜分離法包括反滲透和電滲析兩種。反滲透膜對硝酸根無選擇性但各種離子的脫除率與其價數(shù)成正比。常用的反滲透膜主要是醋酸酯膜也可使用聚胺酯膜和其它復(fù)合膜。反滲透在除去硝酸鹽的同時也將除去其它的無機鹽因此反滲透法將降低出水的礦化度。為延長反滲透膜的使用壽命反滲透法須對進水進行預(yù)處理以減少礦物質(zhì)機物水中其它懸浮物在膜上的沉積結(jié)垢以及污染物、pH波動對膜的傷害。電滲析使用半透膜可選擇性地脫除離子。與傳統(tǒng)的電滲析相比可逆電極的電滲析工藝減少了膜上的結(jié)垢及化學藥劑的用量可用于從苦水和海水中生產(chǎn)飲用水。電滲析和反滲透的脫硝效率差不多。電滲透脫硝法只適用于軟水。一種被稱為NitRem新型電滲裝置可選擇性地脫除硝酸鹽,能將硝酸根濃度從0mg/L以上降低到25mg/L以下。該裝置的另一優(yōu)點是無須使用任何化學藥劑。膜分離法適于小型供水設(shè)施其缺點是費用高(尤其是電滲透法),產(chǎn)生濃縮廢鹽水,存在著廢水排放問題[(2)離子交換法

。離子交換是讓要處理的水通過一強堿性樹脂床,水中的硝酸根與氯離子或重碳酸根換直到樹脂的交換容量耗盡。用過的樹脂用氯化鈉或重碳酸鈉濃溶液再生也可以用海水再生。離子交換工藝的發(fā)展比較成熟,但由于擔心樹脂中有機物的滲出對水的污染影響了該工藝在飲用水處理中的應(yīng)用經(jīng)研究,樹脂不但不會向被處理水中釋放有毒物質(zhì)還能吸附水中的微污染物[20]

目前,離子交換工藝已成為飲用水脫硝的主要手段之一年,法國有套處理能力為60m3

/h的離子交換裝置用于飲用水的脫硝處理。1992美國已建成15個離子交換脫硝廠。普通的陰離子交換樹脂對離子的選擇性是:SO

>NO-3

>HCO>Cl

-

,因此應(yīng)用離子交換脫硝法樹脂中的氯離子將水中所有的硫酸根離子、硝酸根離子和約一半的重碳酸根離子交換掉。其缺點是使出水中氯離子濃度增加并且再生劑用量也比較大。研究表明部分再(60%)比完全再生95%)更為經(jīng)濟。對普通的離子交換工藝的改進之一是CARIX離子交換工藝

此工藝將弱酸樹脂和重碳酸鹽形式的弱堿樹脂結(jié)合將兩種樹脂放在混合床中,用二氧碳再生樹脂由于無須用鹽再生樹脂,因而減少了廢水中鹽的含量,所用的二氧化碳也可重復(fù)使用。但CARIX的工藝復(fù)雜管理困難,并且由于碳酸是弱酸,樹脂再生后只恢復(fù)%～10%的總交換容量。離子交換法的另一種改進工藝是硝酸根選擇性樹脂該工藝可以不受被處理水中硫酸鹽的影響,從而降低了樹脂再生的頻度同時也減少了高含鹽廢水的排放量。但這種樹脂的交換容量較低[22]

。離子交換工藝適合于中小城市使用目前國外已有多座離子交換脫氮廠投入運行。離子交換工藝對原水中的硫酸根離子、氯離子以及水中的有機物比較敏感同時使出水中氯離子濃度升高、pH值降低,對管道有腐蝕作用,因而要對出水進行后續(xù)處理。離子交換工藝的最大缺點是產(chǎn)生濃縮廢鹽2222222222水。在沿海城市廢水可直接排入大海生物反硝化法

。在缺氧的情況下,兼性厭氧菌首選硝酸根進行其呼吸作用將NO

還原為N:NO-3

+6H++5e

=1/2N(g)+3HO異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌可分別通過上述過程將有機物和無機物氧化從而獲得所需的能量。可用作異氧菌反硝化的有機物種類很多在飲用水處理中常用的有甲醇、乙醇、醋酸、蔗糖等其中尤以前三者為多。完成反硝化所需的碳氮比mg/mg):甲醇0.93、乙醇.05、醋酸1.32，但在實際應(yīng)用中都要求基質(zhì)過量。硝酸鹽氮還原為氮氣的過程包括以下幾個步:NO-3→NO→NONO→N。許多細菌只能進行以上過程的一步或兩步反應(yīng)這意味著完整的反硝化過程可能是由一組互補的微生物群完成。反硝化菌以假單胞菌屬最為常見該菌屬可能是自然界最活躍的反硝化菌其他比較重要的反硝化菌有產(chǎn)堿菌屬和黃桿菌屬硫桿菌是典型的自養(yǎng)反硝化菌微球菌屬反硝化菌既能進行異養(yǎng)反硝化在缺少有機碳源時也能利用氫進行自養(yǎng)反硝化。影響生物反硝化的因素主要有氧氣含量、營養(yǎng)物的供給、pH值、溫度等。當氧含量較高時會抑制反硝化過程的部分步驟或全部,有證據(jù)表明當氧氣濃度大于.2mg/L時硝酸鹽氮的還原即無法進行

。足夠的營養(yǎng)物質(zhì)是保證細菌正常生長的基本條件、、ON、、是細胞合成所需基本營養(yǎng)元素另外微量的礦物質(zhì)元素如K、、、、及痕量的Mn、、、、也是必不可少的細菌生長所需的營養(yǎng)元素的最佳比例(CNP∶S)為100∶20∶1(不包括異養(yǎng)菌所需的能源物質(zhì))多數(shù)地下水中含有足夠的礦物質(zhì)和痕量元素。反硝化的最佳H值為78.0,低會使產(chǎn)甲烷菌成為優(yōu)勢菌屬過高則會出現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。溫度對反硝化的影響顯著低溫下(0～5℃)反硝化的速度緩慢(某些嗜冷菌例外[),一般地溫度每提高10℃反硝化速度提高一倍。在生物反硝化中常會出現(xiàn)亞硝酸鹽氮的累積現(xiàn)象,這主要是由硝酸鹽氮抑制ONO的還原導致。對于地下水脫硝,生物反硝化有地下式和地上式兩種方式。地下生物反硝化地下生物反硝化又稱原位生物反硝化是向地下水體注入基質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì),在地下水體中完成反硝化及二次處理的過程。最簡單的地下反硝化工藝由一個加藥井和一個取水井組成1985年在荷蘭以甲醇為基質(zhì)進行了試驗。初期脫氮率30%～50%,以后有所下降驗中出現(xiàn)了兩個難克服的問題,一是地下水中的亞硝酸鹽的濃度從0升高到.17mg/L,是出現(xiàn)了堵塞的現(xiàn)象,后者尤為棘手。試驗者的最終結(jié)論是地下生物反硝化有一定的潛力但實際應(yīng)用的前景決定于如何克服水井堵塞的問題在前捷克進行的砂礫水體的試驗則沒有出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象所用基質(zhì)為乙醇,硝酸鹽的脫除率平均達到7%。出水中亞硝酸鹽氮的濃度介于.02～0.3mg/L。在加藥期間,出水中反硝化菌的數(shù)目從原先的.3E+3個/L加到.8E+5/L一種更為復(fù)雜的“雛菊”式系統(tǒng)名為Nitredox,外圈井和內(nèi)圈井組成以甲醇為基質(zhì),在外圈井中進行反硝化,而在內(nèi)圈井中進行脫氣(氮氣)和復(fù)氧。通過氧化還原電位控制內(nèi)外圈水井的運行。這項技術(shù)在澳地一砂礫層水33223332233體的應(yīng)用取得了成功。系統(tǒng)中包16個外井和內(nèi)圈井,出水量為215m3/h,硝酸鹽氮從22.6g/L降低到5.7g/L,亞硝酸鹽氮的含量低于.01mg/L在正確操作時,沒有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象一種將地面生物反硝化與原位生物反硝化的結(jié)合起來的試驗頗有新意。該工藝包括地面堆式反應(yīng)器和地下系統(tǒng)兩部分。地面堆式反應(yīng)器內(nèi)充填以切碎的麥桔桿、磷酸鈣、灰沙以麥桔桿為反硝化的基質(zhì)。當停留時間為2h時,脫氮率達到1面反應(yīng)器的出水通過圍繞中心取水井布置的滲濾坑進入地下利用其中的殘留有機物繼續(xù)進行地下反硝化同時進行二次處理。經(jīng)過一個多月的運行中心取水井中的硝酸鹽氮從14mg/L降低到2mg/L,亞硝酸鹽氮從升高到0.02mg/L,水中沒有有機物殘留。運行中出現(xiàn)兩個問題,一是堆式反應(yīng)器變形二是由于反應(yīng)器中的氣體排出不暢導致管流現(xiàn)象。但地下水層中未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象[

。飲用水脫硝是一個世界性的難題。由于生物脫硝可將水中的硝酸鹽氮徹底脫除因此對飲用水生物脫硝的研究較多,最新研究主要集中在地面脫硝工藝的研究方面。針對異養(yǎng)反硝化過程使出水中細菌含量增加和殘留有機物污染的問題,Nilsson等人開始進行將反硝化菌包藏在藻酸鈉等介質(zhì)的顆粒中的固定化生物反硝化的研究Lemoine等人則開展了將固定化生物夾在兩層微孔膜之間或用膜將固定化生物與被處理水分開的反硝化研究。通過這些措施細菌和有機物對出水的污染大大降低McCleaf和chroeder等人對該工藝進行了進一步的研究。證,在該工藝中懸浮生物比生物膜的脫氮速度更高;浮生長的生物不能透過0.02μm分隔膜。相比于異養(yǎng)生物反硝化,以氫氣為基質(zhì)的自養(yǎng)生物反硝化工藝有兩個顯著的優(yōu)點氫氣對水不會產(chǎn)生污染;(2)反硝化菌生長較緩慢出水可無須滅菌處理。但如前所述,源供氫亦有缺點。1992年obert等人首次進行了將電解供氫與生物反硝化集成在一起的工藝研究。其原理是將提純的反硝化酶和可傳遞電子的染料混合共同固定在聚合物基體上,并使之以一薄層附著在電化學反應(yīng)器的陰極上低壓直流電作用下陰極產(chǎn)生氫(實驗中發(fā)現(xiàn),氫在被利用前以原子形式存在),并在酶的催化作用下使硝酸鹽氮還原實驗系統(tǒng)主要由兩個反應(yīng)器串聯(lián)組成。在第一個反應(yīng)器中硝酸鹽氮被還原為亞硝酸鹽氮,在第二個反應(yīng)器中亞硝酸鹽氮再被還原為氮氣。實驗中的脫氮率為00%根據(jù)作者的推算,每立方米固定有反硝化酶的聚合物基體每天可處理560kgNO-[24]。另一種電化學生物反應(yīng)器工藝的基本原理是通過一段時間的培養(yǎng)使反硝化菌在反應(yīng)器的陰極上生長陽極使用碳材料;直流電的作用下,陰極產(chǎn)生氫為細菌利用使水中的硝酸鹽氮還原;極發(fā)生氧化反應(yīng),碳被氧化成二氧化碳既可供細菌作合成生物質(zhì)的碳源,又可緩沖體系的pH。該裝置在長期運行中,硝酸鹽氮的脫除率大于8%[17]化學反硝化利用化學反硝化也能脫氮。在堿性條件下可以發(fā)生下列還原反應(yīng)：NO+8Fe(OH)+6HO→NH+8Fe(OH)+OH-

。223322322233223232試驗結(jié)果表明,在銅催化下,Fe∶NO

為51。該工藝產(chǎn)生大量的含鐵污泥并且需要通過充氣來去除產(chǎn)生的氨氮,但費用太高1991年urphy描述了使用鋁粉的化學反硝化25]

。氨氮是主要的產(chǎn)物(占60%～90%),可過充氣法去除。脫硝的最佳pH值是10.25?；驹砣缦拢?NO+2Al+3H→3NO+2Al(OH)

3NO

+2Al+5HO→NH+2Al(OH)+OH-2NO+2Al+4H→N+2Al(OH)+2OH-該工藝適合用石灰軟化水的水廠使用。在這種場合,pH通常被調(diào)到9.1以上,因而反硝化所需調(diào)節(jié)pH的費用就很小。鋁與水有如下副反應(yīng)：2Al+6HO→2Al(OH)+3H在pH9.1～9.3間鋁因上述反應(yīng)損失不超過2%還原1g硝酸鹽氮需要1.16g鋁在H910.5,優(yōu)先于硫酸鹽還原硝酸