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水中氨氮的去除方法(物理化学法)的机理和工艺


水中氨氮的去除方法(物理化学法)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。
(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: [ ]
Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl –
NH4+ + HOCl NH2Cl (一氯胺) + H2O + H+
NH2Cl + HOCl NHCl2 (二氯胺) + H2O
NHCl2 + HOCl NCl3 (三氯胺) + H2O
NH4+ + 3HOCl N2↑+ 5H+ + 3Cl + 3H2O
N2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20 mg/ 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p H 在6-8 [ ]。
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p H 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 [ ]。
2.化学沉淀(MAP) 法
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[ ],而使铵离子从水中分离出来。
影响沉淀效果的因素有沉淀剂种类及配比、pH值、废水中的初始氨的浓度、干扰组分等。
有研究表明沉淀法去除废水中氨氮的pH值为10.0 ,物质的量之比Mg∶N= 1.2、P:N = 1. 02 时沉淀效果最好,氨氮去除率达到90 % [ ] 。
赵庆良等[ ]研究表明,MgCl2 •6H2O 和Na2HPO4•12H2O 组合沉淀剂优于MgO 和H3PO4 组合,垃圾渗滤液中的氨氮质量浓度可由5618 mg/ L 降低到65 mg/ L。
李芙蓉等[ ]采用氧化镁和磷酸作为沉淀剂去除煤气洗涤循环水中高浓度的氨氮,效果良好。
李才辉等[ ]对MAP 法处理氨氮废水的工艺进行优化,研究表明氨氮的去除率随着反应时间的增加而增加,随着Mg∶N 比值的增加而增加。
刘小澜[ ]探讨了不同操作条件对氨氮去除率的影响,在pH值为8.5-9. 5 的条件下,投加的药剂Mg2+:NH4+ ∶PO43- (摩尔比)为1. 4∶1∶0. 8 时,废水氨氮的去除率达99 %以上,出水氨氮的质量浓度由2 g/ L 降至15 mg/ L。
国外对用化学沉淀法去除废水中的氨氮也有较多研究。
Stratful等[ ]详细研究了影响磷酸铵镁沉淀及晶体生长的因素,得出4点结论:
(1)过量的铵离子对形成磷酸铵镁沉淀有利;
(2)镁离子可能是形成磷酸铵镁沉淀的限制因素;
(3)如果要想从废水中回收磷酸铵镁,需要得到比较大的晶体颗粒,则至少需要3 h 的结晶时间;
(4)沉淀的pH 值应大于8. 5。
Battistoni 等[ ]进行了用化学沉淀法从废水厌氧消化后的上清液中同时回收氮和磷的研究。废水厌氧消化过程中,有机物中的氮和磷被微生物分解为无机的磷酸盐和氨氮,添加MgO 可以生成磷酸铵镁沉淀可回收磷和氮。
Lind 等[ ]则进行了用磷酸铵镁沉淀法从人的尿液中回收营养物质的研究,可以回收65. 0 % -80. 0 %的氮。
化学沉淀法的最大优点是可以回收废水中的氨,所生成的沉淀可以作为复合肥而利用。存在的主要问题是沉淀剂的用量较大,需要对废水的pH 进行调整,另外有时生成的沉淀颗粒细小或是絮状体,工业中固液分离有一定困难。
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