污水脱氮理论与技术

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1、华东理工大学资源与环境工程学院邱兆富College of Resources andEnvironmental Engineering, ECUSTQiu Zhaofu1. 水体中氮素的来源与危害水体中氮素的来源与危害2. 氮素污染控制氮素污染控制 3. 生物脱氮原理生物脱氮原理 4. 生物脱氮技术生物脱氮技术 内容提要5. 生物脱氮新工艺生物脱氮新工艺1. 水体中氮素的来源水体中氮素的来源水体中氮素的来源与危害自然来源人类活动大气降水降尘非市区径流生物固氮城市污水浸滤液大气沉降地表径流水体污染源污染源水体中氮素的来源与危害点源点源(Point sources)非点源，面源非点源，面源(Non

2、-point sources)通过排放口集中排放污染物主要通过径流过程点源污染点源污染(Point source pollution)非点源污染，面源污染非点源污染，面源污染(Non-point source pollution)城市污水工业废水等地表径流，养鱼投饵降尘，降雨等2. 2. 氨氮废水的工业来源氨氮废水的工业来源水体中氮素的来源与危害有机氮废水的工业来源及其浓度2. 2. 氨氮废水的工业来源氨氮废水的工业来源水体中氮素的来源与危害氨氮废水的工业来源及其浓度2. 2. 氨氮废水的工业来源氨氮废水的工业来源水体中氮素的来源与危害氨氮废水的工业来源及其浓度2. 2. 氨氮废水的工业来源氨

3、氮废水的工业来源水体中氮素的来源与危害氨氮废水的工业来源及其浓度3. 氮在水体中的存在形态氮在水体中的存在形态水体中氮素的来源与危害蛋白质 (C, O, N, H, N=1518%)多肽氨基酸尿素CO(NH2)2其他(硝基、胺及铵类化合物)COOHHRCNH2氨氮(NH3-N, NH4+-N)亚硝态氮(NO2- -N)硝态氮(NO3-N)水体中氮素的来源与危害氨氮(NH3-N, NH4+-N)亚硝态氮(NO2- -N)硝态氮(NO3-N)水污染控制中经常提到的几个术语水体中氮素的来源与危害4. 氮素污染的危害氮素污染的危害 造成水体的富营养化(eutrophication)现象；水生植物水生植

4、物和和藻类藻类异常增殖异常增殖1998年渤海湾赤潮年渤海湾赤潮2004年6月浙江近海2009年中国近海赤潮情况年中国近海赤潮情况海洋赤潮发生的原因海洋赤潮发生的原因20世纪末中国海洋水质世纪末中国海洋水质水体中氮素的来源与危害4. 氮素污染的危害氮素污染的危害 增加了给水处理的成本； 例如：加氯消毒810gCl2/gNH3-N 引起水体缺氧；NH4+ + 2O2 NO- 3 +2H+ + H2O + 能量 14gN64gO2每氧化1gNH4-N为NO3-N，共需要氧4.57g水体中氮素的来源与危害 氨氮对水生生物有毒游离氨游离氨1mg/L游离氨游离氨Free AmmoniumOHNHOHNH4

5、2334NHOHNHkb25时，氨的离解常数为时，氨的离解常数为1.810-5水体中氮素的来源与危害01020304050607080901006789101112pHFA(%)101520253035pH和温度的升高将和温度的升高将增强氨氮的毒性？增强氨氮的毒性？)92.272909018. 0(3101100%pHTHUnionizedN水体中氮素的来源与危害 硝酸盐影响人类健康硝酸盐硝酸盐(NO3-N)亚硝酸盐亚硝酸盐(NO2-N)血红蛋白(Fe2+) + O2 氧和血红蛋白(Fe2+) (红色，具有输氧能力)血红蛋白(Fe2+) + NO2- 高铁血红蛋白(Fe3+) (褐色，丧失输氧

6、能力)高铁血红蛋白症高铁血红蛋白症胃癌等胃癌等亚硝酸盐能与胺或酰胺反应生成亚硝胺或亚硝酰氨，后两者都有致癌作用。氨氮的浓度及其相应的毒理作用自然来源人类活动大气降水降尘非市区径流生物固氮城市污水浸滤液大气沉降地表径流水体氮素污染控制面源污染控制技术面源污染控制技术修建污水厂修建污水厂1. 废水脱氮技术废水脱氮技术氮素污染控制物化法物化法生物法生物法吹脱吹脱(气提气提)法法折点加氯法折点加氯法离子交换法离子交换法磷酸氨镁沉淀法磷酸氨镁沉淀法其它方法其它方法吹脱(气提)法基本原理：基本原理：将水中的游离氨转移到气体将水中的游离氨转移到气体(空气或蒸汽空气或蒸汽)中去。中去。氨吹脱工艺的三个条件：

7、提高pH，一般用NaOH; 在吹脱塔中反复形成水滴，减小表面张力，增大接触面积。(1) 气体循环，增大浓度差；影响氨气从水中向气体中转移的因素：影响氨气从水中向气体中转移的因素： 水气界面处的表面张力；(1) 水和气体中氨的浓度差。沉淀池空气吹脱法工艺流程图：空气吹脱法(ammonia stripping)pH调节池进水氨和尾气出水空气排泥CaO或NaOH吹脱塔氨水蒸馏工艺流程图以焦化废水为例：蒸氨供料槽调节池NaOH30%pH113蒸汽蒸汽103氨气氨气NH3-N4000mg/LNH3-N250mg/L生化生化换热换热冷却冷却蒸氨塔蒸氨塔pH=8.5-9气提法冷却冷却3035106重要的工艺

8、参数：(1)pH=10.5-11.5;(2)水力负荷：2.4-7.2m3/(m2.h);(3)气液比：填料高度6m时，G/L=2200-2300;(4)蒸汽用量：0.1253 t蒸汽/ 1m3水 泡罩塔：0.08 t蒸汽/1m3水， 浮阀塔：0.13 t蒸汽/1m3水。空气吹脱(气提)法低浓度氨氮废水：室温下空气吹脱；高浓度氨氮废水：蒸汽吹脱。1.0MPa蒸汽价格在180-200元/吨折点加氯法法(breakpoint chlorination)基本原理：基本原理：ClHOHNHOClNH5 . 15 . 25 . 15 . 05 . 1224 NH3-N 浓度 总加氯量 折点 余氯 氯浓度

9、Cl2：NH3-N 重量比 理论折点氯化曲线 HOHClNHHOClNH224ClHOHNHOClClNH5 . 15 . 15 . 05 . 05 . 0222ClHHOClOHCl22折点加氯法法(breakpoint chlorination)重要工艺参数：重要工艺参数：(1)准确控制氯投加量：准确控制氯投加量： 理论投氯量理论投氯量(以氯气计以氯气计)：NH3-N=7.6:1 实际投加量实际投加量(以氯气计以氯气计)通常为通常为: (8:1)-(10:1)(2)控制控制pH，控制反应副产物控制反应副产物NO3-和和NCl3; 控制控制pH在在中性条件中性条件下进行。下进行。OHClHH

10、NOHOClNH234454OHNClHOClClNH232(3)反应时间反应时间：1min;离子交换法(Ion exchange)基本原理：基本原理：nABRBAnRnnn废水中的NH4+与阳离子交换树脂中的阳离子进行交换。对NOx-和有机氮没有效果。常用的离子交换剂：常用的离子交换剂：沸石沸石(Zeolite)沸石是含水的钙、钠以及钡、钾的硅铝酸盐矿物，一般用化学式(M, N2)OAlO3 nSiO2 mH2O表示。废水中的NH4+与沸石中的M+, N2+进行交换。国产沸石有：国产沸石有：斜发沸石斜发沸石(Clinoptilolite) 丝光沸石丝光沸石(Mordenite)离子交换法(I

11、on exchange)斜发沸石对不同阳离子的选择交换顺序如下：斜发沸石对不同阳离子的选择交换顺序如下：LiMgAlFeCaNaBaNHK233224沸石的再生：沸石的再生：化学再生法化学再生法气提再生法气提再生法NaOH, Ca(OH)2, NaCl焚烧法焚烧法生物再生法生物再生法空气或蒸汽500600 高温, NH4+NH3生物硝化，研究中离子交换法(Ion exchange)工艺流程：工艺流程：再生液贮槽进水(二级处理+过滤)出水沸石离子交换柱吹脱塔补充再生液空气空气和NH3Na+或Ca2+NH4+NH4+Na+或Ca2+离子交换法(Ion exchange)重要工艺参数：重要工艺参数：