申请日2015.12.16
公开(公告)日2016.04.06
IPC分类号C02F9/14; C02F1/36; C02F1/40; C02F101/16
摘要
一种处理高浓度氨氮废水的除氨氮方法，采用两个阶段来进行对氨氮废水的处理;第一个阶段：物化预处理阶段，即采用超声吹脱法将高浓度氨氮废水的浓度降低，超声吹脱法的水温温度65±6℃、时间120±20min;以达到生物脱氮法对氨氮废水的浓度要求;第二个阶段，采用反硝化与硝化生物脱氮法，去除废水中的剩余氨氮。由于超声波具有加速和控制化学反应速率和提高反应物的产率等优点，超声吹脱法是在传统空气吹脱法的基础上，将超声波降解技术和吹脱技术联用而衍生出来的一种新型、高效的高浓度氨氮废水处理技术。氨氮去除率可达90%弥补了传统工艺在氨氮废水浓度上的局限性。
摘要附图
权利要求书
1.一种处理高浓度氨氮废水的除氨氮方法，其特征是在处理高浓度氨氮废水时，采用两个阶段来进行对氨氮废水的处理;第一个阶段：物化预处理阶段，采用超声吹脱法将高浓度氨氮废水的浓度降低，超声吹脱法的水温温度65±6℃、时间120±20min;以达到生物脱氮法对氨氮废水的浓度要求;第二个阶段，采用反硝化与硝化生物脱氮法，去除废水中的剩余氨氮。
2.如权利要求书1所述的除氨氮方法，其特征是所述超声吹脱法去除氨氮，水温温度65±6℃、时间120±20min、pH为10-13和声能密度为0.02W/mL以上。
3.如权利要求书1所述的除氨氮方法，其特征是吹脱出水流进入中间水池，由泵提升至双介质脱氮处理器即铵交换后再进入反硝化与硝化生物脱氮。
说明书
一种处理高浓度氨氮废水的除氨氮方法
技术领域
本发明涉及氨氮废水处理方法，尤其是将超声吹脱法和生物脱氮法相结合，降低了处理氨氮废水浓度的局限，提高了氨氮去除效率。
背景技术
传统的生物脱氮法是目前应用最为广泛氨氮废水处理方法，主要应用于处理中低浓度的氨氮废水。一般将微生物去除水中氨氮的过程分为氨化阶段、硝化阶段和反硝化阶段3个阶段，其基本流程为:
含氮有机物→氨氮(氨化)→亚硝酸盐氮(亚硝化)→硝酸盐氮(硝化)→亚硝酸盐氮(反亚硝化)→氮气
氨化阶段，经由异氧型氨化菌的作用，废水中的含氮有机物脱除氨基，生成氨氮，氨化阶段反应迅速，生物脱氮法的限速步骤为硝化和反硝化过程;
硝化阶段(好氧阶段)，这一部分由硝化菌(包括亚硝酸菌和硝酸菌)完成的，先后包括两个过程，亚硝酸菌先将水体中的氨氮转化为亚硝酸盐氮，硝酸菌进而将亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐氮。
其反应方程式为：
亚硝化：2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+
硝化:2NO2-+O2→2NO3-
反硝化阶段(厌氧阶段)，这一阶段由硝化菌将上一阶段生成的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮还原为氮气或一氧化二氮。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源)。
其反应方程式为：
6NO3-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O
6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-
生物脱氮法可去除多种含氮化合物，总氮去除率可达70%～95%，二次污染小且比较经济，因此在国内外运用最多。
废水中的氨氮以游离氨和铵根离子的形式存在着，而且保持着如下的动态平衡关系：
吹脱法就是利用废水中的氨氮存在着的动态平衡关系，通过在反应中打破平衡关系，达到去除氨氮的目的。例如，在碱性条件下，使其向左移动，增多废水中的游离氨，同时用吹脱法，使液相中的氨氮不断的转移到气相中。工程工艺简单、基建和运行费用较低、处理效果稳定，反应过程不对环境造成二次污染。
传统的空气吹脱法的氨氮去除率仅为40%-50%，对于中高浓度的氨氮废水，经过传统的空气吹脱法处理后，尚不能达标排放。
随着工业生产技术的提高，氨氮成为众多水体污染物中来源广，而且降解困难的一种物质。目前，国内主要采用的去除方法有传统生物脱氮法和物化脱氮法。传统的生物脱氮法主要应用于处理中低浓度的氨氮废水二，而对于处理浓度大于500mg/L的高浓度氨氮废水，传统生物脱氮法存在着游离氨抑制微生物活性和增加供氧量等问题;而物化脱氮法中应用最为广泛的空气吹脱法虽然能处理高浓度的氨氮废水，但存在着氨氮去除效率低的问题。
发明内容
本发明目的是，提出一种工业废水中含有高浓度的氨氮的有效的去除方法，去除废水中的氨氮，本发明工艺是将超声吹脱法和生物脱氮法结合起来的方法。
本发明技术方案是：一种处理高浓度氨氮废水的除氨氮方法，在处理高浓度氨氮废水时，采用两个阶段来进行对氨氮废水的处理;第一个阶段：物化预处理阶段，采用超声吹脱法将高浓度氨氮废水的浓度降低，超声吹脱法的水温温度65±6℃、时间120±20min;以达到生物脱氮法对氨氮废水的浓度要求;第二个阶段，采用传统的生物脱氮法，去除废水中的剩余氨氮，以达到最后的排放标准。同时经过两步处理，提高了氨氮的处理效率，更降低了出水中氨氮的含量。
所述超声吹脱法去除氨氮，是基于超声波的空化作用，将超声波与传统空气吹脱法结合在一起，大大提高了氨氮的去除效率。
所述超声吹脱法去除氨氮，水温温度65±6℃、时间120±20min、pH为10-13和声能密度为0.02W/mL以上，此时氨氮的去除率为82%以上，最佳可以达到85.69%。
研究表明，在采用超声吹脱法处理印染废水中的氨氮，一定范围内废水的氨氮去除率随初始pH、超声功率和温度的升高而增大。废水中氨氮的初始浓度为280mg/L，pH为13，当超声功率为100W，温度为30℃，吹脱时间为150min时，氨氮的去除率为90.78%，比单独采用空气吹脱方法提高了40%。此时，声能密度为0.1W/mL。
超声吹脱法脱除氨氮的主要路径是高温超声热解反应生成N2和H2，以及空气吹脱出NH3。超声吹脱法的氨氮去除率随pH、温度、声能密度和时间等因素的水平值的升高而增大，对于不同初始浓度的氨氮溶液，超声吹脱法具有很好的适应性;正交实验确定的各因素的主次关系依次为：温度、时间、pH和超声波声能密度，最佳水平值为温度65℃、时间120min、pH为12和声能密度为0.02W/mL，此时氨氮的去除率为85.69%。
另外，比较超声吹脱法、单独超声法和单独吹脱法这三种处理方法去除水中高浓度氨氮的情况，在15min时，这三种方法的单位时间去除氨氮量都达到最大值，超声吹脱法为3.39mg/min，是单独超声法的1.12倍，单独吹脱法的1.43倍，该点超声吹脱法去除单位质量氨氮的能耗最小，为162.10kW·h·kg-1(NH4+-N)。
因此，为获得较高的氨氮去除量和降低的能耗，超声吹脱方法较适合较高初始浓度的氨氮溶液在短时间内的氨氮去除反应。
本发明有益效果：在物化预处理阶段，利用超声吹脱法将高浓度氨氮废水中的氨氮去除。试验表明：在较低初始氨氮浓度下，利用超声吹脱法去除氨氮的效果不佳;而在较高初始氨氮浓度的条件下，氨氮的去除率明显上升，甚至可达到90%，且随着初始浓度的提高，氨氮的去除率呈上升趋势，吹脱后氨氮在100mg/L以内。这样的氨氮比例就可能用生化方法处理;经铵交换处理的更好，在生化处理阶段，采用生物脱氮法，经过超声吹脱法处理后的氨氮浓度刚好符合生物脱氮法对氨氮浓度的要求。
由于超声波具有加速和控制化学反应速率和提高反应物的产率等优点，超声吹脱法是在传统空气吹脱法的基础上，将超声波降解技术和吹脱技术联用而衍生出来的一种新型、高效的高浓度氨氮废水处理技术。该技术的氨氮去除率可达90%，且随着氨氮浓度的提高，氨氮去除率呈现上升趋势。刚好弥补了传统工艺在氨氮废水浓度上的局限性。