生化曝气池泡沫问题全解析及控制办法
过量氨氮排入水體(tǐ)将导致水體(tǐ)富营养化,降低水體(tǐ)观赏价值,并且被氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐还会影响水生生物(wù)甚至人类的健康。因此,废水脱氮处理(lǐ)受到人们的广泛关注。
目前,主要的脱氮方法有(yǒu)生物(wù)硝化反硝化、折点加氯、气提吹脱和离子交换法等。
消化污泥脱水液、垃圾渗滤液、催化剂生产厂废水、肉类加工废水和合成氨化工废水等含有(yǒu)极高浓度的氨氮(500mg/L以上,甚至达到几千mg/L),以上方法会由于游离氨氮的生物(wù)抑制作用(yòng)或者成本等原因而使其应用(yòng)受到限制。
高浓度氨氮废水的处理(lǐ)方法可(kě)以分(fēn)為(wèi)物(wù)化法、生化联合法和新(xīn)型生物(wù)脱氮法。
在碱性条件下,利用(yòng)氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分(fēn)离的一种方法。一般认為(wèi)吹脱效率与温度、pH、气液比有(yǒu)关。
而控制吹脱效率高低的关键因素是温度、气液比和pH。
在水温大于25 ℃,气液比控制在3500左右,渗滤液pH控制在10.5左右,对于氨氮浓度高达2000~4000mg/L的垃圾渗滤液,去除率可(kě)达到90%以上。吹脱法在低温时氨氮去除效率不高。
采用(yòng)超声波吹脱技术对化肥厂高浓度氨氮废水(例如882mg/L)进行了处理(lǐ)试验。最佳工艺条件為(wèi)pH=11,超声吹脱时间為(wèi)40min,气水比為(wèi)1000:1试验结果表明,废水采用(yòng)超声波辐射以后,氨氮的吹脱效果明显增加,与传统吹脱技术相比,氨氮的去除率增加了17%~164%,在90%以上,吹脱后氨氮在100mg/L以内。
為(wèi)了以较低的代价将pH调节至碱性,需要向废水中投加一定量的氢氧化钙,但容易生水垢。同时,為(wèi)了防止吹脱出的氨氮造成二次污染,需要在吹脱塔后设置氨氮吸收装置。
在处理(lǐ)经UASB预处理(lǐ)的垃圾渗滤液(2240mg/L)时发现在pH=11.5,反应时间為(wèi)24h,仅以120r/min的速度梯度进行机械搅拌,氨氮去除率便可(kě)达95%。而在pH=12时通过曝气脱氨氮,在第17小(xiǎo)时pH开始下降,氨氮去除率仅為(wèi)85%。据此认為(wèi),吹脱法脱氮的主要机理(lǐ)应该是机械搅拌而不是空气扩散搅拌。
2、物(wù)化法:沸石脱氧法
利用(yòng)沸石中的阳离子与废水中的NH4 进行交换以达到脱氮的目的。沸石一般被用(yòng)于处理(lǐ)低浓度含氨废水或含微量重金属的废水。然而,蒋建國(guó)等探讨了沸石吸附法去除垃圾渗滤液中氨氮的效果及可(kě)行性。小(xiǎo)试研究结果表明,每克沸石具有(yǒu)吸附15.5mg氨氮的极限潜力,当沸石粒径為(wèi)30~16目时,氨氮去除率达到了78.5%,且在吸附时间、投加量及沸石粒径相同的情况下,进水氨氮浓度越大,吸附速率越大,沸石作為(wèi)吸附剂去除渗滤液中的氨氮是可(kě)行的。
用(yòng)沸石离子交换法处理(lǐ)经厌氧消化过的猪肥废水时发现Na-Zeo、Mg-Zeo、Ca-Zeo、k-Zeo中Na-Zeo沸石效果最好,其次是Ca-Zeo。增加离子交换床的高度可(kě)以提高氨氮去除率,综合考虑经济原因和水力条件,床高18cm(H/D=4),相对流量小(xiǎo)于7.8BV/h是比较适合的尺寸。离子交换法受悬浮物(wù)浓度的影响较大。
应用(yòng)沸石脱氨法必须考虑沸石的再生问题,通常有(yǒu)再生液法和焚烧法。采用(yòng)焚烧法时,产生的氨气必须进行处理(lǐ)。
3、物(wù)化法:膜分(fēn)离技术
利用(yòng)膜的选择透过性进行氨氮脱除的一种方法。这种方法操作方便,氨氮回收率高,无二次污染。蒋展鹏等采用(yòng)電(diàn)渗析法和聚丙烯(PP)中空纤维膜法处理(lǐ)高浓度氨氮无机废水可(kě)取得良好的效果。電(diàn)渗析法处理(lǐ)氨氮废水2000~3000mg/L,去除率可(kě)在85%以上,同时可(kě)获得8.9%的浓氨水。此法工艺流程简单、不消耗药剂、运行过程中消耗的電(diàn)量与废水中氨氮浓度成正比。PP中空纤维膜法脱氨效率>90%,回收的硫酸铵浓度在25%左右。运行中需加碱,加碱量与废水中氨氮浓度成正比。
乳化液膜是种以乳液形式存在的液膜具有(yǒu)选择透过性,可(kě)用(yòng)于液-液分(fēn)离。分(fēn)离过程通常是以乳化液膜(例如煤油膜)為(wèi)分(fēn)离介质,在油膜两侧通过NH3的浓度差和扩散传递為(wèi)推动力,使NH3进入膜内,从而达到分(fēn)离的目的。用(yòng)液膜法处理(lǐ)某湿法冶金厂总排放口废水(1000~1200mgNH4 -N/L,pH為(wèi)6~9),当采用(yòng)烷醇酰胺聚氧乙烯醚為(wèi)表面活性剂用(yòng)量為(wèi)4%~6%,废水pH1.4MAP沉淀法。
主要是利用(yòng)以下化學(xué)反应:
Mg2 NH4 PO43-=MgNH4PO4
理(lǐ)论上讲以一定比例向含有(yǒu)高浓度氨氮的废水中投加磷盐和镁盐,当[Mg2 ][NH4 ][PO43-]>2.5×10–13时可(kě)生成磷酸铵镁(MAP),除去废水中的氨氮。穆大纲等采用(yòng)向氨氮浓度较高的工业废水中投加MgCl2•6H2O和Na2HPO4•12H2O生成磷酸铵镁沉淀的方法,以去除其中的高浓度氨氮。结果表明,在pH為(wèi)8.91,Mg2 ,NH4 ,PO43-的摩尔比為(wèi)1.25:1:1,反应温度為(wèi)25℃,反应时间為(wèi)20min,沉淀时间為(wèi)20min的条件下,氨氨质量浓度可(kě)由9500mg/L降低到460mg/L,去除率达到95%以上。由于在多(duō)数废水中镁盐的含量相对于磷酸盐和氨氮会较低,尽管生成的磷酸铵镁可(kě)以做為(wèi)农肥而抵消一部分(fēn)成本,投加镁盐的费用(yòng)仍成為(wèi)限制这种方法推行的主要因素。海水取之不尽,并且其中含有(yǒu)大量的镁盐。Kumashiro等以海水做為(wèi)镁离子源试验研究了磷酸铵镁结晶过程。盐卤是制盐副产品,主要含MgCl2和其他(tā)无机化合物(wù)。Mg2约為(wèi)32g/L為(wèi)海水的27倍。Lee等用(yòng)MgCl2、海水、盐卤分(fēn)别做為(wèi)Mg2 源以磷酸铵镁结晶法处理(lǐ)养猪场废水,结果表明,pH是最重要的控制参数,当终点pH≈9.6时,反应在10min内即可(kě)结束。由于废水中的N/P不平衡,与其他(tā)两种Mg2 源相比,盐卤的除磷效果相同而脱氮效果略差。
4、物(wù)化法:化學(xué)氧化法
利用(yòng)强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法。折点加氯是利用(yòng)在水中的氨与氯反应生成氨气脱氨,这种方法还可(kě)以起到杀菌作用(yòng),但是产生的余氯会对鱼类有(yǒu)影响,故必须附设除余氯设施。
在溴化物(wù)存在的情况下,臭氧与氨氮会发生如下类似折点加氯的反应:
Br- O3 H →HBrO O2,
NH3 HBrO→NH2Br H2O,
NH2Br HBrO→NHBr2 H2O,
NH2Br NHBr2→N2 3Br- 3H 。
用(yòng)一个有(yǒu)效容积32L的连续曝气柱对合成废水(氨氮600mg/L)进行试验研究,探讨Br/N、pH以及初始氨氮浓度对反应的影响,以确定去除最多(duō)的氨氮并形成最少的NO3-的最佳反应条件。发现NFR(出水NO3--N与进水氨氮之比)在对数坐(zuò)标中与Br-/N成線(xiàn)性相关关系,在Br-/N>0.4,氨氮负荷為(wèi)3.6~4.0kg/(m3•d)时,氨氮负荷降低则NFR降低。出水pH=6.0时,NFR和BrO--Br(有(yǒu)毒副产物(wù))最少。BrO--Br可(kě)由Na2SO3定量分(fēn)解,Na2SO3投加量可(kě)由ORP控制。
5、生化联合法
物(wù)化方法在处理(lǐ)高浓度氨氮废水时不会因為(wèi)氨氮浓度过高而受到限制,但是不能(néng)将氨氮浓度降到足够低(如100mg/L以下)。而生物(wù)脱氮会因為(wèi)高浓度游离氨或者亚硝酸盐氮而受到抑制。实际应用(yòng)中采用(yòng)生化联合的方法,在生物(wù)处理(lǐ)前先对含高浓度氨氮的废水进行物(wù)化处理(lǐ)。
研究采用(yòng)吹脱-缺氧-好氧工艺处理(lǐ)含高浓度氨氮垃圾渗滤液。结果表明,吹脱条件控制在pH=95、吹脱时间為(wèi)12h时,吹脱预处理(lǐ)可(kě)去除废水中60%以上的氨氮,再经缺氧-好氧生物(wù)处理(lǐ)后对氨氮(由1400mg/L降至19.4mg/L)和COD的去除率>90%。
Horan等用(yòng)生物(wù)活性炭流化床处理(lǐ)垃圾渗滤液(COD為(wèi)800~2700mg/L,氨氮為(wèi)220~800mg/L)。研究结果表明,在氨氮负荷0.71kg/(m3•d)时,硝化去除率可(kě)达90%以上,COD去除率达70%,BOD全部去除。以石灰絮凝沉淀 空气吹脱做為(wèi)预处理(lǐ)手段提高渗滤液的可(kě)生化性,在随后的好氧生化处理(lǐ)池中加入吸附剂(粉末状活性炭和沸石),发现吸附剂在0~5g/L时COD和氨氮的去除效率均随吸附剂浓度增加而提高。对于氨氮的去除效果沸石要优于活性炭。
膜-生物(wù)反应器技术(MBR)是将膜分(fēn)离技术与传统的废水生物(wù)反应器有(yǒu)机组合形成的一种新(xīn)型高效的污水处理(lǐ)系统。MBR处理(lǐ)效率高,出水可(kě)直接回用(yòng),设备少战地面积小(xiǎo),剩余污泥量少。其难点在于保持膜有(yǒu)较大的通量和防止膜的渗漏。李红岩等利用(yòng)一體(tǐ)化膜生物(wù)反应器进行了高浓度氨氮废水硝化特性研究。研究结果表明,当原水氨氮浓度為(wèi)2000mg/L、进水氨氦的容积负荷為(wèi)2.0kg/(m3•d)时,氨氮的去除率可(kě)达99%以上,系统比较稳定。反应器内活性污泥的比硝化速率在半年的时间内基本稳定在0.36/d左右。
6、新(xīn)型生物(wù)脱氮法
近年来國(guó)内外出现了一些全新(xīn)的脱氮工艺,為(wèi)高浓度氨氮废水的脱氮处理(lǐ)提供了新(xīn)的途径。主要有(yǒu)短程硝化反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化。
7、新(xīn)型生物(wù)脱氮法:短程硝化反硝化
生物(wù)硝化反硝化是应用(yòng)最广泛的脱氮方式。由于氨氮氧化过程中需要大量的氧气,曝气费用(yòng)成為(wèi)这种脱氮方式的主要开支。短程硝化反硝化(将氨氮氧化至亚硝酸盐氮即进行反硝化),不仅可(kě)以节省氨氧化需氧量而且可(kě)以节省反硝化所需炭源。Ruiza等用(yòng)合成废水(模拟含高浓度氨氮的工业废水)试验确定实现亚硝酸盐积累的最佳条件。要想实现亚硝酸盐积累,pH不是一个关键的控制参数,因為(wèi)pH在6.45~8.95时,全部硝化生成硝酸盐,在pH<6.45或pH>8.95时发生硝化受抑,氨氮积累。当DO=0.7mg/L时,可(kě)以实现65%的氨氮以亚硝酸盐的形式积累并且氨氮转化率在98%以上。DO<0.5mg/L时发生氨氮积累,DO>1.7mg/L时全部硝化生成硝酸盐。刘俊新(xīn)等对低碳氮比的高浓度氨氮废水采用(yòng)亚硝玻型和硝酸型脱氮的效果进行了对比分(fēn)析。试验结果表明,亚硝酸型脱氮可(kě)明显提高总氮去除效率,氨氮和硝态氮负荷可(kě)提高近1倍。此外,pH和氨氮浓度等因素对脱氮类型具有(yǒu)重要影响。
短程硝化反硝化处理(lǐ)焦化废水的中试结果表明,进水COD、氨氮、TN 和酚的浓度分(fēn)别為(wèi)1201.6、510.4、540.1、110.4mg/L时,出水COD、氨氮、TN和酚的平均浓度分(fēn)别為(wèi)197.1、14.2、181.5、0.4mg/L,相应的去除率分(fēn)别為(wèi)83.6%、97.2%、66.4%、99.6%。与常规生物(wù)脱氮工艺相比,该工艺氨氮负荷高,在较低的C/N值条件下可(kě)使TN去除率提高。
8、新(xīn)型生物(wù)脱氮法:厌氧氨氧化(ANAMMOX)、全程自养脱氮(CANON)
厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐為(wèi)電(diàn)子受體(tǐ)直接被氧化成氮气的过程。
ANAMMOX的生化反应式為(wèi):
NH4 NO2-→N2↑ 2H2O
ANAMMOX菌是专性厌氧自养菌,因而非常适合处理(lǐ)含NO2-、低C/N的氨氮废水。与传统工艺相比,基于厌氧氨氧化的脱氮方式工艺流程简单,不需要外加有(yǒu)机炭源,防止二次污染,又(yòu)很(hěn)好的应用(yòng)前景。厌氧氨氧化的应用(yòng)主要有(yǒu)两种:CANON工艺和与中温亚硝化(SHARON)结合,构成SHARON-ANAMMOX联合工艺。
CANON工艺是在限氧的条件下,利用(yòng)完全自养性微生物(wù)将氨氮和亚硝酸盐同时去除的一种方法,从反应形式上看,它是SHARON和ANAMMOX工艺的结合,在同一个反应器中进行。孟了等发现深圳市下坪固體(tǐ)废弃物(wù)填埋场渗滤液处理(lǐ)厂,溶解氧控制在1mg/L左右,进水氨氮<800 mg/L,氨氮负荷<0.46kg,NH4/(m3•d)的条件下,可以利用SBR反应器实现CANON工艺,氨氮的去除率>95%,总氮的去除率>90%。
Sliekers等的研究表明ANAMMOX和CANON过程都可(kě)以在气提式反应器中运转良好,并且达到很(hěn)高的氮转化速率。控制溶解氧在0.5mg/L左右,在气提式反应器中,ANAMMOX过程的脱氮速率达到8.9kgN/(m3•d),而CANON过程可(kě)以达到1.5kgN/(m3•d)。
9、新(xīn)型生物(wù)脱氮法:好氧反硝化
传统脱氮理(lǐ)论认為(wèi),反硝化菌為(wèi)兼性厌氧菌,其呼吸链在有(yǒu)氧条件下以氧气為(wèi)终末電(diàn)子受體(tǐ)在缺氧条件下以硝酸根為(wèi)终末電(diàn)子受體(tǐ)。所以若进行反硝化反应,必须在缺氧环境下。近年来,好氧反硝化现象不断被发现和报道,逐渐受到人们的关注。一些好氧反硝化菌已经被分(fēn)离出来,有(yǒu)些可(kě)以同时进行好氧反硝化和异养硝化(如Robertson等分(fēn)离、筛选出的Tpantotropha.LMD82.5)。这样就可(kě)以在同一个反应器中实现真正意义上的同步硝化反硝化,简化了工艺流程,节省了能(néng)量。
序批式反应器处理(lǐ)氨氮废水,试验结果验证了好氧反硝化的存在,好氧反硝化脱氮能(néng)力随混合液溶解氧浓度的提高而降低,当溶解氧浓度為(wèi)0.5mg/L时,总氮去除率可(kě)达到66.0%。
连续动态试验研究表明,对于高浓度氨氮渗滤液,普通活性污泥达的好氧反硝化工艺的总氮去除串可(kě)达10%以上。硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而下降;反硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而上升。硝化及反硝化的动力學(xué)分(fēn)析表明,在溶解氧為(wèi)0.14mg/L左右时会出现硝化速率和反硝化速率相等的同步硝化反硝化现象。其速率為(wèi)4.7mg/(L•h),硝化反应KN=0.37mg/L;反硝化反应KD=0.48mg/L。
在反硝化过程中会产生N2O是一种温室气體(tǐ),产生新(xīn)的污染,其相关机制研究还不够深入,许多(duō)工艺仍在实验室阶段,需要进一步研究才能(néng)有(yǒu)效地应用(yòng)于实际工程中。另外,还有(yǒu)诸如全程自养脱氮工艺、同步硝化反硝化等工艺仍处在试验研究阶段,都有(yǒu)很(hěn)好的应用(yòng)前景。
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近年来,牙科(kē)综合治疗台水路(dental unit waterline,DUWL)卫生情况在國(guó)内逐渐得到了重视,同时多(duō)个地方标准已经出台,如北京市于2019年12月25日发布了《DB11/T 1703—2019口腔综合治疗台水路消毒技术规范》,浙江省于2021年01月29日发布了《DB33/T 2307-2021 牙科(kē)水路系统清洗消毒技术规范》。 其实,在國(guó)际上各个國(guó)家在更早的时间就开始重视牙科(kē)综合治疗台水路污染相关问题,并制定了相关规范,本文(wén)对各个國(guó)家在此方面的标准情况做以下总结: 國(guó)外关于牙科(kē)综合治疗台水路相关标准 1996 年美國(guó)牙医协会 ( American Dental Association,ADA) 针对牙科(kē)治疗台水系统的污染问题,制定了一个理(lǐ)想的标准,即要求用(yòng)于非外科(kē)手术的牙科(kē)用(yòng)水的细菌含量在 200cfu/ml 以下; 颁布实施了技术规范《环境管理(lǐ)实践指南: 口腔综合治疗台水路》 ( Guidelines for Practice Success,Managing the Regulatory Environment: Dental Unit Waterlines) 。 美國(guó)疾病预防控制中心制订了《牙科(kē)设置感染预防实践总结( 2003) 》( Summary of Infection Preve...
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