折点加氯去除氨氮.pdf

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INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水Vol.31No.62000城市污水回用于循环冷却水时氨氮去除周彤,郭晓,周向争(中国市政工程东北设计研究院,吉林长春130021)鲍宪枝(大连市排水处,辽宁大连116000)摘要:污水回用中氨氮去除有许多方法。当经处理的城市污水回用于工业循环冷却水系统时,利用冷却塔的曝气作用,控制pH7.0～8.0,污水含氨氮20～50mg/L,浓缩倍数为2的条件下,可使循环水的氨氮浓度<1mg/L。关键词:城市污水;污水回用;循环冷却水中图分类号:X703,TU991.27文献标识码:A文章编号:1009-2455(2000)06-0009-03RemovalofNH3-NintheReuseofMunicipalWastewaterforCirculatingCoolingWaterZHOUTong,GUOXiao,ZHOUXiang-zheng,BAOXian-zhiAbstract:TherearemanywaysfortheremovalofNH3-Ninthereusingwastwater.Whentreatedmunicipalwastewaterisreusedforindustrialcirculatingcoolingwatersystem,itispossibletomakeNH3-Nconcentrationinthecirculatingwater<1mg/LbyusingtheaeratingfunctionofcoolingtowertocontrolthepHvaluebetween7.0and8.0,theNH3-Nconcentrationinthewastewaterat20～50mg/Landtheconcentrationtimesat2.Keywords:municipalwastewater;reuseofwastewater;circulatingcoolingwater在城市污水中,特别是经过二级处理后污水中在含氨水中投入氯的研究中发现,当投氯量达的氮,90%以上是以氨的形式存在,以氨氮形式脱到氯与氨的摩尔比值1∶1时,化合余氯即增加,当氮,比去除硝酸盐氮容易而经济,在某些场合并不要摩尔比达到115∶1时,(质量比716∶1),余氯下降求脱除总氮而只对脱除氨氮有要求。氨在工业循环到最低点,此即“折点”。在折点处,基本上全部氧化水杀菌处理时会增加用氯量。氨对某些金属,特别性的氯都被还原,全部氨都被氧化,进一步加氯就都是铜具有腐蚀性,当再生水作为冷却水回用时,要考产生自由余氯。虑冷却设备腐蚀损害问题。因而在考虑将经处理的在废水处理中,达到折点所需氯总是超过质量城市污水回用于工业循环冷却水系统时,氨氮的去比716∶1,当污水的预处理程度提高时,到达折点除尤为重要。所需氯量就减少。三种处理出水加氯量见表1。[1]氨氮的去除有以下方法:表1折点加氯需氯量1折点加氯法Cl2∶NH3-N到达折点所需质量比废水处理程序废水中含有氨和各种有机氮化物,大多数污水经验值建议设计值原水10∶113∶1处理厂排水中含有相当量的氮。如果在二级处理中二级出水9∶112∶1工完成了硝化阶段,则氮通常以氨或硝酸盐的形式存二级出水再石灰澄清过滤8∶110∶1厂在。投氯后次氯酸极易与废水中的氨进行反应,在折点加氯产生酸,当氧化1mg/LNH3-N时,需反应中依次形成三种氯胺:1413mg/L的碱度(以CaCO3计)来中和,实际上,由用NH3+HOCl→NH2Cl(一氯胺)+H2O于氯的水解,真正需要的碱度为15mg/L。大多数情水NH2Cl+HOCl→NHCl2(二氯胺)+H2O况下,pH值将略有降低。NHCl2+HOCl→NCl3(三氯化氮)+H2O为了达到折点反应所加入的氯剂,除形成次氯上述反应与pH值、温度和接触时间有关,也与酸外,还增加废水中的总溶解固体含量。在废水复氨和氯的初始比值有关,大多数情况下,以一氯胺和用情况下,溶解固体的含量可能成为影响回用的障二氯胺两种形式为主。其中的氯称为有效化合氯。碍。投加不同氯剂对总溶解固体的影响见表2。收稿日期:2000-09-19·9· INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水Vol.31No.62000表2折点加氯对TDS的影响5循环水系统脱氨化学药剂的投加总溶解固体的增加∶消耗的NH3-N该法是我国“八五”科技攻关成果[5]。中国市政以氯气进行折点氯化6.2∶1工程东北设计研究院课题组将再生水作工业冷却水以次氯酸钠进行折点氯化7.1∶1投氯气后,用石灰中和全部酸度12.2∶1回用的研究工作中,提出利用循环水系统,特别是冷投氯气后,用NaOH中和全部酸度14.8∶1却塔,进行脱氨。循环水系统只要运行得法,掌握一折点加氯法因加氯量大,费用高,以及产酸增加定条件,在发挥冷却作用的同时,可以作为脱氨兼总溶解固体等原因,目前尚未见以此为主要除氨方用,既不需增加处理费用,又使水质达到回用要求,法的污水厂在运行。从而解决了氨氮指标影响回用的这一关键技术。2氨吹脱5.1循环水系统脱氨的效果在废水中,铵离子和氨气相互转化:循环水系统由冷却塔、循环泵和换热设备组++NH4WNH3+H成。在冷却塔内,水与空气接触,进行蒸发冷却,然当pH为7时,只有铵离子存在,在pH为12时,后供换热设备循环使用。冷却塔由于蒸发、风吹、排只有氨气存在,在适当条件下溶解氨能从废水中释污而需补充水,当将城市污水再生处理后作为补充出。水进入循环水系统中时,补充水中的氨氮在冷却塔氨吹脱工艺是将水的pH值提到1018～1115的内得以脱除。这一规律在试验和工业化实践中所证范围,在吹脱塔中反复形成水滴,通过塔内大量空气实。表3是某厂使用再生水的循环水系统水质分析循环,气水接触,使氨气逸出。的典型数据:环境温度低于0℃时,氨吹脱塔实际上无法工表3某厂使用再生水的循环水系统水质分析[2]作。当水温降低时,水中氨的溶解度增加,氨的吹项目补充水(再生水)循环水脱率降低。由于水中碳酸钙垢在吹脱塔的填料上沉pH7.07.9-1硬度/(mg·L)150330积,可使塔板完全堵塞。另外,吹脱塔的投资很高。-1碱度/(mg·L)95150因此,国外原有的吹脱塔基本上都已停运。--1Cl/(mg·L)1212823选择性离子交换法NH-1)130.43-N/(mg·L-1使用选择性离子交换剂———斜发沸石进行离子CODcr/(mg·L)2130[3]SS/(mg·L-1)4.24.4交换是近期开发的工艺,废水中的铵离子将斜发注:硬度、碱度均以CaCO3计。沸石中的钠或钙替代出来,失效的沸石使用再生液城市污水经二级和深度处理后,氨氮尚有10～再生,再生液通过氨吹脱塔脱氨。斜发沸石是沸石中的一种,在美国西部有几处矿床自然存在。沸石30mg/L左右,进入冷却系统后,在浓缩倍数2的情况下,氨氮达到014mg/L的低值。且不随浓缩倍数的交换容量可由废水的离子浓度来估计,同时要进行半生产性试验,有的用418kg/m3。增加和运行时间长短而积累。表3说明在工业用水实践中,循环水系统中氨氮可小于110mg/L,满足包此法存在的问题是:再生液需要再次脱氨;在沸括电力工业在内的工业循环冷却水氨氮指标小于工石交换床内,氨解吸塔及辅助配管内存在碳酸钙沉积;废水中有机物易造成沸石堵塞而影响交换容量,1mg/L的要求。厂5.2影响氨氮去除的因素须用各种化学及物理复苏剂除去粘附在沸石上的有用机物。目前这种方法应用也不多。氨氮的去除机理是由于循环水系统是一个特殊的生态环境,合适的水温,很长的停留时间,巨大的4生物法脱氨水填料表面积,充足的空气等等优良条件促使氨氮转目前,生产中经常大量采用的方法是生物法脱[4]化。据测定,80%为硝化作用,10%为解吸作用,10%氨。污水处理到硝化阶段,生物反应在完成碳的氧为微生物同化作用,三种作用综合,而以硝化为主。化后再完成氮物质的氧化,使氨氮能氧化为亚硝酸盐因此,下列因素对氨氮的去除有影响。和硝酸盐。但这样需延长生物处理时间,并增加供氧5.2.1冷却塔浓缩倍数,停留时间量,这将使生物处理的基建投资和供氧动力增加,无冷却塔的浓缩倍数与节水效果直接相关,浓缩疑会增加污水处理厂的负担,加大废水回用成本。·10· 周彤,郭晓,周向争等:城市污水回用于循环冷却水时氨氮去除倍数越高,补给水量越少,循环水在系统内的停留时5.2.5生物膜间越长。污水经二级处理和深度处理后,水中还含有一循环水系统内的平均停留时间从公式(1)求得:定数量的细菌和有机物,在冷却塔填料表面很容易V形成一层生物膜。冷却塔填料有点滴式、膜板式、网T=(1)Qb+Qm23格状、蜂窝状等多种形式,表面积在100～350m/m。式中T—水在系统内的停留时间,h;巨大的表面积为生物膜生长提供了良好场地,虽然3V—循环水系统容积,m,一般为循环小时流填料的比表面积大,但由于循环水是补充水的几十量的1/3～1/5;倍,可看作高倍数回流,因此填料不会有脱水现象发3Qb—排污和泄漏损失水量,m/h;生。避免了生物膜干化而影响活性。由于再生水的3Qm—风吹损失水量,m/h。BOD小于10mg/L,加上循环水有大量稀释能力,因43例如1×10m/h的循环水系统,当浓缩倍数而合成代谢所形成的新细胞数量很小,膜的增殖脱为2时,循环水在系统内的停留时间为1215h;当落量不大,不会发生填料间隙的堵塞问题。按计算,浓缩倍数为5时,停留时间为50h。可见其停留时间每氧化1mgNH3-N产生0115mg新细胞,当原水为[6]很长。20mg/LNH3-N时,也只产生310mg/L悬浮物,数当浓缩倍数2以上,城市污水中氨氮含量为量很少。工程实践也证明,已使用再生水的循环水20～50mg/L时,循环水中氨氮浓度可小于1mg/L。系统悬浮物很低,填料不堵塞,冷却塔也并不因其具我国大多数工业冷却系统,浓缩倍数在2左右,所有硝化功能而增加排污。循环水系统脱氨已经成功以,大多数工厂的循环水冷却系统都具有很高的去运行数年。除氨氮的能力,这一去除氨氮的创新技术,具有普遍6结语推广价值。经深度处理的城市污水,含氨氮20～50mg/L5.2.2碱度和pH时,在循环冷却水的pH值为7～8、浓缩倍数为2的经计算,每氧化1gNH3-N要消耗碱度7114g条件下,循环水中的氨氮浓度可小于1mg/L。因此使(以CaCO3计)。当碱度不足时,应当补加。用经深度处理的城市污水作为工业循环冷却水的补循环水系统pH要保持在710～810,使循环水充水,不会造成循环水中氨氮的积累。的pH值适宜硝化菌的活动。5.2.3温度参考文献:亚硝酸菌最佳生长温度为35℃,硝酸菌的最佳[1]秦裕衍等译.(美)梅特卡夫和埃迪公司.废水工程处理、处生长温度为35～42℃,在适宜的温度下,硝化菌活置和回用[M].北京:化学工业出版社,1986.[2](美)R.L.卡尔普等.城市污水高级处理手册[M]北京:中性高增长快,对氨氮的去除能力增强。通常冷却塔国建筑工业出版社,1986.水的温度长期保持在25～40℃范围内,恰是在硝化[3]WaterEnviromentFederation.DesignofMunicipalWastewaterTreat2菌最适宜的温度范围内,并且不存在低温时硝化菌mentPlants[M].Alexandria,1992.效能减退问题。这是任何市政污水处理构筑物无法[4]TakashiAsano1WasteWaterReclamationandReuse[M]1Lancaster工比拟的。TechnomicPublishingCompangInc,1998.[5]中国市政工程东北设计研究院.“八五”国家科技攻关专题厂5.2.4供氧量研究技术报告[R].1995.-计算得出,将1gNH3-N氧化为NO2-N,需耗[6]周彤1城市污水回用[M]1北京:中国建筑技术发展中心建用--氧3143g,将1gNO2-N氧化为NO3-N,需耗氧筑情报研究所,1984.1114g,硝化作用共耗氧4157g。氨氮的硝化应保证水空气量为硝化所需空气量的50倍。作者简介:3周彤(1941-),男,教授级高工,院副总工程师,全国污水回用研在冷却塔内,每立方米水的空气量可达2000m,究会秘书长,联系电话:0431-5627003供氧充足,溶解氧可以达到饱和。这样高的空气量可以提高溶解氧向液膜的传递速率,有利于硝化活动的进行。·11·