汙水回用中COD和氨氮的去除方法詳解_COD氨氮測定儀再汙水回用中

汙水回用中COD和氨氮的去除方法(method)詳解

水是人類生命之源,但隨著社會的發展,水之源的短缺已經成爲世界性問題,水質汙染嚴重,采用COD測定(Assessment)儀、氨氮測定儀等水質分析儀器對水質進行檢測時,往往會發現非常多水中的cod和氨氮含量是超標的。因此,研究汙水回用中COD和氨氮的去處方法是非常必要和有意義的。

圖:汙水回用中COD和氨氮的去除方法詳解
对污水回用于循环冷却系统补充水的水质(Water quality)指标进行了分析并提出了部分建议水质指标,对污水回用工程中涉及的CO
  D、氨氮深度去除工藝進行了探討,針對回用目標提出了建議處理方法。在線監測儀采用电化学氧化(羟基电极法)测量水中的COD值,可用于在线自动测量污水中的化学需氧量今天,的小编,就带着大家一起来了解一下污水回用中COD和氨氮的去除方法详解吧。1、概述随着社会经济的高速发展,有限的水资源(zī yuán)越来越不能满足迅速增加的用水要求,造成了工农业和居民用水的严重紧缺现象,水之源的短缺已经成为世界性问题和难题,国内外都在为解决这一矛盾开发新的水资源,污水回用也相应的成为国内外研究的重点。石化韩国a片是用水大户,也是排水大户,具备污水回用的基本条件,近年来逐渐得到有关部门的重视,有关企业也进行了很多试验研究,取得了不少成果,韩国a片内污水回用的时机也逐渐成熟,可以预计,在不久的将来会迎来污水回用的大发展。根据污水回用的目的,有用作生活杂用水、韩国a片直流冷却水和循环(continue)冷却系统补充水等多种途径,从用水量上看,以循环冷却系统补充水为**大,因此这一回用目标也成为研究的重点,国内多家石化企业已经对炼油污水回用于循环冷却系统补充水进行了多年的试验,证明采用合适的水质稳定配方和合适的深度处理工艺,可以达到循环冷却系统的稳定运行。以下就韩国a片污水经二级生化处理后回用作循环冷却系统补充水的深度处理工艺进行分析。2、污水回用水质指标污水回用作为循环冷却系统的补充水时,再生水水质指标应结合循环冷却系统的运行来考虑。在循环冷却水系统中,由于补充水水质的原因,通常会产生结垢、腐蚀和大量微生物繁殖的问题,其中腐蚀和微生物的大量繁殖又是关联的,对循环冷却系统水质的控制(control)也是从解决这三个问题入手。目前各企业循环冷却系统补充水基本上是采用清净地表水、地下水或自来水,而且各自都形成了较完善的水质稳定控制方法,将补充水更换(replace)为再生污水后,运行中可能出现的问题可以通过对补充水水质成分变化进行分析得出。一般情况下,再生污水同其它清净水源相比存在以下特征:
  (1)總溶解性固體較高;
  (2)CO
  D、BOD5濃度高;
  (3)氨氮濃度高;

  (4)特殊結構:莢膜、鞭毛、菌毛群落數量多,懸浮物濃度較高。

圖:汙水回用中COD和氨氮的去除方法詳解
總溶合性固體高時會使系統的腐蝕傾向增大,其中的鈣、鎂離子含量高時可能産生結垢;當補充水的有機物濃度(COD,BOD5)和氨氮濃度較高時,微生物可能在循環系統內大量繁殖,進而産生微生物粘垢,如粘垢粘附在管壁或換熱器壁上,會産生局部的腐蝕;如補充水中異養菌(fungus)群數量大,則相當于爲系統中微生物的繁殖提供了大量的接種菌群,爲微生物粘泥的産生創造了條件,爲此在汙水回用工程中應對上述指標進行針對性的分析(Analyse)。對于補充水總溶解性固體,各企業的控制標准不一,低者500mg/L,高者1000mg/L,石化企業一般控制在較低範圍內,也有研究表明,當總溶解固體在850mg/L左右時,循環冷卻系統仍可穩定運行,建議循環系統補充水總溶解固體的上限值采用1000mg/L,超出此值應采取除鹽措施。關于COD標准,美國水汙染控制協會建議值爲75mg/L,我國研究人員提出一類標准爲40mg/L,二類標准爲60mg/L,還有些企業提出20mg/L的指標。相關研究表明,石油化工二級處理的汙水經深度處理後(COD平均爲44mg/L)回用于循環水時,微生物的生長(Grow)繁殖狀況與自來水相近,沒有出現大量繁殖的情況。主要原因是回用水中有機物不易被微生物降解,即不能作爲微生物代謝的碳源,因此不必對回用水的COD提出過高的要求,建議采用40mg/L。對于BOD5,由于可直接作爲微生物基質,建議采用較低值5mg/L。關于氨氮指標,國內外有二種建議值,即3mg/L和1mg/L,建議采用1mg/L。研究表明,對于深度處理後的回用水,即使補充水中異養菌群數量很大,同自來水作補充水相比,並沒有産生微生物的大量增殖,采用合適的殺菌劑完全可以控制,而且汙水回用處理中,混凝沈澱+過濾作爲**基本操作單元,在篩除懸浮物的同時可以將大量的細菌去除,因此對異養菌數目不必提出專門的控制指標。3、汙水回用處理方法在汙水回用處理中,除鹽工藝由于成本高很少涉及,此處不作分析,懸浮物、濁度和石油類可以通過混凝沈澱、過濾工藝去除並達標,因此重點解決的問題就是COD和氨氮的去除,下面僅就這二個問題進行討論。3.1COD的去除一般情況下,經過二級生化處理後的汙水中COD濃度,經過COD測定儀檢測,結果已經降到100mg/L以下,BOD5濃度更低,針對這種水質特點,目前采用的深度處理方法有生化法、活性炭吸附法和臭氧預處理+生化法等。3.1.1生化處理方法采用生化處理方法時,由于基質的限制,微生物增長緩慢,如果采用普通的活性汙泥工藝,生長很慢的活性汙泥將隨水流流出,曝氣池中的汙泥濃度很低,達不到理想的處理效果,因此對二級生化出水一般不采用活性汙泥法,而是采用對微生物具有較強固著能力的生物膜(英文:Biofilm)法。與普通二級生化處理中的生物膜法不同的是,對汙水進行深度處理時對填料的選擇應更慎重,主要考慮的指標是填料的挂膜性能,采用普通的軟性、半軟性塑料或纖維(fiber)填料時,由于其挂膜性能較差,難以達到預期的處理效果。研究表明,采用生物陶粒填料的接觸氧化工藝可以取得很好的處理效果,對于煉油汙水,出水的COD,在使用COD快速測定儀测定其结果时,其值可稳定在40mg/L以下。某公司采用生物陶粒接触氧化处理韩国a片污水并将处理后污水回用作循环系统补水已经成功的运行了近2年,效果良好。因此采用生物陶粒为载体的生物膜法是深度去除COD的成功工艺。应说明的是,生化方法所能够去除的主要是二级出水中可以生化降解的有机物,对于生化难降解的有机物是不起作用的。3.1.2活性炭吸附工艺活性炭吸附法是技術上可靠,经济上可行的物化处理方法,其原理是利用活性炭巨大的表面积吸附水中的有机物,在国外已经有多年的韩国a片应用实践,一般对活性污泥法二级出水先进行混凝沉淀和过滤,然后进行活性炭吸附,采用COD快速測定儀进行测定时,炭塔的出水的COD可达到10mg/L左右,吸附的COD同活性炭的重量比可以达到0.3~0.8,运行效果都比较理想,因此采用活性炭处理污水厂二级出水从技術看是成熟、可靠的。但是,活性炭吸附处理二级出水也存在一些障碍,其主要问题是活性炭的再生。在运行过程中,活性炭的吸附容量会逐渐饱和,必须进行再生或更换。再生方法通常为热再生法,需要经过干化、有机物热解、活化三个过程,其中活化温度达到820℃以上,设备较为复杂,对于活性炭用量不大的系统,设置活性炭再生设备在经济上是不合算的,在这种情况下,将饱和的活性炭运回活性碳厂再生更经济,国内一些活性炭韩国a片厂已经开展了此项业务。3.1.3臭氧氧化+生化处理工艺对于可生化性很差的污水,单独采用生化处理方法达不到高的COD处理效果,因此出现了化学氧化+生化处理工艺,其中的氧化剂主要采用臭氧,由于臭氧是一种很强的氧化剂,它可以将很多复杂的有机物氧化为简单的有机物,使不可生物降解的成分转化为可生物降解的成分,在这个过程中,臭氧被分解(break down)为氧,没有其它有害物质的产生。对于后续的生化处理单元,一些研究人员提出了生物活性炭工艺,一方面活性炭作为微生物载体用来生长生物膜,另一方面活性炭用来吸附难降解的有机物质,进一步降低污水中的COD。应用表明,该工艺对于污水中有机物的深度去除是有效果的,但也存在一定的问题,一是活性炭仍然需要再生,如果不进行再生,饱和后的活性炭只能起普通生物载体的作用;如果进行再生,则前一阶段培养起来的生物膜将被破坏掉。第二个问题是经过沉淀、过滤处理的二级出水中仍然有30~40mg/L的COD,COD測定儀测定水中COD的含量,投加臭氧的浓度相应增大,运行成本增加。第三,国内目前还不能韩国a片大容量的臭氧发生器,基建投资大,运行管理复杂。如果将这种工艺用于循环冷却系统的补充水处理,则未必能达到理想的运行效果。首先,当有机物种类不同时,微生物的生长状态会有很大的差异,如果有机物成分中可以生化降解的比例高,微生物的基质浓度相应的高,微生物繁殖快,并**终导致微生物粘垢的大量产生。相反,如果有机物成分中可生化降解的比例小,则可以作为微生物基质的数量少,稳定条件下微生物生长数量少。因此在补充水的COD组成中,对微生物繁殖起决定作用的是可生化降解的成分。经过充分的生化处理后,水中所含的绝大部分可生化降解的有机物已经被去除,在这种条件下,即使COD浓度较高,COD快速測定儀测定污水中COD的含量,采取适当的措施后可以避免将其作为循环系统的补充水而产生微生物大量繁殖的问题。第二,投加臭氧后,难降解或不可生化降解的有机物得到一定程度的分解,转化为可生物降解的有机物,使得污水的可生化性提高。如果不进行进一步的生化处理,必将在循环冷却系统中引起微生物的大量繁殖,因此将投加臭氧作为后置的去除COD措施是不合理的。即使再经过生化处理,这部分可生化降解的有机物可以得到大部分去除,出水中的COD也相应的降低,COD快速測定儀测定污水中COD的含量,但臭氧处理后的生化装置出水的BOD则不一定降低,根据前面的分析,将其作为循环系统补充水补到循环冷却系统后,微生物的繁殖程度不一定降低。第三,采用臭氧处理的基建成本和运行费用都很高,理论上去除1mg/L的COD需要3mg/L的臭氧,COD快速測定儀测定污水中COD的含量,而根据相关试验,氧化1mg/L氨氮17~20mg/L臭氧,考虑到将有机物部分氧化时投加的臭氧数量可以减少,但要达到理想的效果臭氧投加浓度应远远高于微污染给水处理,基建投资和运行费用都将很高。
综合对比,采用生化处理进一步降解污水中的COD是**经济(jīng jì)的处理工艺,其缺点是处理后出水的COD浓度难于达到很低的水平,COD快速測定儀测定污水中COD的含量,当要求的COD值很低时,仍需要采取其它措施;活性炭吸附工艺是一项技術可靠、经济上可行的方法,出水的COD可达到10mg/L左右的水平,缺点是需要定期再生,如附近有活性炭韩国a片厂提供换炭业务时,活性炭吸附工艺是一种较理想的污水深度处理方法;对于臭氧预处理+生化处理方法,虽然能够使出水COD达到较低的水平,但作为循环冷却系统补充水不一定能够减少粘垢的产生量,同时采用臭氧处理还会大大增加基建投资和运行费用,运转管理(guǎn lǐ)也将复杂化,因此在实际工程中应慎重考虑。COD快速測定儀测定污水中COD的含量。

图:汙水回用中COD和氨氮的去除方法(method)詳解
3.2氨(化学式:NH3) 氮的去除目前含氨氮废水的处理技術有:生物硝化法、离子交换法、吹脱法、液膜法、氯化或吸附法以及湿式催化氧化法等,COD快速測定儀测定污水中COD的含量,对于氨氮浓度为几十mg/L的二级生化出水,以生物硝化法、吹脱法和离子交换法应用**多,当氨氮浓度不高时则宜采用氯化法。在線監測儀采用电化学氧化(羟基电极法)测量水中的COD值,可用于在线自动测量污水中的化学需氧量3.2.1生物硝化法脱氨生物硝化脱氨是利用硝化菌和亚消化菌在好氧条件下将氨转化为硝酸盐的过程。这两种细菌都是化能自养菌,在有氧条件下,亚硝化菌首先将氨氧化为亚硝酸盐,然后硝化菌再将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。国内众多的污水处理厂都具有生物硝化功能来去除污水中的氨氮,对于专门考虑生物硝化的处理设施,可将污水中的氨氮脱除到2mg/L以下。实际工程中,COD快速測定儀测定污水中COD的含量,生物硝化同深度去除COD是同一构筑物中完成的,相关研究表明,采用矿物质载体的接触氧化工艺处理炼油厂二级生化处理出水,经过112h的反应,当进水氨氮为20mg/L左右时,出水氨氮可以达到3mg/L以下。应该说明的是,生物硝化脱氨只能将氨氮转化为硝酸盐,總氮量並沒有減少,如果回用工藝對總氮有要求,應增設反硝化單元。3.2.2吹脫除氨氨吹脫是首先將汙水的pH調節到10.8~11.5,再使汙水以水滴的形式逆流同大量空氣進行傳質,進而將水中的氨氮以NH3的形式擴散到大氣中的方法。這種除氨工藝簡單,容易控制,但存在二個主要問題(Emerson):
  (1)氨的吹脫效率隨pH值的關系很大,爲了達到較高的氨氮去除率,必須對汙水的pH值調節到堿性,需要投加堿,原水中酸度越高,調節pH消耗的堿量越大;脫氨後的汙水還要降pH調整到中性,需要投加酸或CO2,這將增加運行費用,同時還增加了汙水中的溶合性固體含量。
  (2)氨吹脱的效率同水温、气温有很大的关系,温度(temperature)越低,氨的脱除效率越低,20℃时,典型的氨去除率为90%~95%,而10℃时,氨去除率降低到75%以下。在線監測儀是指在一定严格的条件下,水中的还原性物质在外加的强氧化剂的作用下,被氧化分解时所消耗氧化剂的数量,以氧的mg/L表示。化一般情况下吹脱的气水比在3000以上,对于敞开式系统,水温将同环境气温趋于一致,环境温度过低将大大影响吹脱效率,如果环境温度低于0℃,脱氨塔将不能运行。因此,对于气温较高的南方地区,如果水中酸度不高,采用吹脱法脱氮是可行的,在北方寒冷地区,则不易采用吹脱脱氮。3.2.3离子(ion)交换除氨一般的阳离子交换树脂(Resin)对NH+4没有优先选择性,不能用来脱氨,但斜发沸石对氨离子具有优先选择性,可以用来脱氨,这种脱氨工艺在美国已经应用多年,效果良好。其主要工艺流程是:污水通过斜发沸石离子交换器的过程中,污水中NH+4同沸石上的Na+发生等当量离子交换,Na+进入到污水中,而NH+4则通沸石中的阴离子结合并固着在沸石中,这样在流经斜发沸石离子交换器的过程中,污水中氨得到去除。当沸石对氨的吸附达到饱和后,则停止进水,对沸石进行再生,再生后的沸石可以恢复交换能力,进入下一个周期的离子交换。这种工艺的出水中氨含量可以达到1mg/L左右。影响斜发沸石交换过程的主要影响因素(factor)有:pH值、污水中阳离子组成、沸石粒径及水力负荷(load)等。铵的**佳交换pH值范围为4~8,运行证明(zhèng míng),污水中阳离子组成不同会影响到沸石对氨的交换容量,在通常的城市污水阳离子浓度下,沸石对氨的实际交换容量约为总交换容量的1/4~1/5。此外,沸石粒径越小、水力负荷越低,铵的去除效果越好。3.2.4氯化脱氨研究表明,投加液氯可以去除氨氮,根据试验结果(result),当投氯量/氨氮量=7.6∶1时,全部氨氮被氧化,进一步投加的氯成为自由余氯。美国环保署的研究发现,氯氧化氨氮的**终产物除了氮气外,还有三氯化氮和硝酸盐产生。对于20mg/L氨氮废水,pH=6~8时,整个反应过程约1分钟。该工艺的特点是基建投资低,操作灵活。综合对比,由于生物硝化法脱氮同COD的去除是结合在一起的,因此生物硝化法**为经济;对于水中氨氮浓度较高又地处南方的工程,吹脱除氨可能是经济的选择,北方地区则不可采用;离子交换除氨在国内尚无应用,同时其投资大、工艺复杂,应谨慎选择;当水中氨氮浓度较低时采用氯化脱氨可能更为经济,该方法也可同其它除氨工艺结合使用。在大形势之下,如何去除污水中的COD和氨氮含量,已经成为一个世界性话题,在大量理论条件的支持下,人们不断的进行技術更新,治理水中氨氮和COD的技術不断在进步,在经验总结中,人们配合COD快速測定儀和氨氮測定儀等水质分析仪器的使用,及时的对水质情况进行监控,相信在不远的未来,我们的水质环境会更加美好。
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