含氮废水处理技术主要包括物理化学法和生物法。物理化学法主要包括折点氯化法、离子交换法、吹脱法和化学沉淀法等;生物法主要包括传统生物脱氮法和新型生物脱氮法两大类。
物理化学脱氮
折点氯化法
折点氯化法是在废水中通入一定量的氯气或者加入次氯酸钠达到某一点,在这个点时水中游离氯含量较低,而且氨浓度降为零,继续投加氯时水中游离氯含量增加。将该点称为折点,将这种状态下的氯化法称为折点氯化。折点氯化的原理为:
N+HClON2↑+H2O+H++Cl-
N能达到1mg/L以下。折点氯化法具有有机物含量越少N-N处理效果越好,不产生污泥,处理效率高并有消毒作用等优点。但是,对液氯或者次氯酸钠的使用和储存要求高,产生的水需加碱中和,导致处理成本高。另外,其副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。
离子交换法
离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其他同性离子之间的交换反应。选择性离子交换法脱氮工艺是在离子交换柱内借助于离子交换剂上的离子和废水中的铵离子(N)进行交换反应,从而达到废水脱氮的目的。
张曦等研究了生物沸石床对各种不同形态氮及COD等污染物的去除效果,结果表明:生物沸石床对N-N的去除效果明显并且保持稳定,去除率在95%以上,对N-N的去除受水力停留时间(HRT)的影响较大。研究人员采用改性离子交换材料进行污水脱氮的研究,研究结果表明:高性能铵离子交换材料能将水中的N-N降至5mg/L以下,并且再生液体积为改性颗粒体积的3~4倍,再生率在85%以上。王利民等[8]用沸石去除污水厂二级出水中的N-N,N-N的质量浓度由45.93mg/L降为2.44mg/L,达到了一级A的国家排放标准(GB 18918—2002)。虽然离子交换法对N的去除率较高,但是离子交换剂用量比较大,并且交换剂需要频繁再生,交换剂的再生液需要再次脱氮,会产生二次污染的问题[9]。因此,离子交换法的再生过程还需要进一步优化。
吹脱法
吹脱法是利用废水中所含的N-N等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异,在碱性条件下利用空气吹脱,使废水中的N-N等挥发性物质不断地由液相转移到气相中,从而达到从废水中去除N-N的目的。在超声吹脱去除水中高浓度N-N的方法研究中指出:超声吹脱法脱出N-N的主要路径是高温热解反应生成N2和H2,以及空气吹脱出NH3,,并且在达到相同的去除率时,比单独超声法和单独吹脱法所用的时间少1/2,不仅保证了去除效果,同时也提高了经济性。吹脱法工艺简单、投资省,但是吹脱法不能处理N-N,而且由于空气吹脱需要在碱性条件下进行,所以需要消耗一定的碱,并会产生排水的pH二次污染问题。
化学沉淀法
化学沉淀法是通过投加Mg2+和P,使之与废水中的N-N生成难溶的复盐MgNH4PO4·6H2O沉淀物,从而达到净化废水中N-N的目的。因此,化学沉淀法可以处理各种浓度的N-N废水,尤其适用于处理高浓度N-N废水。化学沉淀法处理N-N废水不仅工艺简单,而且处理效率通常可达到90%以上。化学沉淀法脱氮的工艺条件,在最佳工艺条件[pH=10,n(Mg)∶n(N)∶n(P)=1.4∶1∶1.1]下,N-N的去除率达到95%以上。同时,有研究得出:当甲胺模拟废水中N-N的去除率达到90%时,废水中甲胺的质量浓度必须小于等于528mg/L。在磷酸铵镁化学沉淀法中为了不引入杂质离子,镁离子以MgO的形式提供最佳,磷酸根以磷酸的形式提供为佳,而且可以用直接加热或加碱加热的方法实现磷酸酶沉淀的分解,分解后的固体可作为沉淀剂再次用于除氨,从而实现沉淀剂的循环使用。另外在化学沉淀法去除垃圾渗滤液中高浓度N-N的研究中得出结论:渗滤液中N-N浓度为1350mg/L,在pH=9、Mg∶P∶N=1.2∶1∶1(摩尔比)、100r/min下搅拌15min后,剩余N-N浓度可达到100mg/L,残留磷浓度控制在20mg/L以下,并且沉淀物中重金属元素含量均低于《农用污泥中污染物控制标准值》的标准,可以用于农田施用。但是,化学沉淀法脱氮需要的沉淀剂量较大,因此,寻找高效、廉价、对水体无污染的沉淀剂很关键。
其他处理方法
膜分离法、湿化氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法等也可以用于废水脱氮,但是由于成本较高,仅适用于含氮废水的深度处理。因此,寻求合适的沉淀剂、增强膜的抗污能力、开发新的催化剂等是处理含氮废水需要解决的问题。