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氨氣廢氣處理的方法

氨氣廢氣處理的方法

【摘要】:
氣態氨產生的主要來源有,家畜飼養,石化工業,金屬制造設備,食品業,造紙業,紡織設備,廢水處理設備,淤泥處理及堆肥設備。生物過濾除氨氣  生物過濾的原理非常簡單:含污染物的氣體,通過某多孔填料床,其中含有固定的微生物,通過這些微生物的降級作用,實現對污染物的生物處理。

  氣態氨產生的主要來源有,家畜飼養,石化工業,金屬制造設備,食品業,造紙業,紡織設備,廢水處理設備,淤泥處理及堆肥設備。
  生物過濾除氨氣
  生物過濾的原理非常簡單:含污染物的氣體,通過某多孔填料床,其中含有固定的微生物,通過這些微生物的降級作用,實現對污染物的生物處理。當異味污染氣體通過介質時,氣流中的污染物被生物膜吸收,氧化生成CO2, H2O, NO3, 及SO4。與傳統的方法相比,生物過濾技術在處理低濃度污染氣體方面具有相當優勢。并且該技術還具有高效,低投入費用和運行費用,安全操作,低能源消耗,不產生副產品,能將許多無機物和有機物轉化成無害的氧化物的特點。【氮氧化物廢氣的處理】
  生物過濾系統
  主體是三層結構的床式生物過濾器,主要結構為一個高1.5 m,直徑80 mm的金屬圓柱容器。該容器中含有堆肥,城市下水道淤泥,及PVC。其中三者的混合比例為,3-2-1。在過濾系統的每一層都裝有混合后的填料介質,由金屬濾網支撐。在每一層的進口與出口處,都裝有氣體取樣端口。另外,每層還裝有介質取樣端口,用于從填充材料中取樣。在每個過濾床中部安裝了溫度計,用于日常溫度測量。為了使過濾器中有穩定的溫度,在系統中安裝了電子溫度調節裝置。
  測量方法
  采用靛酚法確定氨氣濃度。利用酒精玻璃溫度計測量溫度,該溫度計測量范圍為0到100攝氏度。氣體流速則使用流量計進行測量,單位為l/min。利用水壓力計測量壓降數值。
  入口氨氣濃度對除氨效率的影響
  另外需要研究的就是通過生物過濾系統能夠達到什么樣的除氨效果。為了取得需要的結果,系統做第二階段的83天的實驗,其中廢氣流速為6.48 l/min,廢氣的停留時間(EBRT)為一分鐘。在運行開始階段,進口濃度為10 ppmv,然后逐漸增加到大約236ppmv。在最初幾天,處于馴化階段,除氨率比較低,然后就有迅速的提高。經觀察系統系統能處理的氨氣濃度上限是236 ppmv,而能夠達到99.9%以上的除去效率。當入口的氨氣濃度為10 to 236ppmv時,出口氣體中氨氣的濃度低于0.1 ppmv。然而,當入口氨氣濃度超過236時,除氨率將下降,且系統變的不穩定。經觀察,10 - 236 ppmv的入口氨氣濃度范圍內,最大的氨氣轉載量為9.86 g-NH3 /m3h。
  容器內壓降
  容器內氣體阻力大小決定風扇的能量消耗,也就是系統的主要能源消耗。在實驗過程中,壓降數據主要通過水壓力計進行測量。經觀察,在最初幾天壓力就大,過段時間后,壓力數據主要與介質的濕度有聯系。平均的壓力為43.55 Pa。沒有發現壓力與氨氣轉載量之間有直接的關聯。
  過濾材料潮濕度對系統的影響
  過濾器中介質的潮濕度是非常重要的操作參數,因為它將直接影響系統的除氨效率,以及氣體壓降。最適合的潮濕度是在40%和60%。為了維持理想的穩定的介質濕度,需在系統中增加濕度調節裝置。
  溫度控制
  系統中的溫度是需要日常控制的,因為溫度對于微生物的生長影響非常大。對于細菌最理想的溫度是30 °C 左右,因此在操作過程中都要爭取將溫度控制在30 °C 左右。
  在氨氣的生物過濾過程中,微生物將氨轉化成硝酸鹽。整個過程是有兩種微生物完成的,首先是亞硝化單胞菌將NH4+轉化成NO2-,然后由硝化細菌將NO2-轉化成NO3-。在與氨氣物質接觸前,過濾介質中的微生物數量是不變化的。在馴化階段以后,微生物聚集成塊,一定數量以后圍繞到過濾介質周圍形成生物膜。污染物質經擴散從氣態到進入到含微生物的固定生物膜中,從從氨被氧化成無害的硝酸鹽。
  傳統的生化法主要用于低濃度氨氮廢水處理,它是利用微生物的硝化及反硝化作用使氨氮轉變為氮氣。中高濃度氨氮廢水通常具有氨氮高、C/N比低的特點,有些生產廢水甚至不含COD,因此采用生物脫氮的方式處理,需要加入碳源,運行成本很高。常見工藝有A/O(或A2/O)和SBR工藝。其缺點是處理過程對溫度和工業廢水中某些組分的干擾非常敏感,需要的反應器體積比較大,而且反硝化過程中會產生N2O,易轉化為其它影響臭氧層的氮氧化物,反硝化把NH4+這種有價值的物質轉化成N2逸入空氣,造成浪費。
  在A/O工藝中,為了促使反硝化反應順利進行,一般要求C/N大于3,對于山東綠霸化工股份有限公司高氨氮廢水中不含有碳源,必須補充碳源才能保證反硝化進行,甲醇是常見的碳源,綜合考慮甲醇投加量約為18kg甲醇/m3廢水。較大的回流比和大量補充甲醇使構筑物的容積大幅增加,處理費用大幅增加。
  空氣吹脫法是使廢水作為不連續相與空氣接觸,利用廢水中氨的實際濃度與平衡濃度之間的差異,使氨氮由液相轉移至氣相而達到廢水脫氨的目的。
  在空氣吹脫過程中,廢水pH、水溫、水力負荷及氣水比對吹脫效果有非常大的影響。一般來說,pH 要提高至10.8-11.5、水溫一般不能低于20℃、水力負荷為2.5-5m3/(m2·h)、氣水比為2500-5000m3/m3,當廢水處理要求更高時甚至達到7000-8000m3/m3,或者需要多塔串聯操作方可滿足工藝要求。
  空氣吹脫法所需空氣量大,而空氣吹脫塔因為受到塔設備空塔氣速的限制,一般體積非常龐大,占地面積大。另外,空氣吹脫法需要在系統中引入第三種介質——空氣,氨自廢水進入空氣中,因為空氣量很大,氨在空氣中的濃度很低,必須再采用酸對含氨空氣進行洗滌,而酸洗塔同樣體積非常龐大,而且在吸收不夠充分的情況下,容易造成二次污染,即水污染轉化為空氣污染。
  空氣吹脫法一級除氨效率一般為85%左右,要達到更高的處理要求,則需要多級串連操作。另外,因為廢水中氨的平衡濃度受溫度影響非常大,因此水溫低時采用空氣吹脫效率很低,一般不太適合在寒冷的冬季使用。
  在空氣吹脫工藝中,如果將廢水及空氣進行加熱,提高操作溫度,可以提高脫氨效率,但是由于系統熱量無法實現綜合回收利用,會導致其廢水處理單耗顯著增加,其經濟性將受到很大的影響。通常認為空氣吹脫法比較適用于1000mg/L以下的較低濃度氨氮廢水的處理。
  蒸汽汽提法
  蒸汽汽提法是用蒸汽將廢水中的游離氨轉變為氨氣逸出,其處理機理與吹脫法基本相同,也是一個氣液傳質過程,即在高pH值時,使廢水與蒸汽密切接觸,從而降低廢水中氨濃度的過程。傳質過程的推動力是氣相中氨的分壓與廢水中氨的濃度對應的平衡分壓之間的差值。
  蒸汽汽提法由于采用的工作介質是蒸汽,氨自廢水進入蒸汽中,然后在塔頂精餾成為濃氨水回收,因此無需增加后處理工序。
  蒸汽汽提所需蒸汽體積要比空氣吹脫法中所需空氣體積小得多,因此設備體積較小,占地面積較少。
  汽提法比較適用于處理1000mg/L以上的高濃度氨氮廢水,對氨氮的去除率可達99%以上,效率高,技術成熟度好。
  但是,常規的汽提廢水脫氨技術蒸汽消耗量大,處理廢水單耗比較高。蒸汽汽提廢水脫氨技術的普及推廣應用需要在節能降耗方面加大研究開發的力度。
  折點加氯法
  折點加氯法是通過投加過量的氯或次氯酸鈉,將廢水中的氨完全氧化為N2的方法。為了保證完全反應,氧化1kg氨氮需要10kg的綠氣。折點氯化法的出水在排放前需用活性炭或與O2進行反氯化,以去除水中的殘余氯。折點氯化法的處理效果穩定,不受水溫影響,投資較少。其突出優點是通過正確控制加氯量和對流量進行均化,使廢水的全部氨氮降為零,同時使廢水達到消毒目的,對于低濃度氨氮廢水的處理,此法較經濟因此常用作深度處理。但運營成本高,副產物氯胺和氯代有機物會造成二次污染。因本工程氨氮含量偏高、需大量的綠氣和NaOH,故處理成本也很高(15-20元/m3),而且綠氣在貯存、運輸等方面存在不安全因素。
  離子交換法
  離子交換法適用于氨離子濃度在10~100mg/L的廢水。其原理是選用陽離子交換樹脂,將水中的銨離子與樹脂上的鈉離子交換,從而達到去除銨的目的。沸石具有從含鈉、鎂和鈣等離子的溶液中有選擇地去除氨離子的特點,因而選其作為交換樹脂也叫有選擇性的離子交換法,穿透的樹脂要用2%的氯化鈉溶液再生,再生液經過去氨處理后再循環使用,達一定的循環率后排放。離子交換除氨法樹脂的再生操作復雜,設備及管道的腐蝕嚴重,再生下來的氨回用價值不高,因此工業型規模應用很少。【噴淋塔】
  化學沉淀法
  化學沉淀法是通過向水中投加化學藥劑,使氨反應生成不溶于水的沉淀,從而達到廢水脫氨的目的。一般所用的化學藥劑為鎂鹽和可溶性磷酸鹽。化學沉淀法的氨氮脫除率一般為80%-90%。工藝比較簡單、設備投資較少。但是由于需要向廢水中投加國家嚴格控制排放的磷酸鹽(國家一級標準要求磷<0.5mg/L),后續除磷要求很高。因此該工藝一般只適用于氨氮和磷同時存在的場合。
  膜分離法
  采用膜分離技術處理氨氮廢水是近幾年來研究比較多的廢水脫氨技術之一。膜分離技術處理氨氮廢水的處理效果比較好,條件溫和。但是由于氨氮廢水中往往有較多的固體懸浮物及易于結垢的鹽類,考慮到膜的阻塞及再生問題,膜分離技術對水質的要求非常高,其長周期運行問題尚需進一步研究。【廢氣吸收塔/凈化塔】
反滲透法和電滲析法
  反滲透法和電滲析法的投資和運行費用都比較高。而且,電滲析的預處理要求高,反滲透膜的使用壽命短,目前在國內應用極少。

 

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