氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮。 动物性有机物的含氮量一般较植物性有机物为高。同时,人畜粪便中含氮有机物很不稳定,容易分解成氨。因此,水中氨氮含量增高时指以氨或铵离子形式存在的化合氮。自然地表水体和地下水体中主要以硝酸盐氮(NO3)为主,以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮受污染水体的氨氮叫水合氨,也称非离子氨。非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子,而铵离子相对基本无毒。国家标准Ⅲ类地面水,非离子氨氮的浓度≤1毫克/升。氨氮是水体中的营养素,可导致水富营养化现象产生,是水体中的主要耗氧污染物,对鱼类及某些水生生物有毒害。
对生态环境的影响
氨氮对水生物起危害作用的主要是游离氨,其毒性比铵盐大几十倍,并随碱性的增强而增大。氨氮毒性与池水的pH值及水温有密切关系,一般情况,pH值及水温愈高,毒性愈强,对鱼的危害类似于亚硝酸盐。
氨氮对水生物的危害有急性和慢性之分。慢性氨氮中毒危害为:摄食降低,生长减慢,组织损伤,降低氧在组织间的输送。鱼类对水中氨氮比较敏感,当氨氮含量高时会导致鱼类死亡。急性氨氮中毒危害为:水生物表现亢奋、在水中丧失平衡、抽搐,严重者甚至死亡。
氨氮是水体中主要的营养素,若在水体中大量存在会引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,导致水体富营养化。在富营养化的水体中含有大量硝酸盐和亚硝酸盐,是一种强致癌物质,人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水,会中毒致病,对人体健康极为不利。
氨氮的去除
目前含氨氮污水的处理技术有: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,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最多,当氨氮浓度不高时则宜采用氯化法。
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,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。
吹脱除氨
氨吹脱是首先将污水的pH调节到10.8——11.5,再使污水以水滴的形式逆流同大量空气进行传质,进而将水中的氨氮以NH3的形式扩散到大气中的方法。这种除氨工艺简单,容易控制,但存在二个主要问题:
(1)氨的吹脱效率随pH值的关系很大,为了达到较高的氨氮去除率,必须对污水的pH值调节到碱性,需要投加碱,原水中酸度越高,调节pH消耗的碱量越大;脱氨后的污水还要降pH调整到中性,需要投加酸或CO2,这将增加运行费用,同时还增加了污水中的溶解性固体含量。
(2)氨吹脱的效率同水温、气温有很大的关系,温度越低,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。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。
离子交换除氨
一般的阳离子交换树脂对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。
氯化脱氨
研究表明,投加液氯可以去除氨氮,根据试验结果,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,氯氧化氨氮的最终产物除了氮气外,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。
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