Как справиться с высоким уровнем аммиака в сточных водах при их обработке? Спасибо

Какие именно компоненты,

В нашей компании есть большой регулирующий бассейн, в который помещают сточные воды на 10 дней–полмесяца, при этом осуществляется аэрация. Уровень аммиака в показателях качества воды сильно снизился. :лол

Это происходит в результате дегазации в щелочной среде; в принципе это не допускается, и рекомендуется этого не делать

Существует множество способов удаления аммиачного азота. Как правило, биологические методы являются наиболее экономичными. Такие процессы, как A/O, A2/O, SBR, CASS и окислительные каналы, обладают хорошей эффективностью в удалении аммиачного азота; максимальная степень удаления может превышать 98%.

Аэродестилляция: в щелочных условиях (pH > 10,5) аммиак в сточных водах существует преимущественно в виде NH3 (рисунок 20-2). При полном контакте сточных вод с воздухом летучий NH3 из жидкой фазы переходит в газообразную, тем самым удаляя азот в виде аммиака из воды. В колонне для дестилляции используется наполнитель из деревянных или пластиковых рейок. Поток воздуха поступает в колонну с нижней части, а сточные воды опускаются с верхней части колонны в резервуар на нижнем уровне. Основными факторами, влияющими на эффективность дегазации аммиака, являются: (1) значение pH. Обычно значение pH повышают до 10,8–11,5 ； (2) Температура: при понижении температуры воды растворимость аммиака увеличивается, а эффективность вытеснения снижается. Например, при температуре 20°C уровень удаления аммиака составляет 90–95%, тогда как при температуре 10°C он снижается до примерно 75%. Это создает трудности при эксплуатации колонн для дегазации зимой ； (3) Гидравлическая нагрузка. Чрезмерно высокая гидравлическая нагрузка (м3/м2·ч) нарушает условия потока воды, необходимые для эффективного отстаивания, что приводит к образованию водного занавеса ； При слишком низкой гидравлической нагрузке наполнитель может не получать достаточного увлажнения, что приводит к нарушению его работы и образованию «сухой башни». Обычная гидравлическая нагрузка составляет 2,5–5 м³/м²·ч ； (4) Соотношение воздуха и воды: при фиксированной высоте колонны увеличение потока воздуха способствует повышению степени удаления аммиака ； Но по мере увеличения расхода воздуха растет и падение давления, поэтому у расхода воздуха существует предел. Как правило, соотношение газа/воды может составлять от 2500 до 5000 (м3/м2) ； (5) Конфигурация и высота наполнителя Поскольку повторное попадание воды и образование капель являются ключевыми факторами процесса дегазации аммиака, форма, размеры, расстояние между элементами наполнителя, а также способ их расположения влияют на эффективность дегазации. Как правило, расстояние между наполнителями составляет 40–50 мм, а высота наполнителей — 6–7,5 м. При увеличении расстояния между наполнителями требуется более большая высота наполнителей ； (6) Контроль накипи. Накипь на наполнителе (CaCO3) существенно снижает эффективность работы установки для дегазации. Меры по предотвращению образования налета включают: промывку слоя налета под высоким давлением воды ； Добавление ингибиторов накипи в воду: использование воздуха с низким или отсутствующим содержанием CO2 для дегазации (например, циклическое использование воздуха, полученного в результате поглощения аммиака из отходящих газов) ； Вместо деревины и т. п. используют пластиковый наполнитель, не склонный к образованию накипи. Метод воздушного выветривания для удаления аммиака обеспечивает степень удаления 60–95%. Процесс прост в реализации, дает стабильный результат очистки; капитальные и эксплуатационные затраты невелики. Метод позволяет обрабатывать сточные воды с высокой концентрацией аммиака. Однако при низких температурах эффективность дегазации снижается, налет на элементах оборудования часто серьезно мешает его работе, а выделяющийся аммиак вызывает вторичное загрязнение окружающей среды.

Удаление аммиака и азота из сточных вод. Азот в сточных водах обычно присутствует в виде органических соединений азота, аммиака, нитратов и нитритов. Биологическая обработка преобразует большую часть органического азота в аммиак, который затем может быть дальше преобразован в нитраты. В настоящее время используются четыре метода удаления азота: биологическая нитрификация и денитрификация, селективный обменный адсорбция на зеолите, дегазация с помощью воздуха и хлорирование в определенных точках. 　　 I. Биологическая нитрификация и денитрификация (метод биологического удаления азота) (1) Биологическая нитрификация – это процесс окисления аммиачного азота до нитритного и нитратного азота под аэробных условий при участии бактерий, вырабатывающих нитриты и нитраты. Процесс биологической нитрификации протекает по следующей реакции: NH4+ + 2O2 = NO3- + 2H+ + H2O. Из этой формулы следует, что: (1) в процессе нитрификации для превращения 1 г аммонийного азота в нитратный азот требуется 4,57 г кислорода ； (2) В процессе нитрификации выделяется H+, что приводит к снижению щелочности сточных вод. На окисление 1 г аммиачного азота тратится 7,1 г щелочности (исчисляемой в единицах CaCO3). Основными факторами, влияющими на процесс нитрификации, являются: (1) значение pH. При значении pH от 8,0 до 8,4 (при 20°C) скорость нитрификации максимальна. Поскольку в процессе нитрификации уровень pH снижается, при недостаточной щелочности сточных вод необходимо добавлять известь для поддержания уровня pH выше 7,5 ； (2) Температура. При высокой температуре скорость нитрификации увеличивается. Оптимальная температура воды для нитритобразующих бактерий составляет 35°C; при температуре ниже 15°C их активность резко снижается. Поэтому температура воды должна быть не ниже 15°C ； (3) Время пребывания осадка. Скорость размножения нитрифицирующих бактерий очень низка; максимальная скорость их роста составляет 0,3–0,5 день^-1 (при температуре 20°C и pH 8,0–8,4). Для поддержания определенного количества нитрифицирующих бактерий в бассейне время пребывания ила должно быть больше минимального времени генерации этих бактерий. В практической эксплуатации обычно следует использовать значение >2, или >2 ； (4) Растворенный кислород. Кислород является принимающим электроны веществом в процессе биологической нитрификации; слишком низкая его концентрация мешает протеканию этого процесса. Как правило, при нитрификации в реакторах с активным илом уровень растворенного кислорода должен поддерживаться на уровне 2–3 мг/л и выше ； (5) Нагрузка по БПК. Нитрифицирующие бактерии являются автотрофными бактериями, в то время как бактерии, окисляющие БПК, — гетеротрофными. Если нагрузка BOD5 слишком высока, это способствует быстрому размножению хетеротрофных бактерий с высокой скоростью роста, в результате чего азотифицирующие бактерии не могут занять доминирующее положение, что снижает скорость нитрификации. Поэтому, для обеспечения полноценной нитрификации, нагрузка по BOD5 должна поддерживаться на уровне ниже 0,3 кг (BOD5)/кг (ВЗ).сут. (II) Биологическая денитрификация – это процесс преобразования NO2–N и NO3–N в N2 при недостатке кислорода под действием факультативных денитрифицирующих бактерий. Электронными донорами (донорами водорода) в процессе денитрификации являются различные органические субстраты (источники углерода). В качестве примера можно привести метанол в качестве источника углерода. Уравнение реакции выглядит следующим образом: 6NO3– + 5CH3OH → 5CO2 + 4H2O + 3N2 + 6OH–. Как видно из этого уравнения, в процессе биологической денитрификации не только происходит восстановление NO3–N и NO2–N, но также происходит окислительное разложение органических веществ. Основные факторы, влияющие на денитрификацию: (1) температура. Влияние температуры на денитрификацию значительнее, чем на другие процессы биологической обработки сточных вод. Как правило, целесообразно поддерживать температуру в диапазоне 20–40°C. Проблема заключается в слишком низких температурах зимой; для поддержания эффективности процесса денитрификации можно применять такие меры, как увеличение времени пребывания ила в системе и снижение нагрузки ； (2) Значение pH: в процессе денитрификации значение pH должно находиться в диапазоне от 7,0 до 8,0 ； (3) Растворенный кислород: кислород оказывает тормозящее воздействие на процесс денитрификации. Как правило, в денитрификационных реакторах содержание растворенного кислорода должно поддерживаться на уровне ниже 0,5 мг/л (при использовании активного ила) или ниже 1 мг/л (при использовании биопленки) ； (4) Органический источник углерода. Если в сточных водах содержится достаточное количество органического источника углерода, а соотношение BOD5/TN > (3–5), то добавление дополнительного источника углерода не требуется. Когда соотношение углерода и азота в сточных водах ниже этого значения, необходимо дополнительно добавлять органический углерод. В качестве источника органического углерода чаще всего используется метанол. Учитывая дополнительное потребление растворенного кислорода метанолом, его количество обычно составляет в 3 раза больше, чем количество NO3--N. Кроме того, можно также использовать мертвые микроорганизмы ； Часть органического углерода, высвобождающаяся после саморазложения, называется «внутренним источником углерода». Однако для этого требуется длительное пребывание осадка в системе или низкий уровень нагрузки, чтобы микроорганизмы находились в фазе покоя или угасания своего роста; поэтому объем резервуара должен быть увеличен. II. Выбор зеолита для процесса обменно-адсорбционной обработки. Зеолит представляет собой силикат алюминия; его химический состав можно выразить как (M2+, 2M+)O·Al2O3·mSiO2•nH2O (где m = 2–10, n = 0–9). Здесь M2+ обозначает двухвалентные катионы, такие как Ca2+, Sr2+, а M+ — одновалентные катионы, такие как Na+, K+. Зеолит является катионным обменником слабокислого типа. В трехмерной структуре цеолита имеются правильно устроенные каналы и полости, что обеспечивает у него такие превосходные свойства, как ситообразное действие, избирательность в процессе адсорбции, термостабильность и формостабильность. Существует множество видов натуральных зеолитов, но для удаления аммиака в основном используется склонный зеолит. Порядок селективности обмена кристаллов сланцеватого зеолита по отношению к некоторым катионам следующий: K+, NH4+ > Na+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+. Используя высокую селективность сланцевого зеолита к ионам NH4+, можно применять процесс обменной адсорбции для удаления аммиака из воды. Ионообменно насыщенный филлит после регенерации может использоваться повторно. pH раствора оказывает значительное влияние на выделение аммиака с помощью зеолита. При слишком высоком pH NH4+ превращается в NH3, что снижает интенсивность процесса обменного адсорбирования ； При слишком низком pH усиливается конкурентное адсорбирование ионов H+, что затрудняет удаление NH4+. Обычно оптимальный уровень pH входящей воды составляет 6–8. При обработке городских сточных вод с содержанием аммиака 10–20 мг/л концентрация этого вещества в выходных водах может быть ниже 1 мг/л. При проникновении объем воды составляет примерно 100–150 единиц объема кроватей. Рабочая емкость обмена цеолита составляет примерно 0,4×10⁻³ н-1 моль/г. Зеолит, насыщенный аммонием, можно восстановить с помощью известковатого раствора концентрацией 5 г/л или насыщенного известкового раствора. Количество регенерирующей жидкости составляет примерно 3–5% от объема воды, подлежащей обработке. Исследования показывают, что добавление 0,1 моль NaCl в раствор для регенерации извести повышает эффективность регенерации. Для решения проблемы образования накипи при регенерации извести также используется 2%-ный раствор хлорида натрия в качестве регенерационного раствора; при этом расход регенерационного раствора оказывается довольно большим. Сточная жидкость с высокой концентрацией аммиака, образующаяся при регенерации, должна подвергаться обработке. Способы ее обработки следующие: (1) выветривание с помощью воздуха. Выветрившийся NH3 либо удаляется, либо поглощается раствором H2SO4 для использования в качестве удобрения ； (2) Отгон паром: конденсат представляет собой раствор аммиака концентрацией 1%, который может использоваться в качестве удобрения ； (3) Электролитическое окисление (электрохлорирование) – окислительное разложение аммиака с образованием N2. III. Вымывание с помощью воздуха При щелочных условиях (pH > 10,5) аммиак в сточных водах существует в основном в виде NH3 (рисунок 20-2). При полном контакте сточных вод с воздухом летучий NH3 из жидкой фазы переходит в газообразную, тем самым удаляя азот в виде аммиака из воды. В колонне для дестилляции используется наполнитель из деревянных или пластиковых рейок. Поток воздуха поступает в колонну с нижней части, а сточные воды опускаются с верхней части колонны в резервуар на нижнем уровне. Основными факторами, влияющими на эффективность дегазации аммиака, являются: (1) значение pH. Обычно значение pH повышают до 10,8–11,5 ； (2) Температура: при понижении температуры воды растворимость аммиака увеличивается, а эффективность вытеснения снижается. Например, при температуре 20°C уровень удаления аммиака составляет 90–95%, тогда как при температуре 10°C он снижается до примерно 75%. Это создает трудности при эксплуатации колонн для дегазации зимой ； (3) Гидравлическая нагрузка. Чрезмерно высокая гидравлическая нагрузка (м3/м2·ч) нарушает условия потока воды, необходимые для эффективного отстаивания, что приводит к образованию водного занавеса ； При слишком низкой гидравлической нагрузке наполнитель может не получать достаточного увлажнения, что приводит к нарушению его работы и образованию «сухой башни». Обычная гидравлическая нагрузка составляет 2,5–5 м³/м²·ч ； (4) Соотношение воздуха и воды: при фиксированной высоте колонны увеличение потока воздуха способствует повышению степени удаления аммиака ； Но по мере увеличения расхода воздуха растет и падение давления, поэтому у расхода воздуха существует предел. Как правило, соотношение газа/воды может составлять от 2500 до 5000 (м3/м2) ； (5) Конфигурация и высота наполнителя Поскольку повторное попадание воды и образование капель являются ключевыми факторами процесса дегазации аммиака, форма, размеры, расстояние между элементами наполнителя, а также способ их расположения влияют на эффективность дегазации. Как правило, расстояние между наполнителями составляет 40–50 мм, а высота наполнителей — 6–7,5 м. При увеличении расстояния между наполнителями требуется более большая высота наполнителей ； (6) Контроль накипи. Накипь на наполнителе (CaCO3) существенно снижает эффективность работы установки для дегазации. Меры по предотвращению образования налета включают: промывку слоя налета под высоким давлением воды ； Добавление ингибиторов накипи в воду: использование воздуха с низким или отсутствующим содержанием CO2 для дегазации (например, циклическое использование воздуха, полученного в результате поглощения аммиака из отходящих газов) ； Вместо деревины и т. п. используют пластиковый наполнитель, не склонный к образованию накипи. Метод воздушного выветривания для удаления аммиака обеспечивает степень удаления 60–95%. Процесс прост в реализации, дает стабильный результат очистки; капитальные и эксплуатационные затраты невелики. Метод позволяет обрабатывать сточные воды с высокой концентрацией аммиака. Однако при низких температурах эффективность дегазации снижается, налет на элементах оборудования часто серьезно мешает его работе, а выделяющийся аммиак вызывает вторичное загрязнение окружающей среды. IV. Хлорирование в точке перехода. Метод, при котором добавляется избыток хлора или гипохлорита натрия (в количестве, превышающем «точку перехода», см. главу 14), с целью полного окисления аммиака в сточных водах до N2. Этот метод называется хлорированием в точке перехода. Реакция может быть представлена следующим образом: NH4+ + 1,5 HOCl → 0,5 N2 + 1,5 H2O + 2,5 H+ + 1,5 Cl-. Из уравнения видно, что теоретическая потребность в хлоре для достижения точки перехода составляет 7,6 кг/кг (NH3-N), однако на практике потребность в хлоре составляет 8–10 кг/кг (NH3-N). При pH = 6–7 реакция протекает таким образом, что количество добавляемого вещества может быть сведено к минимуму. Время контакта обычно составляет от 0,5 до 2 часов. Строгий контроль уровня pH и количества добавляемого хлора позволяет снизить образование в процессе реакции вредных хлораминов (например, NCl3) и хлорсодержащих органических веществ. Метод хлорирования с использованием точек перегиба позволяет достичь уровня удаления аммиака в размере 90–100%. Эффективность обработки стабильна, она не зависит от температуры воды, к тому же затраты на строительство сооружений невелики. Но затраты на его эксплуатацию высоки ； Остаточный хлор и хлорсодержащие органические вещества должны подвергаться дополнительной обработке.

В щелочной среде процесс дестилляции в дестилляционной колонне проходит очень эффективно.