印染废水脱氮研究进展

Posted 2023-01-12 工艺

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印染废水产量巨大，若任意排放，势必对环境造成严重的污染。文章阐述了印染废水的危害，介绍了印染废水的脱氮技术，包括硝化-反硝化工艺、生物添加剂处理方法和高级氧化处理技术，最后指出，工程实践中，应根据印染废水的特点采用合理的脱氮技术。
[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2010)08-0259-02印染废水是含氮量很高的废水，含氮废水的超标排放是造成水体污染的主要原因之一，其对水体带来的危害主要表现在：
(1)造成水体的富营养化现象。对一些静止型水体如湖泊和水库，当其含有过量氮时会导致蓝藻和蓝绿藻的过度繁殖，发生水华现象；氮排人近海则会发生赤潮。大量藻类同时死亡时会耗去水中的氧，从而引起鱼类的大量死亡。
(2)还原态氮排入水体会因硝化作用而耗去水体中大量氧，引起水体溶解氧不足，造成水体黑臭。一个氨态氮氧化成硝态氮需耗去4个氧。按重量比，耗氧重量为氨态氮重量的4.57倍。传统的废水脱氮方法如物理化学法有折点加氯法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱法、液膜法等；生化法有藻类养殖、生物硝化和反硝化等。虽然以上很多方法都能有效地去除水中的氮，但都存在着一些不足，只有几种方法能够真正用于废水的脱氦处理，很难在有效性、经济性、可行性方面同时达到要求，运用于工程实践。因此，国内外近年来又开发了许多新技术，取得了良好的效果。
1.硝化-反硝化工艺
硝化-反硝化工艺是生物脱氮的主要工艺，其中有2种新方法是目前研究的重点。一是短程硝化一反硝化，即将氮化合物通过亚硝酸盐路径，从而从废水中去除氮。该方法将氨氮氧化成亚硝酸盐为止，通过选择抑制性物质或限制硝酸盐菌的活性，使亚硝酸盐有一定的积累，然后对其进行反硝化，此时，需氧量和所需电子供体量将分别减少25%和40%。对亚硝酸盐进行反硝化，其速率要比对硝酸盐进行反硝化速率高1.5～2倍。二是同步硝化和反硝化。研究发现，在供氧受限制或缺少有机碳源的厌氧条件下可发生此种现象。在纯硝化基质厌氧污泥混合基质以及生物膜系统中已经证实该现象存在，这时氨和亚硝酸盐分别充当电子供体和电子受体，致使曝气能耗和有机碳源需求量大大减少。基于以上2种思路，近年来国际上开发出了许多新工艺，受人瞩目的主要有以下几种。
1.1RON工艺
根据短程硝化和反硝化的原理，1997年荷兰戴尔夫特理工大学Hellfing等开发了一种新型工艺——RON(短程硝化一反硝化)工艺。其反应式如下：
NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O(l)
NO2-+3[H]+H+→0.5N2+2H2O
(2)
该工艺的主要特点是，控制硝化过程停止在亚硝酸盐阶段上，以便节省电能和电子供体(有机碳源)。RON工艺使用无需污泥停留(以恒化器方式运行，其SRT=HRT)的单个CSTR反应器来实现，在较短的HRT(即SRT)和30～40℃的条件下，可有效地通过种群筛选产生大量的亚硝酸盐氧化菌，并使硝化过程稳定地控制在亚硝化阶段，以NO2-为硝化终产物。据报道，荷兰某水厂用此工艺处理高氨氮废水，反应在30～35℃内进行，可以积累HNO2-，并且投入运行。这对温度较高的高氨氮废水生物脱氮处理有重要的实用意义。RON工艺适用于含高浓度氨氮(>500mg/L)废水的处理工艺，尤其适用于具有脱氮要求的预处理或旁路处理，如污泥消化池上清液的处理。具有好氧停留时间短、微生物活性高、值高、系统无生物体(污泥)停留，只需要单个反应器等优点。
1.2厌氧氨氧化
厌氧氨氧化(ANAMMOx)指的是在厌氧条件下氨氮一亚硝酸氮作为电子受体直接被氧化成氮气的过程，其反应式如下：
NH4++NO2-→N2+2H2O
(3)
该工艺中发生的反硝化反应不需外加碳源，ANAMMOx细菌的低生长速率和产率，使其特别适宜在温度高于20℃和在自营养系统中运行，在l000mg/L的氨氮或硝态氮的条件下不会受到抑制，但是在100mg/L的亚硝态氮条件下，厌氧氨氧化过程即受到限制。不过可以通过添加痕量厌氧氨氧化中间产物(联氨或轻氨)来克服，但此方法在应用中受到菌种产量少，污泥驯化时间长等不利因素的制约。该工艺多用于处理工业废水，也可用于处理污泥消化池上清液等废液。厌氧氨氧化提供了一种新的脱氮思路，与传统脱氮相比，可大大降低能源和化学药剂的消耗，而且污泥产量少。在荷兰的一些应用证明，该工艺处理系统会大大降低对环境的影响，而且还能明显降低基建和运行费用。
此外，还有一些其它新工艺如OLAND(氧限制自养硝化一反硝化)工艺，好氧除氨工艺等，都在不同情况下提高了传统硝化一反硝化工艺的效率，在废水脱氮方面取得了很大的成功。
2.生物添加剂
虽然在硝化菌生理学领域已经获得了大量的信息，但是在有效地控制硝化产物及其处理方面进步不大。而最近报道了能够用于强化硝化过程的化合物或产物。证明，通过加入一种生物添加剂，即使在低温条件下，硝化过程仍可以大为强化。Vansever等还证明，当硝化菌在用还原性硫化物抑制的情况下，通过使其与含Cu的表面或离子交换树脂接触便于有效地去除毒素。后一种添加剂在硝化不好的情况下能够快速地干预。这一硝化过程存在的主要问题是在严重抑制后，要恢复硝化的正常活性需几周的时间。针对这一问题，可使用一些能够大大减少负影响的强化消化菌种群增长的产品。如能研制出一些费用低廉的此类生物添加剂，将会极大地促进生物脱氮技术的发展。
3.高级氧化脱氮技术
以自由轻基(.OH)作为主要氧化剂的高级氧化工艺是近年来迅速发展的一种新技术，它能加速反应过程，提高处理效率和出水水质，在废水处理领域内显示出了强大的生命力。
3.1光催化氧化
光催化氧化法是目前流行的一种从废水中除去污染物的高级氧化法(AOP)。AOP非均相反应主要是利用诸如TiO2及其复合半导体作催化剂，同时结合一定能量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子一空穴时，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子空穴作用，产生氧化性极强的.OH自由基，通过与污染物之间的经基加合、取代、电子转移等使污染物全部或部分矿化，最终达到降解污染物的目的。徐锐等用光催化氧化法对氨氮废水进行了研究试验，结果表明在用锐钦型TiO2作催化剂，用硅酸钠作粘结剂时，当硅酸钠质量百分比为6.5%及热处理温度为300℃时，催化剂的活性最大，处理效果最好。原废水氨氮浓度为100mg/L时，经过光催化氧化，氨氮去除率达到了70%。试验还证明光催化氧化处理氨氮废水过程中，其影响因素主要为光强、曝气量、pH、催化剂用量、反应温度等。
光催化氧化作为一种清洁生产工艺用于废水处理，在实现污染物降解的同时，对周围环境不产生新的影响。如果能研制出高效的反应器、催化剂及聚光系统，那么光催化氧化就可运用于实际生产。而且其流程简单，易于操作；可以利用原有的生化处理池，减少了基建投资；同时在阳光充足、辐射光强度较高时又可充分利用太阳光源，减少运行费用，在今后的工业化应用中前景光明。
3.2湿式氧化和催化湿式氧化
作为高级氧化技术中应用较多的2种方法，湿式氧化(WO)和催化湿式氧化(CWO)通常用于不可生物降解的废水处理。但研究证明，其在废水脱氮中也有很大的优势。钟理等进行了臭氧湿式氧化氨氮废水的研究，表明废水中的氨氮可以被有效地降解。杜鸿章、杨绮、杨春光等深入地研究了焦化废水催化湿式氧化净化技术，并与传统工艺进行比较，指出了催化湿式氧化工艺在处理焦化废水中其技术、经济指标、环境效率上的优势，并研制出了适合处理焦化厂蒸氨、脱酚前浓焦化污水的高氧化活性及稳定性的催化剂，对NH3-N的去除率达到95%。
4.结语
印染废水脱氮技术各有优缺点，在实际的印染废水处理工程中，应根据废水的水质情况和排放标准，选择合适的废水脱氮技术。