污水處理脫氮工藝研究

傳統(tǒng)污水處理的脫氮工藝基于微生物作用,在去除有機(jī)污染物的同時(shí),通過硝化-反硝化耦合過程將氨氮氧化為硝酸根,再還原為氮?dú)馊コ?該工藝過程雖然可以滿足污水的脫氮要求,但一方面面臨消耗有機(jī)碳源、工藝能耗較高、污泥產(chǎn)生量大、停留時(shí)間長、構(gòu)筑物占地面積大、受溫度波動(dòng)限制等缺點(diǎn),另一方面,其技術(shù)原理的本質(zhì)是氮元素的去除、而非資源化回收利用。 近年來,以污水資源化為核心的新型水處理概念和工藝被不斷提出。 MCCARTY 等討論了城市污水廠作為能源輸出的可能。VERSTRAETE等提出了“ zero-wastewater”概念的上游濃縮工藝,通過有機(jī)物厭氧消化zui大可能實(shí)現(xiàn)生活污水中的能源回收。 BATSTONE 等提出“源分離-釋放-回收”工藝實(shí)現(xiàn)生活污水中 C、N 和 P 的回收。

　　一種潛在的可持續(xù)的“上游濃縮”污水處理思路是用膜將污水中有機(jī)物分離濃縮,高 COD 濃縮液進(jìn)行厭氧消化回收能源,另一端含氨氮的出水利用離子交換過程實(shí)現(xiàn)氮素的富集回收。 由于膜組件的預(yù)處理可以避免固體懸浮物、有機(jī)物等造成的堵塞等問題,因此該資源化處理思路可以zui大限度的發(fā)揮離子交換柱的吸收能力,實(shí)現(xiàn)氮素的回收利用。

　　前期研究表明,生活污水經(jīng)過超濾膜濃縮處理后,出水氨氮相對(duì)較低、存在雜質(zhì)離子,是限制氮素回收利用的主要因素。 為了盡可能回收利用污水中蘊(yùn)含的資源(氮素) ,本研究探索基于離子交換法去除、回收利用生活污水中的氨氮,旨在促進(jìn)水回用同時(shí)實(shí)現(xiàn)氨氮的富集回收,通過對(duì)離子交換富集回收氨氮方法的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行初步分析,為新的污水處理方式選擇提供參考。

　　沸石和陽離子交換樹脂是常見的氨氮吸收劑(考慮到本研究過程同時(shí)發(fā)生物理吸附和化學(xué)離子交換,本文統(tǒng)一使用吸收) 。研究表明,氨氮吸收的影響因素包括 pH、初始濃度、其他陽離子及吸收劑用量等。針對(duì)吸收飽和后吸收劑的再生回用,有研究者通過動(dòng)態(tài)吸收柱實(shí)驗(yàn)研究氨氮穿透曲線和吸收性能,并探究其解吸特性。相關(guān)研究表明,不同解吸液、物料流速等因素會(huì)對(duì)再生液中氨氮的富集效果產(chǎn)生影響。

　　本研究首先通過靜態(tài)批式實(shí)驗(yàn)篩選較優(yōu)離子吸收劑,并分析 pH 波動(dòng)等因素對(duì)氨氮回收利用的影響。之后,通過動(dòng)態(tài)吸收柱實(shí)驗(yàn)研究水中鈣和鎂離子對(duì)離子交換吸收過程、以及解吸后富集效果的影響,探索討論超濾膜濃縮后出水中低濃度氨氮回收利用的技術(shù)路線。