污水处理脱氮工艺研究

传统污水处理的脱氮工艺基于微生物作用,在去除有机污染物的同时,通过硝化-反硝化耦合过程将氨氮氧化为硝酸根,再还原为氮气去除。 该工艺过程虽然可以满足污水的脱氮要求,但一方面面临消耗有机碳源、工艺能耗较高、污泥产生量大、停留时间长、构筑物占地面积大、受温度波动限制等缺点,另一方面,其技术原理的本质是氮元素的去除、而非资源化回收利用。 近年来,以污水资源化为核心的新型水处理概念和工艺被不断提出。 MCCARTY 等讨论了城市污水厂作为能源输出的可能。VERSTRAETE等提出了“ zero-wastewater”概念的上游浓缩工艺,通过有机物厌氧消化zui大可能实现生活污水中的能源回收。 BATSTONE 等提出“源分离-释放-回收”工艺实现生活污水中 C、N 和 P 的回收。

　　一种潜在的可持续的“上游浓缩”污水处理思路是用膜将污水中有机物分离浓缩,高 COD 浓缩液进行厌氧消化回收能源,另一端含氨氮的出水利用离子交换过程实现氮素的富集回收。 由于膜组件的预处理可以避免固体悬浮物、有机物等造成的堵塞等问题,因此该资源化处理思路可以zui大限度的发挥离子交换柱的吸收能力,实现氮素的回收利用。

　　前期研究表明,生活污水经过超滤膜浓缩处理后,出水氨氮相对较低、存在杂质离子,是限制氮素回收利用的主要因素。 为了尽可能回收利用污水中蕴含的资源(氮素) ,本研究探索基于离子交换法去除、回收利用生活污水中的氨氮,旨在促进水回用同时实现氨氮的富集回收,通过对离子交换富集回收氨氮方法的经济性进行初步分析,为新的污水处理方式选择提供参考。

　　沸石和阳离子交换树脂是常见的氨氮吸收剂(考虑到本研究过程同时发生物理吸附和化学离子交换,本文统一使用吸收) 。研究表明,氨氮吸收的影响因素包括 pH、初始浓度、其他阳离子及吸收剂用量等。针对吸收饱和后吸收剂的再生回用,有研究者通过动态吸收柱实验研究氨氮穿透曲线和吸收性能,并探究其解吸特性。相关研究表明,不同解吸液、物料流速等因素会对再生液中氨氮的富集效果产生影响。

　　本研究首先通过静态批式实验筛选较优离子吸收剂,并分析 pH 波动等因素对氨氮回收利用的影响。之后,通过动态吸收柱实验研究水中钙和镁离子对离子交换吸收过程、以及解吸后富集效果的影响,探索讨论超滤膜浓缩后出水中低浓度氨氮回收利用的技术路线。