CN112452145B - 一种含氨废气的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废气处理技术领域，公开了一种含氨废气的处理方法。该处理方法包括以下步骤：将含厌氧氨氧化菌的活性污泥与培养液混合，发酵，得接种培养基；然后向所述接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，反应；所述含氨废气、空气和惰性气体的流量比为(2‑4)：(1‑5)：(3‑10)。该处理方法能够有效处理含氨废气，且能够降低废水中氨氮、总氮及有机物的含量，减少含氨废气处理时对设备的腐蚀，有效处理含氨恶臭气体。其中氨氮去除率大于96％，亚硝酸盐去除率大于97％，总氮去除率大于98％。该处理方法能够降低处理剂的使用量，减小能耗，不产生二次污染；且方法简单，适合推广使用。

Description

一种含氨废气的处理方法
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种含氨废气的处理方法。
背景技术
氨气广泛存在于生活、工农业生产中。氨气在大气中非常活跃，易与大气中的其他物质相结合生成光化学烟雾和可吸入性颗粒物等有害物，如不妥善处理将会对环境造成严重的污染。人体在氨气中毒后也会出现头晕恶心、窒息呕吐等症状。
在处理过程中，含氨废气会对废气处理系统造成严重腐蚀，增加系统运行、维护的费用及难度。同时，氨气易溶于水，一旦与水源相遇，极易造成氨氮污染，导致水源氨氮过剩，产生过营养现象。此外，含氨废气污水处理厂所用的活性污泥(如厌氧活性污泥等)在新陈代谢过程中常产生有机物，这类有机物在自然环境下易积累，具有一定毒性；如不能够妥善处理将会对农业、渔业等产生严重影响，并危害人体健康。因此，氨气污染是我国水环境面临的严峻问题之一，迫切需要开发高效经济的含氨废气处理方法。
与普通的有害废气相比，常见的含氨废气有其特殊性，如强吸收溶解性、强污染性，以及难处理性。传统的氨气处理工艺包括物理吸附、化学吸收、催化(有氧)分解、膜吸收技术以及生物过滤等处理方法，需加入处理剂，例如吸附剂、催化剂等药剂。存在处理剂使用量大、工艺复杂、能耗高、反应不易控制、反应较慢、产生二次污染物含氮废水等缺点，而且对高浓度的氨气去除效果差。
因此，亟需提供一种高效的含氨废气的处理方法，能够降低处理剂的使用量，不产生二次污染。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种含氨废气的处理方法，能够降低处理剂的使用量，不产生二次污染。
本发明的发明构思：在含氨废气处理过程中，通过控制含氨废气、空气和惰性气体的流量，使硝化反应、厌氧氨氧化和反硝化反应同步进行，硝化细菌和厌氧氨氧化菌同时吸收氨气，通过自养硝化、厌氧氨氧化、异养硝化和异养好氧反硝化过程，去除氨，最终转化为氮气，氨氮和总氮去除效率高。
本发明提供了一种含氨废气的处理方法，包括以下步骤：
将含厌氧氨氧化菌的活性污泥与培养液混合，发酵，得接种培养基；然后向所述接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，反应；所述含氨废气、空气和惰性气体的流量比为(2-4)：(1-5)：(3-10)。
所述惰性气体包括氩气、氮气等。
所述厌氧氨氧化菌为浮霉菌门菌Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia或Candidatus Scalindua属中的至少一种。
优选的，所述活性污泥中厌氧氨氧化菌的相对丰度为30％-50％；进一步优选的，所述活性污泥中厌氧氨氧化菌的相对丰度为40％-50％，更优选的，所述活性污泥中厌氧氨氧化菌的相对丰度为44.9％。
优选的，所述处理方法还包括向所述接种培养基中加入含氨废水。所述含氨废水为含亚硝酸盐废水，所述含氨废水的的加入量为1-5mmol/d，可以分阶段加入。加入含氨废水可以在处理含氨废气的同时实现含氨废水的处理，处理效率高。
进一步优选的，所述含氨废水为含亚硝酸盐废水；按亚硝酸盐的量算，所述含亚硝酸盐废水的添加量为1-5mmol/d。
优选的，所述培养液为微量元素培养液；所述微量元素培养液包括铁盐、钾盐、钠盐、镁盐、锌盐、铜盐、锰盐、钴盐或钙盐中的至少5种。
优选的，所述微量元素培养液还包含络合剂，如乙二胺四乙酸二钠。
进一步优选的，所述微量元素培养液包括：5-10g/L硫酸铁、2-8g/L乙二胺四乙酸二钠、0.01-0.1g/L磷酸二氢钾、0.5-2g/L碳酸氢钠、0.2-1g/L氯化钙、0.1-1g/L硫酸镁、0.5-1.5g/L氯化钾、0.2-1g/L氯化钠、0.1-0.5mg/L氯化钴、0.01-0.03mg/L硼酸、0.1-0.5mg/L钼酸钠、0.2-0.5mg/L硫酸锌、0.1-0.5mg/L硫酸铜、0.5-1.5mg/L氯化锰和0.1-0.5mg/L氯化镍。
更优选的，所述微量元素培养液组成：9g/L硫酸铁、5g/L乙二胺四乙酸二钠、0.054g/L磷酸二氢钾、1g/L碳酸氢钠、0.7g/L氯化钙、0.5g/L硫酸镁、0.7g/L氯化钾、0.5g/L氯化钠、0.24mg/L氯化钴、0.014mg/L硼酸、0.22mg/L钼酸钠、0.43mg/L硫酸锌、0.25mg/L硫酸铜、0.99mg/L氯化锰和0.19mg/L氯化镍。
优选的，所述活性污泥与所述培养液的体积比为(0.5-2)：(3-6)；进一步优选的，所述活性污泥与所述培养液的体积比为(0.8-1.5)：(4.5-5.5)；更优选的，所述活性污泥与所述培养液的体积比为1：(4.5-5)。
优选的，所述接种培养基中厌氧氨氧化菌的相对丰度为15％-20％；进一步优选的，所述接种培养基中厌氧氨氧化菌的相对丰度为17％-20％。
优选的，所述发酵的温度为32-40℃，pH值为7.2-8.0；进一步优选的，所述发酵的温度为35-37℃，pH值为7.5-7.8。
优选的，所述反应为不间断反应15-60d，每7-10d添加一次微量元素培养液。
优选的，所述反应的pH值为7-8.5，反应温度为32-38℃；进一步优选的，所述反应的pH值为7.2-8，反应温度为34-37℃；更优选的，所述反应的pH值为7.5-7.8，反应温度为35℃。采用常用的酸碱作为pH调节剂，如盐酸、氢氧化钠、碳酸氢钠。
所述含氨废气经吸收、转化为含氮废水，所述含氮废水中氨氮的浓度为80-120mg/L，亚硝酸盐的浓度为60-100mg/L。
本发明将含厌氧氨氧化菌的活性污泥接种于培养液，先发酵成为优势菌，然后通入空气、含氨废气、惰性气体；空气与活性污泥中的硝化细菌、反硝化细菌也逐步繁殖。严格控制空气、含氨废气、惰性气体用量，氧气会先被硝化细菌消耗，维持低含氧量，厌氧氨氧化菌、硝化细菌、反硝化细菌同步作用，将含氨废气最终转化为氮气，能够有效降低废水中氨氮、总氮及有机物，不产生二次污染。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述处理方法能够有效处理含氨废气，且能够降低废水中氨氮、总氮及有机物的含量，减少含氨废气处理时对设备的腐蚀，有效处理含氨恶臭气体。其中氨氮去除率大于96％，亚硝酸盐去除率大于97％，总氮去除率大于98％。
(2)本发明所述处理方法能够降低处理剂的使用量，减小能耗，不产生二次污染；且方法简单，适合推广使用。
附图说明
图1为实施例1中含氨废气第一阶段处理结果图；
图2为实施例1中含氨废气第二阶段处理结果图；
图3为实施例2中含氨废气处理结果图；
图4为实施例3中含氨废气处理结果图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。本发明的“d”表示“天”。
实施例1
一种含氨废气的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)配制微量元素培养液，包括以下组分：9g/L硫酸铁、5g/L乙二胺四乙酸二钠、0.054g/L磷酸二氢钾、1g/L碳酸氢钠、0.7g/L氯化钙、0.5g/L硫酸镁、0.7g/L氯化钾、0.5g/L氯化钠、0.24mg/L氯化钴、0.014mg/L硼酸、0.22mg/L钼酸钠、0.43mg/L硫酸锌、0.25mg/L硫酸铜、0.99mg/L氯化锰和0.19mg/L氯化镍。
(2)将厌氧氨氧化菌Candidatus Kueneia相对丰度为44.9％的活性污泥与微量元素培养液混合，调节pH值为7.6，在温度为35℃下，使厌氧氨氧化菌发酵生长3天，得接种培养基，此时，厌氧氨氧化菌相对丰度为17.3％；然后向接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，加入含亚硝酸盐的废水，反应。反应分为两阶段，第一阶段从0-23天，空气流量为2.31mmol/d，含氨废气的流量(以氨气计)为6.42mmol/d，惰性气体的流量为20mmol/d，投加含亚硝酸盐废水浓度为4.4mmol/d。第二阶段从24-45天，空气流量为4.62mmol/d，含氨废气的流量(以氨气计)为6.42mmol/d，惰性气体的流量为20mmol/d，投加含亚硝酸盐废水浓度为2.2mmol/d。
实施例2
一种含氨废气的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)配制微量元素培养液，包括以下组分：9g/L硫酸铁、5g/L乙二胺四乙酸二钠、0.054g/L磷酸二氢钾、1g/L碳酸氢钠、0.7g/L氯化钙、0.5g/L硫酸镁、0.7g/L氯化钾、0.5g/L氯化钠、0.24mg/L氯化钴、0.014mg/L硼酸、0.22mg/L钼酸钠、0.43mg/L硫酸锌、0.25mg/L硫酸铜、0.99mg/L氯化锰和0.19mg/L氯化镍。
(2)将厌氧氨氧化菌Candidatus Kueneia相对丰度为44.9％的活性污泥与微量元素培养液混合，调节pH值为7.6，在温度为35℃下，使厌氧氨氧化菌发酵生长3天，得接种培养基，此时，厌氧氨氧化菌相对丰度为17.3％；然后向接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，加入含亚硝酸盐的废水，反应20天。其中空气流量为5.39mmol/d，含氨废气的流量(以氨气计)为6.42mmol/d，惰性气体的流量为8mmol/d，不投加含亚硝酸盐废水。
实施例3
一种含氨废气的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)配制微量元素培养液，包括以下组分：9g/L硫酸铁、5g/L乙二胺四乙酸二钠、0.054g/L磷酸二氢钾、1g/L碳酸氢钠、0.7g/L氯化钙、0.5g/L硫酸镁、0.7g/L氯化钾、0.5g/L氯化钠、0.24mg/L氯化钴、0.014mg/L硼酸、0.22mg/L钼酸钠、0.43mg/L硫酸锌、0.25mg/L硫酸铜、0.99mg/L氯化锰和0.19mg/L氯化镍。
(2)将厌氧氨氧化菌Candidatus Kueneia相对丰度为44.9％的活性污泥与微量元素培养液混合，调节pH值为7.6，在温度为35℃下，使厌氧氨氧化菌发酵生长3天，得接种培养基，此时，厌氧氨氧化菌相对丰度为17.3％；然后向接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，加入含亚硝酸盐的废水，反应20天。其中空气流量为8.09mmol/d，含氨废气的流量(以氨气计)为6.42mmol/d，惰性气体的流量为8mmol/d，不投加含亚硝酸盐废水。
对比例1
一种含氨废气的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)配制微量元素培养液，包括以下组分：9g/L硫酸铁、5g/L乙二胺四乙酸二钠、0.054g/L磷酸二氢钾、1g/L碳酸氢钠、0.7g/L氯化钙、0.5g/L硫酸镁、0.7g/L氯化钾、0.5g/L氯化钠、0.24mg/L氯化钴、0.014mg/L硼酸、0.22mg/L钼酸钠、0.43mg/L硫酸锌、0.25mg/L硫酸铜、0.99mg/L氯化锰和0.19mg/L氯化镍。
(2)将厌氧氨氧化菌Candidatus Kueneia相对丰度为44.9％的活性污泥与微量元素培养液混合，调节pH值为7.6，在温度为35℃下，使厌氧氨氧化菌发酵生长3天，得接种培养基，此时，厌氧氨氧化菌相对丰度为17.3％；然后向接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，加入含亚硝酸盐的废水，反应20天。其中空气流量为1.2mmol/d，含氨废气的流量(以氨气计)为6.42mmol/d，惰性气体的流量为12mmol/d，不投加含亚硝酸盐废水。
对比例2
一种含氨废气的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)配制微量元素培养液，包括以下组分：9g/L硫酸铁、5g/L乙二胺四乙酸二钠、0.054g/L磷酸二氢钾、1g/L碳酸氢钠、0.7g/L氯化钙、0.5g/L硫酸镁、0.7g/L氯化钾、0.5g/L氯化钠、0.24mg/L氯化钴、0.014mg/L硼酸、0.22mg/L钼酸钠、0.43mg/L硫酸锌、0.25mg/L硫酸铜、0.99mg/L氯化锰和0.19mg/L氯化镍。
(2)将厌氧氨氧化菌Candidatus Kueneia相对丰度为44.9％的活性污泥与微量元素培养液混合，调节pH值为7.6，在温度为35℃下，使厌氧氨氧化菌发酵生长3天，得接种培养基，此时，厌氧氨氧化菌相对丰度为17.3％；然后向接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，加入含亚硝酸盐的废水，反应20天。其中空气流量为14mmol/d，含氨废气的流量(以氨气计)为6.42mmol/d，惰性气体的流量为8mmol/d，不投加含亚硝酸盐废水。
实施例1-3和对比例1-2通入含氨废气、空气和惰性气体，以及投加含亚硝酸盐废水的情况如表1。
表1
Figure BDA0002807215070000061
产品效果测试
实施例1-3和对比例1-2中含氨废气处理过程进行监测，并计算亚硝酸盐去除率、氨氮去除率、总氮去除率。其中计算公式如下：
Figure BDA0002807215070000071
Figure BDA0002807215070000072
Figure BDA0002807215070000073
Figure BDA0002807215070000074
Figure BDA0002807215070000075
其中，其中VO2是空气进气中氧气的流量，单位为L/min；v含氨废气是进气中含氨废气的流量，单位为L/min；22.4是气体摩尔体积，单位L/mol；24×60是一天时长，单位min；0.2是空气中氧气所占比例；0.35是氧气传质系数；1.5是好氧氨氧化反应产生亚硝酸根系数。
在实施例1中第一阶段，如图1所示，横坐标为时间(d)，左侧纵坐标为亚硝酸盐、硝酸盐的含量，右侧纵坐标为氨的含量。经计算，浮霉菌门菌(Planctomycetes)CandidatusKueneia厌氧氨氧化菌对含氮废水中氨氮去除率为88.0％，亚硝酸盐去除率为98.9％，总氮去除率为90.2％。
第二阶段，如图2所示，横坐标为时间(d)，左侧纵坐标为亚硝酸盐、硝酸盐的含量，右侧纵坐标为氨的含量。经计算，浮霉菌门菌(Planctomycetes)Candidatus Kueneia厌氧氨氧化菌对含氮废水中氨氮去除率为98.5％，对亚硝酸盐去除率为99.6％，对总氮去除率为98.9％。
在实施例2中，如图3所示，横坐标为时间(d)，左侧纵坐标为亚硝酸盐、硝酸盐的含量，右侧纵坐标为氨的含量。经计算，浮霉菌门菌(Planctomycetes)Candidatus Kueneia厌氧氨氧化菌对含氮废水中氨氮去除率为97.9％，亚硝酸盐去除率为97.5％，总氮去除率为98.2％。
在实施例3中，如图4所示，横坐标为时间(d)，左侧纵坐标为亚硝酸盐、硝酸盐的含量，右侧纵坐标为氨的含量。经计算，浮霉菌门菌(Planctomycetes)Candidatus Kueneia厌氧氨氧化菌对含氮废水中氨氮去除率为97％，亚硝酸盐去除率为99％，总氮去除率为99％。
经计算，对比例1中，浮霉菌门菌(Planctomycetes)Candidatus Kueneia厌氧氨氧化菌对含氮废水中氨氮去除率为75％，亚硝酸盐去除率为79％，总氮去除率为78％。对比文件1中因通入空气的含量不够，导致氧气含量过少，硝化细菌无法得到良好繁殖，硝化反应无法与厌氧氨氧化菌同步作用，因此氨氮、亚硝酸盐、总氮的去除效果大大减弱。
经计算，对比例2中，浮霉菌门菌(Planctomycetes)Candidatus Kueneia厌氧氨氧化菌对含氮废水中氨氮去除率为77％，亚硝酸盐去除率为72％，总氮去除率为75％。对比文件2中因通入过多氧气，抑制了厌氧氨氧化菌的繁殖，硝化细菌成为了主要的优势菌，含氨废气也无法得到良好的处理。

Claims (6)

1.一种含氨废气的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含厌氧氨氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌的活性污泥与培养液混合，发酵，得接种培养基；然后向所述接种培养基中通入含氨废气、空气和惰性气体，反应；所述含氨废气、空气和惰性气体的流量比为（2-4）：（1-5）：（3-10）；
所述活性污泥中厌氧氨氧化菌的相对丰度为30%-50%；
所述接种培养基中厌氧氨氧化菌的相对丰度为15%-20%；
所述活性污泥与所述培养液的体积比为（0.5-2）：（3-6）；
所述厌氧氨氧化菌为浮霉菌门菌CandidatusKuenenia属 。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括向所述接种培养基中加入含氨废水。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述培养液为微量元素培养液；所述微量元素培养液包括铁盐、钾盐、钠盐、镁盐、锌盐、铜盐、锰盐、钴盐或钙盐中的至少5种。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述发酵的温度为32-40℃，pH值为7.2-8.0。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述反应为不间断反应15-60d，每7-10d添加一次微量元素培养液。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述反应的pH值为7-8.5，反应温度为32-38℃。
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