水产养殖过程中,鱼的排泄物和没有被消耗的饲料降解均会使水中的氨氮剧增,当氨氮浓度大于0.2mg/L时,鱼类摄食就会受到严重影响,造成生长不良或停止生长;达到 2mg/L时,则会造成生物的死亡,严重影响水产的养殖。
随着水产养殖的集约化和高密度化,2008 年我国有95.3%的氨氮超标排放,排入海洋的氨氮总量为17万t水体中高含量的氨氮对鱼类和其他水生动物产生毒害作用,造成自然水体的富营养化,带来的经济问题和环境污染问题日益突出。
去除水产养殖中氨氮的方法有多种,主要是生物法、催化氧化法、气体吹脱法和吸附法等。生物法无污染、耗能低,但其转换作用缓慢; 催化法虽可以避免速度慢的缺点,但与生物法一样难以彻底去除氨氮,需要进行额外的处理; 气体吹脱法工艺简单,投资少,但却易造成大气的二次污染。而吸附法利用吸附剂吸附去除水中氨氮,操作过程稳定、易控制,且吸附剂可再生利用,耗费成本小,因此在养殖污水处理中得到广泛的应用,尤其在观赏水族喂养方面,得到了养殖户、水产学家等多方面的关注,越来越多的学者对其进行了广泛深入的研究。
1影响吸附去除氨氮的主要因素
吸附法去除氨氮主要依靠吸附剂与氨氮同时发生物理吸附、化学吸附和离子交换吸附 3种反应,使氨氮吸附在吸附剂上以达到去除的目的。在实际应用过程中,水的pH值、水中金属离子以及水中有机物等各种因素都会对氨氮吸附去除的效果造成一定的影响。如何有效地减少上述因素的影响,提高氨氮的吸附效果是养殖户在实际应用过程中最关注的。
1.1 pH 值对氨氮存在形态及吸附效果的影响
通常氨在污水中以 NH3分子和NH4+2 种形式同时存在,它的解离反应平衡可表示为:
NH4+NH3+H+
在常温下其平衡常数的负对数为 9.40,根据氨存在 2种形态之间的平衡关系得出常温下 NH3和 NH4+在水中的含量随其pH值(酸碱度) 的变化关系(图 1) 。显然,水溶液的 pH 值对它的存在形态有较大的影响,当pH值大于 11.5时,水中主要存在的是NH3 ,有利于物理、化学吸附能力较强的吸附剂对其进行吸附; 但 NH3的含量随 pH 值的降低而不断减少,当pH值小于7.5 后,污水中主要存在的是 NH4+,有利于离子交换能力较强的吸附剂与其发生离子交换反应。Al 等发现,用树脂 AMIR120 吸附氨氮时,吸附量随着溶液pH 值的升高而不断减少。但若水的 pH 值太小时,水中 H+的浓度较大,会与氨氮产生竞争吸附,不利于发生以离子交换为主的吸附反应。罗仙平等研究发现,氧化铝对氨氮最好吸附效果是在 pH 值为 9 时,煤渣是在 pH 值为 12 时,而王祝来等发现,竹炭对氨氮最好吸附效果是在 pH 值为 7时。因而,只有根据水的 pH 值大小选择性能合适的吸附剂,才能达到较好的氨氮去除效果。
1.2 水中金属离子对氨氮吸附效果的影响
海水养殖中常会存在一定量的 K+、Ca2+、Na+和 Mg2+等碱、碱土金属离子。虽然吸附剂对 NH4+具有一定的选择交换性,但这些金属离子的存在会与 NH 4+形成竞争交换。如树脂吸附剂,它会优先吸附高价离子和同价同类离子中的大直径离子; 而一般沸石吸附剂的离子交换顺序则为 Cs+> Rb+> K+> NH4+>Sr+>Na+>Ca2+ >Fe3+>Al3+>Mg2+>Li+。各种金属离子的竞争吸附会削弱吸附剂对 NH4+的交换吸附量。夏丽华等研究发现,当 Ca2+的浓度为40 mg/L时,沸石对浓度 1和2mg/L 氨氮污水的最高吸附量分别下降 9.1% 和 14.6%。Farkas等也发现,在浓度800 mg/L的氨氮污水中,800 mg/L的 K+和 100mg/L 的 Ca2+ 会使克罗地亚沸石对氨氮的吸附量分别下降 3.2% 和 2.8%Weatherley 等发现,Mg2+ 、Ca2+ 和 K+等对新西兰的斜发沸石氨氮吸附量的影响大于丝光沸石,必须尽量对污水中的金属离子进行预先去除,或选择物理、化学吸附能力较强的吸附剂,才能保证其对氨氮的吸附效果。
1.3 水中有机物对氨氮吸附效果的影响
水产养殖污水中也常常会同时存在一定量的有机污染物,如有机酸等,它们也会与氨分子在吸附剂表面形成竞争吸附。由于有机污染物的分子一般比较大,停留聚集在吸附剂的表面时,不仅会减少吸附氨氮的比表面积,还会使 NH4+
与吸附剂隔离,减少两者离子交换的机会。若是有机物被吸附进吸附剂的孔道后,会堵塞孔道或增加孔道阻力,使水中的氨氮较难进入吸附剂的孔道,造成吸附量缩减。刘海洪等发现,氨氮吸附量为100~117 mg/g 的 Na+型阳离子树脂受到污水中有机物的影响,吸附量降至 3.18 ~5.49 mg/g。Farkas等发现,氨氮吸附量为 17.7 mg/g 的克罗地亚天然沸石,去除含有机物浓度为 1033 g/L 的氨氮时,其吸附量下降到 4.2 mg/g,对于这些含有机污染物的氨氮污水目前多采取分步骤处理,使吸附剂对氨氮的吸附量保持较高水平。
2 常用氨氮吸附剂改良的研究
吸附法中氨氮吸附剂的性能及选择是该法应用的关键,各种吸附剂的性质不同,吸附氨氮发生的 3 种吸附反应强弱不同,对氨氮的吸附量也不同。虽然近年来多是倾向于选择离子交换性能较强的吸附剂进行研究,但其他方面的研究也在不断进行中,吸附剂的种类越来越多,经济实用的主要有活性炭吸附剂、树脂吸附剂、沸石吸附剂和其他矿石、废弃物吸附剂等。
氨氮在水中以游离氨和铵根离子的形式存在,根据一水合氨与铵根的平衡关系可知,利用离子交换工艺除氨氮时pH值尽量在偏酸性(pH值6左右)环境效果更佳。
随着环保形势越来越严,对于总氮的深度处理标准也越来越严,因为地域性限制,有些污水(如:垃圾渗滤液DTRO膜产水)或者净水(如:蒸发冷凝水)的处理需达到地表三类或者地表四类水质标准,在此情况下,我司T-42H特种除氨氮树脂应运而生,对于中低浓度(500mg/l以内)的氨氮的深度去除以及浓度氨氮(500-5000mg/l)的浓缩回收利用方面具有极佳的效果和极大的优势。
官能团 | 核子级磺酸基 |
处理精度 | 0.02ppm以下 |
吸附容量 | 30-40g/l(2.0meq/ml) |
pH值条件 | 0-14(偏酸性更佳) |
耐受温度 | 120℃(大) |
再生药剂 | 5%盐酸/硫酸 |
再生流速 | 4BV/H |
再生时间 | 30分钟(少) |
反洗用水 | 纯水/软水/自来水 |
反洗流速 | 5-10BV/H |
反洗时间 | 30分钟 |
1、处理精度,氨氮含量可以做到0.02ppm以下;
2、交换容量大,大实际交换容量可达30-40g/l;
3、化肥行业氨氮浓缩蒸发回收更具优势,树脂浓缩倍数大;
4、RO膜及DTRO膜后氨氮达标的保障措施;
5、蒸发冷凝水氨氮深度处理的佳选择(在投资成本、运行成本、占地面积等等方面综合考虑为佳首选工艺)。
应用场景
垃圾渗滤液DTRO膜后产水氨氮深度处理;
垃圾渗滤液RO膜后产水氨氮深度处理;
蒸发冷凝水氨氮深度处理;
煤矿矿井水总氮深度处理;
电池电子行业氨氮深度处理;
生活污水氨氮深度处理;
水产养殖水氨氮深度处理;
化工废水氨氮深度处理;
养殖废水氨氮深度处理;
焦化废水氨氮深度处理;
饮用水氨氮深度处理;