污水处理项目中利用臭氧去除氨

水中的氨不仅仅是一种麻烦，它还是一种严重的污染物，会助长藻类繁殖、消耗氧气并威胁水生生物。对于水处理专业人员来说，控制氨对于满足严格的环境法规和保护生态系统至关重要。虽然臭氧以其消毒能力和降解有机污染物的能力而广为人知，但它在去除氨方面的作用却鲜为人知，但同样具有变革性。通过将臭氧与生物过程或高级氧化技术相结合，处理设施可以显著减少氨，同时优先考虑可持续性。

以下是臭氧如何改变氨去除，以及为什么它应该成为您下一个水处理项目的关注点。

为什么除氨很重要

氨 （NH₃-N） 是一种存在于废水、工业废水和受污染水源中的含氮化合物，会导致富营养化，危及水生生物，并使饮用水处理复杂化。监管标准，例如废水排放。

臭氧提供了一种更清洁、更高效的替代品。它的氧化能力将氨转化为更安全的化合物，而不会留下有毒残留物。

臭氧如何解决氨问题

虽然臭氧在中性 pH 值下与氨的直接反应性有限，但通过智能集成，其潜力得以充分实现：

 直接氧化:

在高pH值（9-11）下，臭氧与氨反应，通过羟基自由基（·OH）生成硝酸盐（NO₃⁻）或氮气（N₂）。尽管在典型的市政废水处理中较少见，但在pH值调节可行时，这条途径成为可能——尤其是对于高浓度氨废水流。

生物强化:

臭氧与生物活性炭（BAC）或生物过滤结合时效果很佳。它提高了溶解氧（DO）水平，并将复杂的有机氮（如尿素、蛋白质）分解成生物可用的形式，为硝化细菌如亚硝单胞菌和硝化细菌提供营养。这些微生物将氨转化为亚硝酸盐（NO₂⁻），并在缺氧条件下通过反硝化作用将其转化为硝酸盐或氮气。

高级氧化过程 (AOPs):

当与紫外线光或过氧化氢 (H₂O₂) 结合时，臭氧会生成更多的羟基自由基，加速氨的氧化。这特别适用于工业或高氨废水流。

现实世界的成功案例

臭氧的影响在各个领域都有充分的记录：

市政废水（瑞典）:

在Hammarby Sjöstadsverk进行的一项试点研究中，使用臭氧和生物活性过滤（BAF）将氨水平降低至<0.2 mg/L，并实现50%的COD去除，为城市废水提供了一种可持续的解决方案。

水产养殖（挪威）:

在海洋循环养殖系统中，臭氧投加量为10-20 mg/L，可减少总氨氮(TAN) 40-60%。通过生物过滤，效率可达到70%，保持TAN <1 mg/L，以确保很佳的鱼类健康。

医院废水（日本）:

联合臭氧-紫外线系统实现了45-60%的氨减少，将其转化为硝酸盐，同时降低需氧量——非常适合紧凑型、高风险的废水。

饮用水 (中国):

在哈尔滨，臭氧-BAC处理将氨水平从3-5 mg/L降低到低于监管限值，80-90%的去除效率确保了安全的饮用水。

在这些例子中，臭氧的表现始终优于单独的生物过程（50-60%），通常通过达到80-90%的氨去除率来实现，臭氧剂量为4-15 mg/L。

需要考虑的挑战

虽然臭氧是一种强大的工具，但其实施必须经过深思熟虑的管理：

pH 依赖性:

有效的氨氧化通常需要碱性条件 (pH 9-11)，这可能需要调整 pH 值——增加运营成本。

硝酸盐形成:

氧化可能导致硝酸盐积累，这可能需要进行脱氮处理，以防止饮用水中的高硝酸盐积累引发健康问题，如高铁血红蛋白血症。

能源消耗:

臭氧生成可能需要大量的能源 (10–15 kWh/kg O₃)，但 AOP 集成和系统优化可以降低费用。

副产物风险:

在含溴的水中，臭氧可能会生成溴酸盐——一种受监管的致癌物——需要仔细投加和监测。

实用实施技巧

优化剂量:

对于市政废水，使用5-10 mg/L；对于高氨含量的废水，使用10-20 mg/L。试点测试对于确定很佳剂量至关重要。

巧妙集成:

将臭氧与BAC、砂滤或AOPs（例如，O₃/UV，O₃/H₂O₂）结合起来，以提高性能并减少能源消耗。

根据现场条件定制:

废水化学成分不同。中试规模评估——例如氧化技术提供的评估——对于系统设计至关重要。

有效监测:

使用臭氧传感器来维持目标浓度（通常为0.2–0.4 ppm），避免过量用药，确保安全和成本效益。

性能结果可能会因废水成分和系统设计而异。强烈建议进行试点测试以确定您应用的很佳配置。