氨吹脱技术在香港填埋场渗沥液处理中的应用

摘要：渗沥液在排放之前，垃圾渗沥液中需要去除的一项主要污染物是氮。为此，通常可采用两种基本方法：第一种是生物法，在渗沥液处理中应用非常普遍；第二种是氨吹脱法。本文主要说明了香港填埋场渗沥液处理中采用的氨吹脱技术，包括设计、安装、运行中的关键问题和处理效果，并且比较了在香港四个渗沥液处理厂（Nent、 Went、Gin Drinkers Bay和Tseung Kwan O）应用中的区别。

关键词：渗沥液 氨吹脱 氨去除 氮氧化物

1 引言

在生活污水中氨的浓度大约为30mg/L，而在渗沥液中则可能达到数千mg/L。在排放之前，必须去除氨是基于以下几个原因：

①毒性  氮在废水中可以四种形态存在：有机氮，氨氮，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。有机氮和氨氮是生活污水中氮存在的主要形态。NH₃对鱼类有毒性，而NH₄⁺才无毒性。当氨浓度在2.5～25mg/L，能使鱼致死(Klien, 1972)。随鱼的种类、水温、pH和水中其他化学物质的不同，这些数值会发生变化。游离氨对鱼类有毒害作用

      NH ₃+H⁺＝NH₄⁺

    pH＝7，   仅有NH₄⁺存在，

    pH＞7，   反应向左，

    pH＝12，  仅有NH₃存在。

一般说， 水体中游离氨浓度不应大于0.02mg／L。

②氨由于硝化作用而消耗氧，会降低水中的溶解氧，导致其他水生物无法生存。

NH₄⁺+2O₂àNO₃^-+2H⁺+H₂O

氧化1mg/L的NH₄⁺-N需4.6mg/L的氧。

③氮化物是植物性营养物，会造成水中藻类异常繁殖，破坏自然环境。

④水中NO₃^--N浓度高时，婴儿饮用后有可能患变性血色蛋白症。

   去除渗沥液中的氮通常可以经过生化反应去除，去除速率通常小于1kg/(m³废水·d)。当土地有限、氨的浓度非常高时，这种方法实际上是不可行的。

2 技术

   2.1 选择吹脱的原因

   去除氨有许多其他可行的方法，表1列出了这些技术的优、缺点。

表1  氨去除工艺特点比较

从上表可以看出，折点加氯和离子交换都要求复杂的技术、较高的费用、有技术的管理人员。氨吹脱的缺点通常认为主要是需要调pH。实际上，氨离子转化为氨气受温度和pH的制约，单独提高温度就可以充分完成这个转化。

氨氮在水中通常以两种形式存在：氨离子NH4+和氨气NH3。二者符合以下关系：

氨离子转化为氨气需要投加碱。上面已经指出：当水温升高时，游离氨的含量会增加(Srinath and Loehr, 1974)。氨在气相中的比例（用f表示）可以用下式表示：

温度和pH对f的影响如下图所示。

2.2 氨吹脱

    氨吹脱包括大量的空气通过渗沥液，因此促使氨气由液相传递到气相中。很多学者详细地研究了这项技术在渗沥液处理中的应用。通常遇到的技术难题是温度问题(eg. Damhaug and Jahren, 1981)。其他学者认为氨吹脱塔需要大量的空气而使运行非常昂贵(Knox,1983)。当环境温度接近零度时，空气通过塔所产生的风冷效果也认为是一个难题(Reynolds, 1982)，通常温度会下降5～6℃。

然而，填埋场内的沼气能量可使本工艺能够运行。填埋气能够用来提高渗沥液的温度，（通常提高到65～75℃，处理1立方米渗沥液大约需要450MJ的能量，这大约相当于25m³沼气（CH₄ 50％）），因此容易去除氨，并且不会遇到早期研究者所提及的问题。温度提高不仅减少了冰冻的危险，而且会提高能够去除的氨气量。