聯(lián)堿工業(yè)高濃度氨氮廢水電滲析處理技術(shù)研究

田原 鐘振宇 鄒冬生 秦普豐 付廣義

摘要 采用自來水對電滲析工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗，研究電滲析工藝處理聯(lián)堿工業(yè)高濃度氨氮廢水。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓為50 V、進(jìn)水流量為25 L/h時，水樣中導(dǎo)電率達(dá)到最佳；高濃度氨氮廢水進(jìn)水電導(dǎo)率為2 980 μs/cm，氨氮濃度為 648.23 mg/L ；出水室濃水和淡水各占總出水的14%和86%，濃水和淡水的電導(dǎo)率分別為 15 000.0和12.1 μs/cm；氨氮含量分別為3 400.0和11.5 mg/L 。

關(guān)鍵詞 高濃度氨氮廢水；廢水處理；電滲析；聯(lián)堿工業(yè)

中圖分類號 S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05193-02

氨氮是導(dǎo)致廢水富營養(yǎng)化的主要原因，容易引起水中藻類及其他微生物大量繁殖，從而導(dǎo)致水中的溶解氧下降，嚴(yán)重時會引起湖泊的干枯滅亡。高濃度氨氮廢水是指水中氨氮含量>500 mg/L的廢水，主要來源于石油化工、有色金屬冶煉、化肥、味精、肉類加工和養(yǎng)殖等行業(yè)生產(chǎn)排放的廢水以及垃圾滲液等。廢水中含有大量的酚類、芳香族化合物、堿和重金屬等物質(zhì)，具有成分復(fù)雜、毒性強(qiáng)、可生化性差、難以被微生物降解等特點(diǎn)，因此處理這類廢水難度較大[1-2]。隨著水體富營養(yǎng)化問題的日益嚴(yán)重以及人們對氨氮對水體危害的認(rèn)識的深入，提供經(jīng)濟(jì)高效的處理技術(shù)去除廢水中的氨氮已成為處理高濃度氨氮廢水凾待解決的問題之一[3]。電滲析以電能為驅(qū)動力，使離子氨定向遷移，同時通過交替安置的陰、陽離子交換膜實現(xiàn)離子的富集，從而達(dá)到收集濃縮氨水的目的。電滲析處理氨氮廢水效果好，設(shè)備調(diào)試靈活，可回收氨，無二次污染[4]。該試驗對高濃度氨氮廢水采取電滲析法進(jìn)行研究，分析聯(lián)堿高濃度氨氮廢水成分，篩選合適的離子膜。

1 材料與方法

1.1 電滲析原理、流程圖

1.1.1 電滲析裝置原理。 電滲析裝置由機(jī)板、陰、陽離子交換膜和隔板組成。通過直流電場的作用，陰離子向陽極方向遷移，穿過陰離子膜，進(jìn)入濃水室，進(jìn)一步向陽極方向移動，碰到陽離子膜而被擋在濃水室；而陽離子向陰極方向遷移，由淡水室進(jìn)入濃水室，同樣受到陰離子膜的阻擋，這樣陰、陽離子同時富集于濃水室，由進(jìn)入濃水室中的濃水帶出，于是進(jìn)入電滲析器的廢水中的陰、陽離子就被脫除[5]。

1.1.2 電滲析試驗流程圖。試驗對高濃度氨氮廢水采取電滲析法進(jìn)行研究，分析聯(lián)堿高濃度氨氮廢水成分，篩選合適的離子膜。電滲析以電能為驅(qū)動力，使離子氨定向遷移，同時通過交替安置的陰、陽離子交換膜實現(xiàn)離子的富集，從而達(dá)到收集濃縮氨水的目的。具體研究的技術(shù)路線圖如圖1所示。

1.2 試驗材料和方法

1.2.1 試驗材料。以株洲某化肥廠收集所得高濃度氨氮廢水為試驗對象，通過檢測分析，發(fā)現(xiàn)其水質(zhì)的電導(dǎo)率為2 980 μs/cm，pH為9.2呈堿性，氨氮濃度為648.23 mg/L，揮發(fā)酚含量0.24 g/L，懸浮物含量110.7 mg/L，COD含量57.13 mg/L，色度為4，硫化物含量0.623 mg/L。

1.2.2 試驗方法。

1.2.2.1 氨氮廢水預(yù)處理。在每15 L采集水樣中加入150 ml 10%的硫酸鋅溶液和15～20 ml 25%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至10.5左右，攪拌搖勻，放置使沉淀，經(jīng)過濾后進(jìn)行電滲析處理。

1.2.2.2 試驗參數(shù)。對電滲析器要經(jīng)過一段時間的調(diào)試才能制定出最佳運(yùn)行參數(shù)，這對實現(xiàn)穩(wěn)定和長周期運(yùn)行關(guān)系很大。需要確定的參數(shù)主要有：①流速和壓力。電滲析器有一定的額定流量，不能過大或過小。過大，使進(jìn)水壓力過高，會發(fā)生裝置的泄漏和變形；過小，懸浮物會黏附于電滲析器中，造成水流壓力上升，雷諾數(shù)減小，鹽脫率下降，造成水流死角和局部極化結(jié)垢。因此水流過管的線速度控制在50～200 mm/s。②電流和電壓。工作電流應(yīng)低于極限電流。工作電流過高，有利于提高設(shè)備效率；工作電流過低，有利于防止極化。一般控制工作電流為極限電流的90%。③pH。通過對水樣pH的測定，同時對水樣的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，確定電滲析中pH控制量。④淡液水質(zhì)。檢測水樣中的淡液水體質(zhì)量，為進(jìn)一步吸附處理提供有效數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 運(yùn)行參數(shù)確定 試驗以自來水為測試對象，在電壓50 V、控制自來水進(jìn)水流量10～35 L/h時，對淡水室出水的電導(dǎo)率進(jìn)行測定。由圖2a可知，當(dāng)進(jìn)水流量<25 L/h時，電導(dǎo)率變化并不明顯且值較低，說明出水水質(zhì)最好；當(dāng)進(jìn)水流量>25 L/h時，電導(dǎo)率值隨著進(jìn)水流量的增加而逐漸變大，說明出水水質(zhì)變差，考慮到綜合因數(shù)影響，當(dāng)進(jìn)水流量達(dá) 25 L/h效果為最佳，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)淡水出水電導(dǎo)率為 6.92 μs/cm。

保持自來水的進(jìn)水流量為25 L/h，控制電滲析裝置電壓10～70 V，對淡水室出水的電導(dǎo)率進(jìn)行測定。由圖2b可見，淡水室出水的電導(dǎo)率與電壓成反比變化，當(dāng)電壓低于 50 V時，淡水出水電導(dǎo)率達(dá)最小值，為7.03 μs/cm；而后隨著電壓的提高，淡水室出水的電導(dǎo)率變化不再明顯。由此可得出電滲析裝置的最佳工藝參數(shù)電滲電壓50 V、進(jìn)水流量為 25 L/h。

2.2 實際氨氮廢水的處理 將株洲某化肥廠收集高濃度氨氮廢水經(jīng)過預(yù)處理，放入控制電壓50 V、進(jìn)水流量為25 L/h的電滲析裝置。經(jīng)過處理出水分為淡水及濃水，檢測得知濃水出水占總出水的14%，淡水出水占總出水的86%，其中濃水出水氨氮含量3 400.0 mg/L，其電導(dǎo)率為15 000.0 μs/cm；淡水出水的氨氮含量為11.5 mg/L，其電導(dǎo)率為12.1 μs/cm。對比分析試驗出水水質(zhì)與排放標(biāo)準(zhǔn)（表1）發(fā)現(xiàn)，高濃度氨氮廢水經(jīng)電滲析裝置處理后，不僅可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且還可以滿足回用要求，其去除率達(dá) 97%以上[6]。

3 結(jié)論

（1）通過試驗得知，當(dāng)試驗所用電滲析設(shè)備調(diào)試參數(shù)電壓為50 V、進(jìn)水流量為25 L/h時，水樣中導(dǎo)電率達(dá)到最佳。

（2）采用該設(shè)備對進(jìn)水電導(dǎo)率為2 980 μs/cm、氨氮濃度為648.23 mg/L高濃度氨氮廢水進(jìn)行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該設(shè)備出水室濃水和淡水各占總出水的14%和86%，濃水和淡水的電導(dǎo)率分別為15 000.0和12.1 μs/cm，氨氮含量分別為3 400.0和11.5 mg/L 。

（3）試驗表明合理設(shè)計電滲析裝置和正確選擇電滲析材料可以有效處理高濃度氨氮廢水。電滲析法處理氨氮廢水不僅可使出水水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，且出水可以回用，同時處理后廢水中的氨氮可重復(fù)利用。

參考文獻(xiàn)

[1] 周彤.污水的零費(fèi)用脫氮 [J].給水排水，2000，26（2）：37-40.

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[3] 許國強(qiáng)，曾光明.氨氮廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].湖南有色金屬，2002，26（2）：37-40.

[4] 凌云.酵 母菌-光合 細(xì)菌連用處理皂素廢水的實驗研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，15（1）：109-112.

[5] 鐘理，譚春偉.高濃度氨氮廢水處理技術(shù)[J].北京工商大學(xué)學(xué)報，2004，22（2）：5-8.

[6] 國家環(huán)境保護(hù)總局.合成氨工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn).GB 13458-2001[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001.