章佳 蔣立英

(浙江環(huán)境監(jiān)測工程有限公司 浙江杭州 310015)

氨氮廢水處理技術及進展研究

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(浙江環(huán)境監(jiān)測工程有限公司 浙江杭州 310015)

氨氮是生活中較為常見的水體污染物，不僅對環(huán)境遭成巨大的破壞，其中蘊含的化學物質(zhì)還會毒害動植物，嚴重影響到人們的生活環(huán)境，如何對氨氮廢水進行處理，使之符合環(huán)境要求是目前需要重點關注的問題。本文的重點內(nèi)容便是從氨氮的廢水處理出發(fā)，分析了目前處理工作現(xiàn)狀，并分析了幾種重要的處理技術：空氣吹脫法、離子交換法、化學沉淀法及蒸發(fā)濃縮結(jié)晶法。

氨氮廢水；技術；進展

1 引言

氨氮，主要是指水中以氨離子和游離氨形式而存在的氮，它主要來源于動物排泄物和化學工業(yè)等的生產(chǎn)過程，使水富含營養(yǎng)素而導致水體的富營養(yǎng)化，是一種高耗氧污染物，會對水中的魚類等水生生物的生存產(chǎn)生影響。含氨氮成分過高的廢水在處理利用時比較困難。在硝化細菌的作用下，氨氧化后會形成亞硝酸鹽和硝酸鹽，亞硝酸鹽的水解產(chǎn)物亞硝胺覺能夠致癌，抵抗力較差的生物在飲用了含有硝酸鹽的水后容易患高鐵血紅蛋白癥等疾病，嚴重威脅到環(huán)境和社會發(fā)展。

2 處理現(xiàn)狀

人們在近半個世紀以來對氨氮廢水的處理上做了大量工作，嘗試了多種方法和技術，比如化學法、物理法、生物法、人工濕地法、離子交換法，這幾種方法有時也可以互相結(jié)合，目前較成熟的技術是利用汽液傳質(zhì)的傳統(tǒng)方法將氨氮分離出來以實現(xiàn)廢水的利用。國際上也非常重視氨氮廢水的處理，方法比較多，涉及到生物法和物化法等處理工藝，比如，生物法有藻類養(yǎng)殖和硝化，物理方法有土壤灌溉、蒸餾、反滲透、氨吹法等，化學方法主要有化學沉淀法、催化裂解、折點氯化、電化學處理、離子交換法等。氨氮廢水處理工作的重點是脫氨氮處理工作，使處理后的廢水符合環(huán)境要求，并取得一定的經(jīng)濟效益。

3 處理技術

3.1 理論依據(jù)

在水中氨氮的游離氨和氨離子的狀態(tài)保持相對平衡。在高溫和水質(zhì)呈堿性的狀態(tài)下，廢水中的氨氮主要變現(xiàn)為游離氨的形態(tài)，將高溫水蒸汽或氣體導入氨氮廢水中，經(jīng)過充分的氣液傳質(zhì)后，溶解于水中的游離氨會穿過氣液界面轉(zhuǎn)移到氣相，實現(xiàn)氨氮的脫除。化肥工業(yè)的廢水中含有大量的氨氮，其中包含有大量的二氧化碳，并形成了一個復雜的體系，既有氣液平衡問題，又存在化學反應。在氣液相平衡的狀態(tài)下，通過關聯(lián)相應的數(shù)據(jù)和給定的進料濃度和操作，結(jié)合計算機程序，便能計算出氨氮脫除所需要的理論板數(shù)，從而選擇最適宜的操作條件。

3.2 廢水處理技術及進展

3.2.1 吹脫法

吹脫法技術的依據(jù)是隨著水pH值的升高，游離氨的含量不斷增加，當pH值到達11時，水中的幾乎全部氨氮都會以游離氨的形式而存在，能夠除去98%以上的氨氮。吹脫法包含蒸汽吹脫法和空氣吹脫法兩種形式，首先調(diào)節(jié)廢水的pH值達到合理的堿性，向填料塔中通入一定的蒸汽或空氣，借助于氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫到蒸汽或空氣中，并將液相的氨氮轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嘈螒B(tài)。影響吹脫效率的因素很多，比如pH值、溫度、吹脫時間及氣液比等，其中，溫度和pH值在處理過程中的作用比較大，增加兩者的值能夠有效提高吹脫率。低濃度的氨氮廢水在進行吹脫時通常在常溫條件下進行，而高濃度的氨氮廢水，比如煉鋼、化肥、有色金屬冶煉、石油化工、有機化工等產(chǎn)生的廢水，須采用蒸汽吹脫法，要求提高廢水的溫度和pH值，提高吹脫氨的比例。蒸汽吹脫法需要借助蒸汽鍋爐，能量消耗大且維護困難，所以在實際運行中經(jīng)常采用操作簡單的空氣吹脫法。近年來超聲波技術得到了大量的應用，空氣吹脫與超聲波技術相結(jié)合，超聲波在水中會發(fā)生空化，使水分子產(chǎn)生擴張和交替壓縮而產(chǎn)生空化氣泡，增強了NH3的傳質(zhì)和揮發(fā)，提高了從液相到氣相的轉(zhuǎn)化率，能夠去除99%以上的氨氮，超聲波吹脫法受超聲時間、功率和溫度的影響。

3.2.2 離子交換法

該技術的原理是，溶液中的同性離子NH4+與離子交換劑中的可交換離子發(fā)生交換反應，NH4+被吸附到不溶性離子化合物的表面從而實現(xiàn)氨氮的脫除。不溶性離子化合物具有總比表面積大和選擇性吸附能力強的的特點。氨氮廢水處理中沸石、活性炭和膨潤土經(jīng)常被用作離子交換劑，目前正在實驗合成樹脂的效果。

沸石是一種硅鋁酸鹽，在它的三維空間結(jié)構中富含規(guī)則的空穴和孔道結(jié)構，具有篩分效應，形穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和交換吸附選擇性等性能較好。天然沸石具有很多種類，去除氨氮時主要應用斜發(fā)沸石，斜發(fā)沸石對陽離子的交換選擇次序用下面公式表示：K＞NH4+＞Na+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+，斜發(fā)沸石對NH4+的選擇性很強，采用交換吸附工藝能夠有效去除氨氮，使用過的沸石可供重復使用。沸石的除氨效果受溶液的pH值的影響，pH值過高時，NH4+會轉(zhuǎn)化為NH3，此時的吸附作用會降低；若pH值過低，H+的競爭作用加強，會影響到NH4+的去除效果，最適宜的pH值在6～8之間。

3.2.3 化學沉淀法

這種方法是較為常見的一種氨氮廢水處理方法，在廢水中加入某種化學藥劑并與廢水中的溶解性污染物質(zhì)發(fā)生化學反應產(chǎn)生化學沉淀，形成的沉淀物質(zhì)是一種難溶性的鹽，會有效降低廢水的濃度。較為常用的方法是鳥糞石沉淀法，將含有PO43和Mg2+的藥劑加入廢水中，與廢水中的NH4+發(fā)生化學反應并產(chǎn)生MgNH4PO4·6H20，從而去除氨氮。實驗表明，不同的操作條件會極大的影響到氨氮去除率，比如，廢水的pH值在8.5～9.5之間，此時將藥劑Mg2+∶NH4+∶PO43-以1.4∶1∶0.8的比例投入廢水中，能夠去除99%的氨氮，此時氨氮出水質(zhì)量濃度能夠降到15mg/L。

化學方法工藝簡單，除氨效率高，得出的沉淀物經(jīng)過簡單加工后能夠形成性能優(yōu)良的復合肥料。但是投放的化學藥劑需要大量的鎂鹽和磷酸鹽，價格高，產(chǎn)生的沉淀磷酸銨鎂經(jīng)濟價值低，與投入不成比例?；瘜W除氨一直停留在實驗研究層面，在實際處理氨氮廢水時使用很少，推廣困難。

3.2.4 蒸發(fā)濃縮結(jié)晶法

這種結(jié)晶方法能夠去除一部分溶劑，在對溶劑進行加壓、常壓或減壓的條件下進行加熱蒸發(fā)，濃縮后達到過飽和狀態(tài)，蒸發(fā)法結(jié)晶需要消耗大量的熱能，加熱面容易結(jié)垢，操作起來比較困難，只適用于具有逆溶解度的物系和溶解度受溫度影響小的物系。在操作時為了節(jié)約熱能，通常的做法是通過多個蒸發(fā)結(jié)晶器進行多效蒸發(fā)，降低操作壓力，以便重復利用熱能。蒸發(fā)結(jié)晶器在減壓的狀態(tài)下也可以操作，被稱作減壓蒸發(fā)式結(jié)晶器，但是真空度較低。該操作是為了增加傳熱溫差，通過利用多能階的熱能形成多效蒸發(fā)裝置。蒸發(fā)結(jié)晶器在實際操作中通常會形成溶質(zhì)結(jié)成晶垢，阻礙傳熱，影響操作，此時需要向溶質(zhì)結(jié)成晶垢中加入一定溶劑，溶解并去除晶垢，清理周期最短為24h。

向廢水中加入某些物質(zhì)降低溶質(zhì)的溶解度也能夠產(chǎn)生過飽和，加入的物質(zhì)的既可以是液體或氣體，也可以是固體，通常被稱為沉淀劑或稀釋劑。沉淀劑必須能夠溶解于原溶液中的溶劑，同時不溶解被結(jié)晶物質(zhì)，若有必要沉淀劑和溶劑的混合物須能夠分離。沉淀劑經(jīng)常使用NaCl，也被稱作鹽析法。比如在聯(lián)合制堿法中，在溫度較低的NH4Cl的母液中加入適量的NaCl，通過共同離子效應使母液中的NH4Cl盡可能的結(jié)晶。

4 結(jié)語

對氨氮廢水處理技術的要求是經(jīng)濟、實用、高效、穩(wěn)定等，經(jīng)過幾年的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了很多的新工藝，氨氮廢水處理行業(yè)前景廣闊，為企業(yè)提供了更多的選擇，企業(yè)必須秉承可持續(xù)發(fā)展的原則，注意保護環(huán)境，但是也應注意到，氨氮廢水處理過程中依然存在很多問題，必須引起重視。

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