高濃度氨氮廢水強制節(jié)流吹氨試驗研究

徐 勇，孟思明

(中國能源建設(shè)集團湖南省電力設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410007)

0 引言

高濃度氨氮廢水廣泛存在于垃圾滲濾液、石化、化工、有色冶金等行業(yè)的廢水中[1-2]，其中有些廢水的氨氮濃度會超過1000mg/L[3-4]，部分養(yǎng)殖廢水氨氮濃度高達2000mg/L[2,5]，垃圾滲濾液中氨氮濃度2500～3000mg/L[6-8]，在某些行業(yè)部分生產(chǎn)單元產(chǎn)生的廢水氨氮濃度會高達5000mg/L[3]，有的甚至還會超過10000mg/L[9]。高濃度氨氮廢水的處理已經(jīng)成為我國環(huán)境保護亟待解決的問題之一。

吹脫法脫除水中氨氮是高濃度氨氮廢水處理的較好方法之一，是利用NH4+和NH3之間的動態(tài)平衡關(guān)系，通過調(diào)節(jié)廢水pH使處于堿性環(huán)境中，此時氨氮主要是以游離氨的形態(tài)存在于液相中，再將氣體通入水中，使氣液相互充分接觸，水中溶解的游離氨會透出氣液界面，從液相逃逸至氣相，從而達到去除氨氮的目的，研發(fā)高效低耗的氨氮吹脫技術(shù)對高濃度氨氮廢水處理有很重要的意義。

1 試驗部分

1.1 廢水來源與水質(zhì)

試驗采用的高濃度氨氮廢水來自湖南某企業(yè)，廢水的水質(zhì)分析結(jié)果見表1。該廢水由于受工藝條件影響，水質(zhì)波動比較大。

1.2 試驗方法

本試驗采用強制節(jié)流吹脫廢水中氨氮，氣體高速通過帶有喉管的吹氨器，待處理的廢水由泵加壓噴入吹氨器喉管前與氣流混合，氣液混合后的流體經(jīng)過喉管，在節(jié)流產(chǎn)生的空化作用下水中氨氮從液相析出，實現(xiàn)氨氮吹脫，含氨廢氣經(jīng)風(fēng)機送鼓泡床吸氨器，用酸液對氨氣進行吸收。強制節(jié)流吹氨試驗流程如圖1所示。

本試驗主要研究了pH值、溫度、吹脫時間和氣液比對吹脫法處理高濃度氨氮廢水的影響。采用納氏試劑分光光度法測試吹脫前、后廢水中NH3-N的質(zhì)量濃度，從計算出氨氮吹脫率，分析不同因素對吹脫法處理高濃度氨氮廢水的影響。為工業(yè)處理高濃度氨氮廢水分析得出最佳工藝條件。

表1 廢水水質(zhì)分析

項目測定值pH值7.5～9.0水溫/℃40～60CODcr/mg·L-18000～11000色度(倍)500～1000礦物油/mg·L-1200～300NH3-N/mg·L-12500～5200

圖1 強制節(jié)流吹氨試驗流程示意

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對氨氮吹脫效率的影響

調(diào)節(jié)廢水pH值分別為9.0、9.5、10.0、10.5、11.0、11.5、12.0，吹脫溫度為室溫，廢水流量6L/h，空氣流量為3m3/h，即氣液比為2000∶1，吹脫時間為2h，測定不同溫度值條件下吹脫前、后廢水的氨氮濃度，考察廢水pH值對氨氮吹脫效率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH值對氨氮吹脫效率的影響

從圖2可以看出，吹脫效率隨著廢水值的升高不斷加快，當(dāng)pH值從9.0升高到11.0時，氨氮吹脫效率隨pH的上升幾乎呈直線提高，吹脫效率從63.2%提升到93.3%，當(dāng)pH值大于11.0以后，曲線趨于平緩。

廢水中的鹽屬于強酸弱堿鹽，提高pH會破壞原有的電離平衡，其他條件穩(wěn)定不變的前提下，隨著廢水pH值的增大平衡會向右邊移動，液相中的氨氮大多數(shù)會以游離氨的形態(tài)存在，氨氮吹脫效果就會越好。當(dāng)pH值大于11后，污水中的氨氮大約能達到90%以上，此時再提高pH只能增加少量的游離氨，對吹脫效率影響不大，所以曲線趨于平緩。綜合成本因素，在實際工業(yè)生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)pH值為11左右為最佳。

2.2 廢水溫度對氨氮吹脫效率的影響

調(diào)節(jié)吹脫溫度分別為20、30、40、50和60，廢水pH值為11，吹脫時間為2h，廢水流量為6L/h，空氣流量為3m3/h，即氣液比為2000∶1，測定不同溫度值條件下吹脫前、后廢水的氨氮濃度，從而考察廢水溫度對氨氮吹脫效率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 廢水溫度對氨氮吹脫效率的影響

從圖3可知，廢水的氨氮濃度隨溫度的升高而下降，氨氮的脫除率也隨溫度的升高而持續(xù)升高。吹脫效率從20℃到40℃上升坡度最大，從63.20%升高到89.55%，當(dāng)溫度超過40℃趨于平緩。

隨著溫度的升高，游離氨的含量在不斷增大，分子擴散速率快，傳質(zhì)系數(shù)增大；另外，在一定壓力下，溫度升高使氨的平衡分壓增加，降低了氨在廢水中的溶解度。

2.3 吹脫時間對氨氮吹脫效率的影響

調(diào)節(jié)吹脫時間分別為0.5、1、1.5、2、2.、3、3.5和4h，廢水pH值為11，吹脫溫度為40℃，廢水流量為6L/h，空氣流量為3m3/h，即氣液比為2000∶1，測定不同吹脫時間條件下吹脫前、后廢水的氨氮濃度，考察廢水吹脫時間對氨氮吹脫效率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 吹脫時間對氨氮吹脫效率的影響

從圖4可知，廢水氨氮濃度隨吹脫時間的增加而下降，氨氮的脫除率也隨時間的增加而持續(xù)升高。吹脫效率從0.5h到2h上升坡度最大，從61.40%升高到93.37%，當(dāng)時間超過2h趨于平緩。

隨著時間的延長氨氮的脫除效果就不再隨時間有很明顯變化，因為廢水中的氨氮含量已經(jīng)很低，此時要想使NH4+轉(zhuǎn)換為NH3，需要更高的條件，比如加溫加壓或者增大堿度，但是這顯然會增加吹脫的成本，當(dāng)氨氮含量降到200～400mg/L的時候，還可以為后期生化處理提供一定的氮源，所以綜合考慮，選擇吹脫時間為2h。

2.4 氣液比對氨氮吹脫效率的影響

調(diào)節(jié)氣液比分別為0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5h和4h，廢水pH值為11，吹脫溫度為40℃，廢水流量為5L/h，空氣流量為2.5m3/h，即氣液比為2000∶1，測定不同吹脫時間條件下吹脫前、后廢水的氨氮濃度，考察廢水吹脫時間對氨氮吹脫效率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 氣液比對氨氮吹脫效率的影響

從圖5可知，廢水氨氮濃度隨氣液比的增大而下降，氨氮的脫除率也隨氣液比的增大而持續(xù)升高。氣液體積比為500∶1到2000∶1時，氨氮在氣液界面能達到平衡，吹脫效率與氣液體積比近似成為線性關(guān)系，從55.34%升高到94.98%，當(dāng)氣液比超過2000∶1，吹脫過程中單位吹脫效率提高較為平緩，主要由于氣液在高度湍流情況下，氣液兩相很難達到平衡。綜合動力消耗和吹脫效率兩方面考慮，氣液比控制為2000∶1最佳。

3 結(jié)語

強制節(jié)流吹氨法可以用于高濃度氨氮廢水預(yù)處理，pH值為11，溫度為40℃，吹脫時間為2h，氣液比為2000∶1為較優(yōu)條件，在此工況條件下，氨氮吹脫率高達85.152%～97.375%。