喷射脱氨法处理钨钼冶金过程中的高浓度氨氮废水

纪宏巍，肖连生，吕建军

（中南大学 冶金科学与工程学院，湖南 长沙 410083）

氨氮（NH3-N）是植物和微生物的主要营养物质，水体中氨氮含量的增加会造成水体的富营养化，使水体发黑变臭引起水质的恶化。因此，水体中氨氮的浓度是评价水体污染程度的一个重要指标［1］。

在钨钼冶金过程中会产生大量的氨氮工业废水，其中钨冶金过程中氨氮废水浓度在20g/L以下，钼冶金过程氨浸出和结晶过程中氨氮废水浓度在30～60g/L，不能直接排放，需要经过处理后才能排放。在现行的氨氮废水处理工艺中，只有吹脱法能够比较经济的处理高浓度氨氮工业废水［2］，然后再联合其他方法进行处理，此类废水才可能达标排放。

为了提高吹脱法脱氨效率和脱氨程度，本试验在吹脱法的基础上采用了一种新的脱氨装置，进行了喷射释放脱氨试验。选择钨钼冶金过程中产生的高浓度氨氮废水为原料液，考察了喷射脱氨时间、料液温度、料液pH值和脱氨瓶内真空度等因素对氨氮脱除率的影响。试验获得了比较满意的结果。

1 实验方法

1.1 实验原理和装置

废水中的氨氮通常以铵离子（NH4+）和游离氨（NH3）的状态保持平衡而存在，平衡反应式为：NH3+H2O=NH4++OH-。在弱酸性和酸性条件下，溶液中的氨主要以NH4+离子形态存在，对应的阴离子为酸根离子（Cl-、SO42-或NO3-）。而在碱性条件下，溶液中存在OH-，pH值越高，OH-浓度越大，在较高的pH值下，溶液中的氨以NH3存在，废水中的铵离子（NH4+）转化为游离氨（NH3），脱氨法是通过空气进行吹脱夹带，将废水中的氨吹脱进入气相而除去［3］。本试验的喷射脱氨法是将转化后的碱性溶液用泵喷入脱氨瓶内，在喷嘴中喷出的溶液形成微小的液滴，在脱氨瓶内存在一定的负压条件下，氨很容易从液滴中释放至气相中，经引风进入氨回收装置。溶液中的氨可以快速脱除，溶液体积在循环以后基本保持不变。

图1 喷射脱氨实验装置

喷射脱氨过程实验装置见图1，主要由脱氨瓶（容量300mL）、增压泵、HSY-2MB型恒温水浴槽、水力喷射真空泵及真空表等组成。

1.2 原废水水质

某厂APT二次结晶母液，主要成分为NH4Cl，氨含量15.737g/L，pH值6.1。

1.3 实验方法

废水加NaOH调pH值，过滤后，取250mL滤液，用增压泵控制料液喷射流速10L/h，通过水浴恒温控制温度，采用针型调节阀和节流阀控制吹脱瓶内压强。考察在不同的温度、pH值、废液循环脱氨时间以及脱氨瓶内真空度条件下的脱氨效果。

1.4 分析方法

氨氮：纳氏试剂比色法；pH值：玻璃电极法。

1.5 数据处理

依据下式计算脱氨率：

2 实验结果

2.1 pH值对脱氨率的影响

取适量废水，用NaOH将废水的pH值分别调到11、12、12.5，过滤后各取250mL滤液，在60℃水浴恒温，料液喷射流速10L/h，脱氨瓶内真空度0.001 8MPa，脱氨80min，第40min开始取样分析溶液中氨氮浓度，10min一次，结果如图2所示。

图2 不同pH值对脱氨效果的影响

由图2可知，脱氨率随pH值的增大而提高，因为pH值增大，反应向生成游离氨的方向进行得越彻底，液体中游离氨浓度增大，提高了脱氨率。到70min后，pH=12和pH=12.5的脱氨效果越来越接近，因为游离氨数量已经不多。

取40mL废水，加NaOH调pH值，考察从pH=10到pH=12.5的耗碱量，结果如图3所示。

由图3可知，pH值从10到11的耗碱量较大，从11到12的耗碱量很小，但是从12调到12.5时耗碱量陡增，而根据图2的结果，当脱氨到80min后，溶液pH=12与pH=12.5的脱氨率接近。考虑到脱氨成本，以及pH值与对脱氨率的影响，确定实验过程废水pH调到12。

图3 40mL废水调pH值所用NaOH用量

2.2 真空度对脱氨率的影响

取适量废水，用NaOH将废水的pH值调到12，过滤后取250mL滤液，在50℃水浴恒温，料液喷射流速10L/h，通过调节针型调节阀的开闭程度控制脱氨瓶内真空度分别为0.001 1MPa、0.001 5MPa、0.001 8MPa，以及常压对比试验，脱氨70min，第30min开始取样分析溶液中氨氮浓度，10min一次，结果如图4所示。

图4 真空度对脱氨率的影响

由结果可知，脱氨瓶内真空度对脱氨率影响较小，控制较高的真空度，脱氨效率虽有所提高，但是真空度增大时，脱氨瓶内溶液会被真空泵抽出。所以，本实验确定实验过程中脱氨瓶内压力为0.0018MPa已可获得良好的脱氨效果。

2.3 温度对脱氨率的影响

取适量废水，用NaOH将废水的pH值调到12，过滤后取250mL滤液，控制原料液不同的温度，料液喷射流速10L/h，控制脱氨瓶内真空度为0.0018MPa，脱氨70min，第40min开始取样分析溶液中氨氮浓度，10min一次，结果如图5所示。

从图5可知，温度越高，脱氨率越高，这是因为温度升高时，游离氨在液体中的溶解度下降，有利于氨从液相向气相传递，提高了脱氨率。但是到60min后，脱氨效果接近。从综合能耗考虑，确定实验温度为60℃。

图5 温度对脱氨率的影响

2.4 溶液循环时间对脱氨率的影响

综合以上确定的最佳实验条件，进行连续循环喷射脱氨实验，取适量废水，用NaOH将废水的pH值调到12，过滤后取250mL滤液，料液喷射流速10L/h，脱氨瓶内真空度为0.001 8MPa，水浴恒温60℃，脱氨100min，第40min开始取样分析溶液中氨氮浓度，10min一次，结果如图6所示。

图6 连续脱氨实验

由实验结果可知，吹脱到80min后脱氨率趋于平缓，80min时氨氮浓度约为200mg/L，继续脱氨会消耗大量的动能。含200mg/L氨氮的废水为低浓度的氨氮废水，可以用化学沉淀法［4］、折点氯化法、离子交换法、生物法等［5］进一步处理废水，达标后排放。

3 结论

对氨氮质量浓度为15.737g/L的APT二次结晶母液，在自制的脱氨装置中进行脱氨实验，在废水流量10L/h，pH值为12，脱氨瓶内真空度0.0018MPa，温度60℃，循环喷射脱氨80min的条件下，可以将废水中氨氮浓度脱除至200mg/L，脱氨率达98.7％。

此试验还未考虑脱氨能耗等工业指标，有待在较大的设备中进行工业试验才能确定。

［1］姚丽华，陈树茂，杨 红.钨冶炼离子交换工艺废水的治理［J］.湖南有色金属，2007，23（1）：42-44.

［2］王莉萍，曹国平，周小虹.氨氮废水处理技术研究进展［J］.化学推进剂与高分子材料，2009，7（3）：26-32.

［3］袁 捷，杨 宁，周艳军.吹脱法处理高浓度氨氮废水的研究［J］.化学工业与工程技术，2009，30（4）：55-57.

［4］马倩玲，林星杰，肖沃辉.化学沉淀法处理含氨氮废水的研究［J］.矿业，2008，17（4）：71-74.

［5］何 岩，赵由才，周恭明.高浓度氨氮废水脱氮技术研究进展［J］.工业水处理，2008，28（1）：1-4.