高浓度氨氮工业废水吹脱试验研究

何延青 潘明强

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.张家口市环保局环境监测站,河北 张家口 075000)

高浓度氨氮工业废水吹脱试验研究

何延青1潘明强2

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000；2.张家口市环保局环境监测站,河北 张家口 075000)

在分析空气吹脱基本原理的基础上，通过试验分析了吹脱法预处理高浓度氨氮工业废水的处理效果及其影响因素，并探寻了吹脱工艺的最佳运行参数.

高浓度;氨氮废水;吹脱

0 引 言

氨氮具有很高的耗氧量，对水生生物具有毒性，同时也是引起水体富营养化的主要因素.进入水体的氨氮来源是多方面的，其中人类活动造成的氨氮来源主要有工业废水、生活污水、面源性的农业污染等.而氨氮工业废水处理一直是污水处理的难点[1].因为不同类的工业废水中氨氮浓度千变万化，即使同类工业不同的废水中氨氮浓度也各不相同.氨氮处理技术的选择与氨氮浓度密切相关，同时还取决于废水性质以及要求达到的处理效果和经济性[2].尽管氨氮的去除方法有多种，有时还可以采取多种技术联合处理，但还没有一种方案能够高效、经济、稳定地处理氨氮废水.所以，寻求操作简便、处理稳定高效、运行费用低廉，同时考虑实现氨氮回收利用的氨氮工业废水处理技术具有重要意义[3].

1 试验废水的来源以及水质分析

试验用水来源于某化工厂，该厂是一家中型民营化工企业.该厂ADC发泡剂(即偶氮二甲酰胺)已形成年产万吨的生产能力，是一种颇具发展前景的产品.该厂ADC的生产采用尿素法.以尿素、氯、烧碱为起始原料，先制备水合肼，用所制得水合肼与尿素在硫酸作用下缩合生成联二脲，再用氯气氧化得ADC发泡剂，经洗涤、离心、干燥后得到成品.在ADC生产过程中有两种工业废水产生；一种是缩合废水，一种是尾气洗涤废水.生产废水来源如图1所示，有机合成线共有2个排水口，无机生产线有1个排水口.

图1 生产废水来源示意图

各排水口水质指标见表1：

表1 排水口水质指标

不同的排水口废水水质量不同.1号线废水COD为6537.91 mg/L，氨氮含量为18000 mg/L，严重超标；2号排放口的COD为94.15 mg/L、氨氮含量为45 mg/L基本达标；3号排放口的COD为616.27 mg/L、氨氮含量为285 mg/L，有一定超标.根据水质状况，我们研究认为应该对于不同排放口采取不同的处理工艺.1号排水口的废水首先进行一级吹脱，吹脱后的腹水在于2号废水混合，然后进行二级吹脱，处理后的混合废水于3号废水混合，最后进行生物处理.出厂水达到当地环保部门提出的治理标准《污水综合排放标准》中新建项目二级标准.

2 吹脱试验机理研究

2.1 氨氮的吹脱机理

调节污水pH值，将污水中NH4+转化为游离氨，然后通入蒸汽或空气进行汽提，将污水中氨转入气相，从水中除去.吹脱是使水作为不连续相与空气接触，利用水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异，使氨氮转移至气相而去除.在吹脱过程中pH，水温，水力负荷及气水比对吹脱效果有较大影响，一般来说pH值要提高到10.8～11.5，水温不低10度，水力负荷为2.5～5 m3/m2·h.气水比为2500～5000 m3/m3.吹脱法除氨去除率可达60～95%，流程效果稳定，但水温低的吹脱效率低.氨氮主要以氨离子和游离氨形式存在，并在水中保持平衡.当提高水的pH值、温度时，就可以加以搅拌、曝气等物理作用使氨气从水中向大气转移，达到去除氨氮的目的.

根据物质传递、解析原理，NH3的挥发性系数为13，远远大于1，非常适宜吹脱法去除.吹脱是一个传质过程，即在高pH值时使废水与空气密切接触从而降低腹水中氨浓度的过程，其推动力是废水中NH3的实际与平衡浓度之差[4].回收利用的氨部分抵消了产生蒸汽的高费用，其抵消程度取决于废水中氨的浓度，试验中用恒温箱调节反应器的温度代替蒸汽吹脱.

根据排水口的水质指标，本设计采用两级吹脱，其中乙级用蒸汽吹脱，保持塔内高温，保证高浓度NH3-N脱除效果以回收液氨；二级则用空气吹脱，使塔内温度降低，利于后续生化处理.

2.2 氨氮的吸收机理

吸收是利用适当的液体吸收气体混合物中的有效组分，以达到分离的目的.吸收可分为为物理吸收和化学吸收两类.物理吸收时，吸收组分仅溶解在吸收剂中，并不与吸收剂发生化学反应，物理吸收所能达到的最大程度取决于在吸收条件下气体在液体中的平衡溶解度，吸收的速率则主要取决于组分从气相庄毅到液相的扩散速率.如果吸收过程中组分与吸收剂还发生化学反应，这种吸收就叫做化学吸收.在化学吸收过程中，吸收的速率处于扩散徐律有关外，还与化学反应的速率有关，而吸收的极限同时取决于气液相的平衡关系和其化学反应的平衡关系.因此化学吸收的机理较物理吸收复杂，并且因反映系统的情况不同而有差异.

本研究将吹脱出来的氨氮气体用H2SO4水溶液吸收，使其生成(NH4)2SO4.用稀释液吸收NH3，属于化学吸收，吸收的限度主要取决于吸收液体中H+浓度.吸收速率与NH3向溶液中传质速率有关，而且同NH3与反映的速率有关.吸收过程中，氨氮气体的传质是由气体相转向液相，传质规律同样符合双膜理论模型，由于氨氮气体易溶于水，因此液膜阻力可以忽略，其传质阻力主要在于气膜.从而氨氮气的吸收较解析更容易进行.

3 试验及其结果分析

3.1 试验装置与试验过程

试验装置为自制.如图2所示，吹脱用空气由电磁式空气压缩泵提供，用LZB型玻璃转子流量计来计量曝气强度，温度通过电热恒温水浴锅来调节.

试验过程如下：

(1)pH值的调节.取试验用水，加入一定量的氢氧化钠，调节pH值，储存于高位水箱待后续试验使用.

(2)启动空气泵，调节流量计，按着需要进行吹汽，同事记录吹脱时间.

(3)确定吹脱过程中影响因素的显著性.主要考虑温度(恒温水浴控制)、时间、气量(转子流量计控制)以及浓度的影响，采用正交试验分析.以去除率作为整个试验的控制指标.

(4)确定单因素的最佳参数值；在其他因素确定后，分别改变单一因素，如温度气量、时间的值，并测定各单一因素值改变后引起的去除率的变化.

图2 试验装置示意图

3.2 试验结果与讨论

3.2.1 吹脱正交试验及其结果分析

正交试验设计是当指标、因子、水平都确定后，进行试验安排的一种数学方法，能分析影响指标的主次，能寻找生产中需要解决的问题——最优方案.为了研究温度时间、曝气强度、pH值对氨氮吹脱去除率指标的影响，我们安排了3因子3水平的正交试验，本试验数据均为两次平行试验的均值.

表2 正交试验数据

图3 正交试验中温度、时间、曝气强度影响图

如表2和图3所示，由极差R值大小可知，影响氨氮吹脱去除效果的因素主次顺序依次为：温度(T)，时间(t)，曝气强度(Q).其中温度和时间影响效果明显且相差不大，曝气强度影响很小.由因素水平值均值可得各因素中较佳的水平条件分别为：温度T=70 ℃，时间t=120 min，曝气强度Q=0.85 m3/h.

3.2.2 吹脱工艺参数的确定

正交试验只能笼统的说明各因子的影响情况，所以我们又做了单因素影响的平行实验，这样更能准确、翔实的描述各影响因素的大小.

图4 时间对吹脱效果的影响图5 温度对吹脱效果的影响

图6 曝气强度对吹脱效果的影响

由图4～图6所示，通过单影响因素试验可以看出经济的吹脱条件为：温度T=70 ℃，时间t=120 min，曝气强度Q=1.00 m3/h.最佳条件下氨氮吹脱效率为92.8%，单溜液浓度为1300 mg/L，残留液PH值为6～7.用98%的浓硫酸40 ml加入960 ml水中做吸收液，吸收液浓度9900 mg/L，吸收率为55.0%.

二级吹脱

考虑到每次一级吹脱后的水质都有变化，所以一级残留液进入二级空气吹脱流程的水质氨氮含量按1400～1500 mg/L设计，经济条件：T=30 ℃，Q=1.00 m3/h，t=120 min.二次吹脱的去除效果见表3.

表2 经济条件下二次吹脱氨氮试验数据

二级吹脱后1号残留液氨氮浓度在400 mg/L以下，去除率在70%左右，pH接近中性.因为1、2号水量与3号水量大体相当，混合后废水氨氮浓度约300 mg/L，各项指标均在SBR法处理的水质指标范围内.COD值等各项指标适宜进入下一步流程——生化处理.

4 结 论

由于原水属于高浓度氨氮废水，采用吹脱工艺，废水中NH3-N浓度仍然达不到排放要求.所以吹脱技术只能作为高浓度氨氮工业废水处理的预处理技术.而且吹脱氨氮后废水中仍存在大量有机物，可以继续采用SBR工艺进行生物处理，这样能够保证缺氧、耗氧状态并存，实现良好的生物脱氮目的，最终达到排放要求.

[1]仝武刚,王继徽,刘大鹏.高浓度氨氮废水的处理现状与发展[J].工业水处理，2002(09)

[2]刘旭娃,邱显扬,危青,李桂英.从V2O5生产废水中脱除氨氮的研究[J].广东有色金属学报，2006(02)

[3]陈腊生,王媛媛,李素芳,王杨, 叶立元,郭小华,李仲英.折流旋转床吹脱含氨废水实验研究[J].安全、健康和环境，2005(11)

[4]柳来栓,谢国勇,刘有智.旋转填料床处理含氨废水实验研究[J].华北工学院学报，2002(03)

Research on the Experiment of Stripping to Industrial Wastewater with High Concentration Ammonia

HEYan-qing1,PANMing-qiang2

(1.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou 075000；
2.Environmental Monitoring Station,Zhangjiakou Environmental Protection Agency,Zhangjiakou 075000)

Based on the analysis of the basic principles of air stripping,through test analysis,the effect and influencing factors of pre-treating the industrial wastewater with high concentration ammonia by means of stripping are analyzed,and the optimum operating parameters in stripping process is explored.

high concentration;ammonia wastewater;stripping

2014-11-25

何延青(1968-)，女 ，教授，从事废水处理及综合利用研究.

X 703.1

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