气体分离膜在烧结高氨氮脱硫废水中的试验研究

周建佳

1 烧结脱硫废水工艺及水质情况简介

宁钢烧结烟气脱硫系统采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺，烟气经除尘器收尘后再进入气喷旋冲吸收塔，与石灰石浆液接触，发生物理、化学反应，气体中的二氧化硫、烟尘被洗涤吸收。二氧化硫与石灰石浆液接触，生成亚硫酸钙，并与烟气中的氧及由氧化风机鼓入的氧反应，生成硫酸钙。石膏浆液由石膏排出泵打入石膏旋流器进行二级脱水，二级脱水的废液进入脱硫废水箱，形成脱硫废水。脱硫废水含盐量高，电导率平均60000μS/cm，钙和氯离子在20000 mg/L左右，水中的悬浮物含量在15000 mg/L左右，氨氮的含量在1500～2200 mg/L之间。如此高含盐量的脱硫废水进入公司的污水处理系统后，不仅大大增加了污水处理后的回用水含盐量，同时也引起了回用水氨氮的异常升高，使得部分不能回用的排污水氨氮接近排放限值，由于公司的污水处理系统没有降低氨氮的工艺，因此单独降低脱硫废水的氨氮再进入污水处理系统成为迫在眉睫的任务。

2 烧结脱硫废水脱除氨氮试验方案的确定

目前氨氮废水的常用处理方法有吹脱法、沉淀法、生化法、双膜法等等，吹脱法设备占地面积大，同时存在二次污染物；沉淀法成本较高,不易控制最佳的沉淀条件；生化处理法,它可以高效率低成本地处理含氨氮废水,但是进水氨氮浓度一般不能超过500 mg/L,同时废水的高含盐量对微生物的活动和繁殖有抑制作用；双膜法氨氮去除效果差，造价高，运行不稳定等问题。最终确定了使用气体分离膜法工艺进行脱除脱硫废水中氨氮的中型试验。

3 气体分离膜介绍

在气体分离膜的一侧是高浓度氨氮废水（也称料液），另一侧是酸性水溶液或水（也称吸收液，多采用酸）。当在料液侧温度 T1＞20 ℃,pH1＞9,P1＞P2保持一定压力差的条件下，废水中的游离氨NH4+就变为氨分子NH3,经过料液侧界面扩散至膜表面，在膜表面两侧氨分压差的作用下，氨分子穿越膜孔，进入吸收液，迅速与酸性溶液中的H+反应生成铵盐，详见图1。

反应方程式：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4

生成的铵盐质量浓度可达20%～25%左右，成为清洁的工业原料。而废水中的氨氮可以降至100～200 mg/L以下，也可以根据需求，将氨氮浓度降到某一规定值。

图1 气体分离膜工作原理图

4 试验内容

4.1 试验目的

本次试验以烧结的脱硫废水为试验对象，通过气体分离膜中试的试验装置，检测气体分离膜对脱硫废水中氨氮的脱除效果，及影响脱除效率的因素。

4.2 试验装置的工艺流程

工艺流程见图2

4.3 试验设备及材料

上海未来企业有限公司提供的气体分离膜中试装置一套；酸度计一台；液碱、硫酸、PAM（阳离子）若干；无纺滤布一块；50 kg塑料桶五只；500 mL取样瓶若干。

4.4 试验步骤

1）设备到场，安装及接电，设备额定功率2.5 kW，电源要求：380 V，用清水测试确认该试验装置无损坏和泄漏。

2）将吸收液硫酸配成2%～3%的浓度（原液为50%浓度），灌满中试装置的酸液储罐。

图2 中试装置工艺流程图

3）取脱硫废水原液50 kg左右，投加适量的PAM（阳离子），进行混凝沉降，沉降后废水的悬浮物小于100 mg/L,之后用无纺滤布进行过滤得到悬浮物为5～10 mg/L的脱硫废水预处理水样，同时取样检测其它相关项目。

4）将预处理后的废水转移到中试装置的废水储罐，用液碱调节pH至11.0左右，开启装置循环泵，再次检查确认无药液渗漏；循环过程中向液碱储罐持续补加液碱，使pH维持在11.0左右，同时向酸液储罐持续补加硫酸，使pH维持在1.5以下。循环3 h，并分别于循环 15 min、30 min、60 min、120 min、180 min时取样检测废水的pH和氨氮数据。

5）用清水将试验装置冲洗十分钟，进行下一轮水样的试验。

5 试验水质检测数据及分析

试验共计八次，从表1的检测数据来看，60分钟后八个样品中有三个样品的氨氮含量达到5mg/L以下，满足国家的排放标准；120分钟后，八个样品中有六个样品的氨氮含量达到5mg/L以下；180分钟后，所有样品的氨氮含量均达到5mg/L以下。

表1 试验过程的检测数据

从表2的脱除率统计可以看出，当pH大于11在11.5左右时，15 min，氨氮的平均脱除率为82.8%，30 min脱除率平均为97.2%，60 min脱除率平均为98.1%，120 min脱除率平均为99.7%，180 min脱除率平均为99.9%。在pH小于11，在10.5～11.0之间时，氨氮的平均脱除率明显偏小，15 min的脱除率为65.4%，30 min脱除率平均为85%，60分钟脱除率平均为95.1%，120 min脱除率平均为99.7%，180 min脱除率平均为99.8%。低pH样品的60 min的脱除率与高pH的60 min的脱除率已经非常接近。见图3

表2 氨氮脱除率的统计

图3 脱除率随p H变化的比较图

6 结论

6.1 气体分离膜对水中高氨氮的脱除有明显的效果。

6.2 气体分离膜对水中氨氮的脱除率主要受二个因素条件的影响，一是运行的时间，二是废水的pH。

6.3 气体分离膜对废水预处理要求不高，同时工艺流程简单，系统常压运行，运行成本低，操作方便。

[参 考 文 献]

[1]何松波.氨氮废水处理技术进展[OL]中国科学研究院 环境催化2004.11