高浓度氨氮废水强制节流吹氨试验研究

2018-10-19孟思明

电力科技与环保 2018年4期

徐勇，孟思明

(中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙 410007)

0 引言

高浓度氨氮废水广泛存在于垃圾渗滤液、石化、化工、有色冶金等行业的废水中[1-2]，其中有些废水的氨氮浓度会超过1000mg/L[3-4]，部分养殖废水氨氮浓度高达2000mg/L[2,5]，垃圾渗滤液中氨氮浓度2500～3000mg/L[6-8]，在某些行业部分生产单元产生的废水氨氮浓度会高达5000mg/L[3]，有的甚至还会超过10000mg/L[9]。高浓度氨氮废水的处理已经成为我国环境保护亟待解决的问题之一。

吹脱法脱除水中氨氮是高浓度氨氮废水处理的较好方法之一，是利用NH4+和NH3之间的动态平衡关系，通过调节废水pH使处于碱性环境中，此时氨氮主要是以游离氨的形态存在于液相中，再将气体通入水中，使气液相互充分接触，水中溶解的游离氨会透出气液界面，从液相逃逸至气相，从而达到去除氨氮的目的，研发高效低耗的氨氮吹脱技术对高浓度氨氮废水处理有很重要的意义。

1 试验部分

1.1 废水来源与水质

试验采用的高浓度氨氮废水来自湖南某企业，废水的水质分析结果见表1。该废水由于受工艺条件影响，水质波动比较大。

1.2 试验方法

本试验采用强制节流吹脱废水中氨氮，气体高速通过带有喉管的吹氨器，待处理的废水由泵加压喷入吹氨器喉管前与气流混合，气液混合后的流体经过喉管，在节流产生的空化作用下水中氨氮从液相析出，实现氨氮吹脱，含氨废气经风机送鼓泡床吸氨器，用酸液对氨气进行吸收。强制节流吹氨试验流程如图1所示。

本试验主要研究了pH值、温度、吹脱时间和气液比对吹脱法处理高浓度氨氮废水的影响。采用纳氏试剂分光光度法测试吹脱前、后废水中NH3-N的质量浓度，从计算出氨氮吹脱率，分析不同因素对吹脱法处理高浓度氨氮废水的影响。为工业处理高浓度氨氮废水分析得出最佳工艺条件。

表1 废水水质分析

项目测定值pH值7.5～9.0水温/℃40～60CODcr/mg·L-18000～11000色度(倍)500～1000矿物油/mg·L-1200～300NH3-N/mg·L-12500～5200

图1 强制节流吹氨试验流程示意

2 结果与讨论

2.1 pH值对氨氮吹脱效率的影响

调节废水pH值分别为9.0、9.5、10.0、10.5、11.0、11.5、12.0，吹脱温度为室温，废水流量6L/h，空气流量为3m3/h，即气液比为2000∶1，吹脱时间为2h，测定不同温度值条件下吹脱前、后废水的氨氮浓度，考察废水pH值对氨氮吹脱效率的影响，结果如图2所示。

图2 pH值对氨氮吹脱效率的影响

从图2可以看出，吹脱效率随着废水值的升高不断加快，当pH值从9.0升高到11.0时，氨氮吹脱效率随pH的上升几乎呈直线提高，吹脱效率从63.2%提升到93.3%，当pH值大于11.0以后，曲线趋于平缓。

废水中的盐属于强酸弱碱盐，提高pH会破坏原有的电离平衡，其他条件稳定不变的前提下，随着废水pH值的增大平衡会向右边移动，液相中的氨氮大多数会以游离氨的形态存在，氨氮吹脱效果就会越好。当pH值大于11后，污水中的氨氮大约能达到90%以上，此时再提高pH只能增加少量的游离氨，对吹脱效率影响不大，所以曲线趋于平缓。综合成本因素，在实际工业生产中，调节pH值为11左右为最佳。

2.2 废水温度对氨氮吹脱效率的影响

调节吹脱温度分别为20、30、40、50和60，废水pH值为11，吹脱时间为2h，废水流量为6L/h，空气流量为3m3/h，即气液比为2000∶1，测定不同温度值条件下吹脱前、后废水的氨氮浓度，从而考察废水温度对氨氮吹脱效率的影响，结果如图3所示。

图3 废水温度对氨氮吹脱效率的影响

从图3可知，废水的氨氮浓度随温度的升高而下降，氨氮的脱除率也随温度的升高而持续升高。吹脱效率从20℃到40℃上升坡度最大，从63.20%升高到89.55%，当温度超过40℃趋于平缓。

随着温度的升高，游离氨的含量在不断增大，分子扩散速率快，传质系数增大；另外，在一定压力下，温度升高使氨的平衡分压增加，降低了氨在废水中的溶解度。

2.3 吹脱时间对氨氮吹脱效率的影响

调节吹脱时间分别为0.5、1、1.5、2、2.、3、3.5和4h，废水pH值为11，吹脱温度为40℃，废水流量为6L/h，空气流量为3m3/h，即气液比为2000∶1，测定不同吹脱时间条件下吹脱前、后废水的氨氮浓度，考察废水吹脱时间对氨氮吹脱效率的影响，结果如图4所示。

图4 吹脱时间对氨氮吹脱效率的影响

从图4可知，废水氨氮浓度随吹脱时间的增加而下降，氨氮的脱除率也随时间的增加而持续升高。吹脱效率从0.5h到2h上升坡度最大，从61.40%升高到93.37%，当时间超过2h趋于平缓。

随着时间的延长氨氮的脱除效果就不再随时间有很明显变化，因为废水中的氨氮含量已经很低，此时要想使NH4+转换为NH3，需要更高的条件，比如加温加压或者增大碱度，但是这显然会增加吹脱的成本，当氨氮含量降到200～400mg/L的时候，还可以为后期生化处理提供一定的氮源，所以综合考虑，选择吹脱时间为2h。

2.4 气液比对氨氮吹脱效率的影响

调节气液比分别为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5h和4h，废水pH值为11，吹脱温度为40℃，废水流量为5L/h，空气流量为2.5m3/h，即气液比为2000∶1，测定不同吹脱时间条件下吹脱前、后废水的氨氮浓度，考察废水吹脱时间对氨氮吹脱效率的影响，结果如图5所示。

图5 气液比对氨氮吹脱效率的影响

从图5可知，废水氨氮浓度随气液比的增大而下降，氨氮的脱除率也随气液比的增大而持续升高。气液体积比为500∶1到2000∶1时，氨氮在气液界面能达到平衡，吹脱效率与气液体积比近似成为线性关系，从55.34%升高到94.98%，当气液比超过2000∶1，吹脱过程中单位吹脱效率提高较为平缓，主要由于气液在高度湍流情况下，气液两相很难达到平衡。综合动力消耗和吹脱效率两方面考虑，气液比控制为2000∶1最佳。