基于復(fù)合脫氮劑—吹脫法處理高濃度氨氮廢水裝置與應(yīng)用

董向陽 趙遠(yuǎn) 雷春生 冀云 郭雅婷

【摘 要】本文以傳統(tǒng)的吹脫法處理高濃度氨氮廢水技術(shù)為基礎(chǔ)，復(fù)配了一種以乳酸乙酯為主、乙酸為輔的有機(jī)復(fù)合脫氮劑，探討了不同溫度、PH值等條件對廢水中氨氮去除率的影響，并對不同高濃度氨氮廢水中的氨氮去除率進(jìn)行分析。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在脫氮劑投加量為30mg/L、pH值為9～11、吹脫水位深度400mm、吹脫時間大于2.5h、常溫（25℃）的條件下，廢水中氨氮濃度可以從21000.0mg/L降低到12.6mg/L，氨氮去除率高達(dá)99.94%；溫度到達(dá)45℃時，可將廢水中氨氮濃度從21000.0mg/L降低至0.21mg/L，氨氮去除率高達(dá)99.999%；對于氨氮濃度在800～30000mg/L的廢水，在常溫下以相應(yīng)條件吹脫后，廢水中剩余氨氮濃度都在l5mg/L以下，吹脫出來的氨氣經(jīng)吸收裝置吸收無二次污染。

【關(guān)鍵詞】高濃度氨氮；有機(jī)復(fù)合脫氮劑；氨氮去除率；吹脫法

目前我國氨氮排放量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出受納水體的環(huán)境容量，氨氮已成為影響地表水水環(huán)境質(zhì)量的首要指標(biāo)，減排指標(biāo)除了“十一五規(guī)劃”指定控制COD、SO2的排放總量，還將氨氮和氮氧化物納入總量控制指標(biāo)體系，明確提出氨氮減排10%的目標(biāo)。常見的氨氮廢水處理技術(shù)主要有物化法、傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)和新型生物脫氮技術(shù)等。物化法包括吹脫法、化學(xué)吸附法、折點氯化法、離子交換法等；新型生物脫氮技術(shù)包括短程硝化反硝化、好氧反硝化、厭氧氨氧化等[1]。上述氨氮廢水處理方法各有優(yōu)缺點，在高濃度氨氮廢水的去除方面均受到一定程度的限制，無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)、低耗、高效去除氨氮的要求。本文主要是在傳統(tǒng)吹脫法處理高濃度氨氮廢水基礎(chǔ)上，加入一種有機(jī)復(fù)合脫氮劑，對影響高濃度氨氮廢水脫氮效率的不同條件進(jìn)行了探討，并分別以不同的高氨氮廢水為進(jìn)水時，通過試驗?zāi)M實現(xiàn)了氨氮的去除[2]，證明有機(jī)復(fù)合脫氮劑-吹脫法去除高濃度氨氮廢水是切實可行的。

一、材料與方法

1.試驗裝置與工藝流程

試驗裝置與工藝流程圖1所示，其中加藥罐與氨氣吸收裝置由PPR材料做成，調(diào)節(jié)池和脫氮塔由鋼鐵做成；調(diào)節(jié)池的體積能夠容納1.0m3廢水，脫氮塔采用五級分層結(jié)構(gòu)，每層層高為1.0m，可以調(diào)控液位水面，氣體從中間空心通道通過，穿孔曝氣管均勻分布在每層塔板上，整個塔直徑為1.2m，高5.0m；氨氣吸收裝置采用雙級逆流吸收。采用羅茲鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，氣體從每層塔板底部通過穿孔管往上流動，曝氣量通過帶閥門的轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)行控制。廢水由管道流進(jìn)調(diào)節(jié)池，用堿調(diào)節(jié)pH值并加入脫氮劑，加熱時采用蒸汽加熱。充分?jǐn)嚢韬笥商嵘锰嵘矫摰敳?，由射流器噴出并均勻分布到塔板的整個表面，曝氣后通過塔板往下流與氣體逆向流動，使水中的游離氨穿過氣液界面向氣相轉(zhuǎn)移，從而去除水中的氨氮。吹脫出來的氣體由管道進(jìn)入氨氣吸收裝置，過量空氣排放。

2.試驗用水與試劑

試驗過程中，采用兩種廢水作為試驗廢水。試驗用水1是常州市某生化制藥廠廢水，其pH值在8.0～8.5之間，濁度為2NTU，氨氮質(zhì)量濃度約20000mg/L，COD濃度約為6000mg/L；試驗用水2為自配水。采用固體工業(yè)堿加水溶解調(diào)節(jié)pH值，復(fù)合脫氮劑由乳酸乙酯、乙酸、丙三醇、聚乙烯多胺和過氧化鈣按不同比例復(fù)配而成，脫氮劑加入的量按與水體積比為1：500的比例稀釋加入。

3.分析項目與方法

氨氮：納氏試劑分光光度比色法（GB7479-87）；溫度；pH；濁度：SS19-WGZ-200型光電濁度儀；COD：LH 75B-3C COD快速測定儀。

二、結(jié)果

1.脫氮劑投加量對氨氮去除率的影響

脫氮劑投加量對氨氮去除率的影響，取原水500L，氨氮濃度為21000.0mg/L。加堿調(diào)節(jié)pH值為11.0，再分別稱取5，10，l5，20，25，30g有機(jī)復(fù)合脫氮劑，與水按體積比為1：500稀釋后加入廢水中，脫氮塔內(nèi)每層水面液位高度控制在100mm，氣液比為600：1，在45℃下曝氣3h，出水經(jīng)測得氨氮濃度分別為0.61，0.81，0.29，0.5，0.2，0.3mg/L，氨氮去除率均在99.99%以上，可見有機(jī)復(fù)合脫氮劑與吹脫法相結(jié)合，能夠有效去除廢水中的高濃度氨氮。

2.pH值對氨氮去除率的影響

表2為在45℃，脫氮劑投加量為30mg/L，氣液比為600：1，液面水位深度為100mm條件下，曝氣3h后廢水中pH值對氨氮去除效果的影響。從表中看出當(dāng)pH值為6.5和7.5時，氨氮去除率為91.17%和98.87%；隨pH值繼續(xù)上升到8.5，氨氮的去除率升到99.98%。在研究發(fā)現(xiàn)在任一pH值條件下進(jìn)行試驗，廢水在脫氮處理前后pH值總保持不變。

3.時間對氨氮去除率的影響

在脫氮劑投加量為30mg/L，pH值為11.0，溫度在45℃，氣液比為600：l，液面水位深度為100mm條件下改變曝氣時間，研究在不同的處理時間下對氨氮去除率的影響。結(jié)果如表3所示，從表中可以看出當(dāng)曝氣時間超過1.0和1.5h，氨氮去除率分別達(dá)到96%和99%；在曝氣時間超過2.5h后，氨氮去除率達(dá)到99.999%以上?？紤]到能耗問題確定最佳吹脫時間為2.5h。

4.水位深度對氨氮去除率的影響

表4為在脫氮劑投加量為30mg/L，pH值為l1.0，氣液比為600：1，溫度為45℃和吹脫時間2.5h條件下，從表中可以看出，隨著吹脫水位深度增加，氨氮去除率逐漸減小，在水位深度400mm內(nèi)，氨氮去除率降低平穩(wěn)，廢水中剩余氨氮濃度保持在8.0mg/L以下，氨氮去除率為99.9%以上。因此確定吹脫水位深度為400mm。

5.溫度對氨氮去除率的影響

在溫度分別為5，l5，25，35，45和55℃的條件下，脫氮劑投加量為30 mg/L，pH值為11.0，氣液比為600：1，液面水位深度為400mm，吹脫時間為2.5h的條件下結(jié)果如表6所示。在5℃和l5℃時，氨氮的去除率分別為99.45%和99.59%，廢水中剩余氨氮濃度為112.2和86mg/L，當(dāng)溫度在常溫（25℃）條件下，氨氮的去除率達(dá)到99.97%，剩余氨氮濃度10mg/L，低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)升高溫度到45℃以上時，廢水中剩余氨氮濃度僅為0.21mg/L，氨氮去除率達(dá)到99.999%。

6.不同進(jìn)水氨氮濃度廢水對氨氮去除率的影響

在pH值為11.0，脫氮劑投加量為30mg/L，氣液比為600：1，液面水位深度為400mm，25℃下，經(jīng)試驗裝置吹脫2.5h后，得到的廢水中剩余氨氮濃度和氨氮去除率如表6所示，自配高濃度氨氮廢水經(jīng)試驗裝置吹脫后，廢水中剩余氨氮濃度均低于11mg/L，氨氮去除率都在99.0%以上。通過試驗證明，在傳統(tǒng)吹脫法的基礎(chǔ)上加入有機(jī)復(fù)合脫氮劑，對于處理高濃度氨氮廢水是切實可行的。

三、討論

通過試驗可得，加入有機(jī)復(fù)合脫氮劑對于氨氮的去除效果很明顯與脫氮劑加入量關(guān)系不大。pH是影響氨氮去除效果的一個重要因素。當(dāng)廢水中的pH為7.0左右時，氨氮多以氨離子（NH4+）存在，隨著堿的加入pH值升高，游離氨（NH3）所占比例越來越大。當(dāng)pH值升至11.0以上時，游離氨（NH3）可達(dá)90%以上。因而一般的吹脫法必須要把廢水pH值調(diào)節(jié)到11.0以上，氨氮的去除率才能達(dá)到90%以上。在廢水中加入有機(jī)復(fù)合脫氮劑時，廢水中pH值在酸性或中性條件下，氨氮的去除率也能夠達(dá)到90%以上。當(dāng)脫氮劑對氨氮的去除率達(dá)到峰值后，氨氮的去除率隨著脫氮劑的加入反而減小，當(dāng)溶液達(dá)到臨界膠束濃度時，隨著脫氮劑的加入，溶液的表面張力不在降低而形成大量基團(tuán)[3]。而且傳統(tǒng)吹脫法在脫氮完之后廢水中的pH值有所下降，而復(fù)合脫氮劑強(qiáng)化吹脫法在整個脫氮過程中以及脫氮完后，廢水pH一直沒有變化，這進(jìn)一步說明氨氣從水中吹脫出來，不是由于OH-與NH4+反應(yīng)的結(jié)果。

溫度對氨氮的去除效果比較明顯。溫度越高越能滿足氨氣揮發(fā)吸熱量的條件。傳統(tǒng)的吹脫法有蒸汽吹脫法和空氣吹脫法兩種，在冬季氣溫比較低，吹脫效果不佳，需要加入有機(jī)復(fù)合脫氮劑再進(jìn)行吹脫。吹脫塔排放的尾氣中含有大量氨氣，直接排放對環(huán)境造成很大影響，因此吹脫出的NH3進(jìn)入氨氣吸收塔，吸收裝置采用雙級逆流吸收無二次污染。

四、結(jié)論

（1）經(jīng)試驗研究證明，將有機(jī)復(fù)合脫氮劑與傳統(tǒng)吹脫法相結(jié)合處理高濃度氨氮廢水是切實可行的，具有氨氮去除率高，操作簡便等特點。

（2）脫氮劑發(fā)揮作用后，其投加量的變化對氨氮去除率的影響不大，實際應(yīng)用中應(yīng)確定脫氮劑的最小投加量以減少運行成本。

（3）PH值對氨氮去除率影響較大，在酸性條件下去除效果不佳，所以工藝運行過程中一定要控制好PH，使其達(dá)到堿性條件。

（4）試驗結(jié)果表明，有機(jī)復(fù)合脫氮劑與傳統(tǒng)吹脫法相結(jié)合處理高濃度氨氮廢水工藝運行的最佳條件是：脫氮劑投加量為30mg/L，pH值為9.0，溫度為常溫（25℃），吹脫水位深度為400mm，吹脫時間為2.5h。在此工藝條件下，氨氮去除率可達(dá)到99.95%。

【參考文獻(xiàn)】

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