利用吹脫法處理高濃度氨氮廢水的研究

梁艷

一、工業(yè)氨氮廢水的來源

目前：的全球污染已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，如果在污染之后進(jìn)行相關(guān)處理才是當(dāng)下值得關(guān)注和研究的重要問題，例如工業(yè)廢水的處理方式就在不斷的被革新，其中高濃度氨氮廢水處理方法的探索就是其中一項(xiàng)，如何尋求高效率、低成本的處理方式關(guān)系到工業(yè)產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展。對(duì)于傳統(tǒng)的單段吹脫法，隨著空氣在吹脫塔中由下至上運(yùn)動(dòng)，空氣吹脫NH3的能力逐漸降低，而廢水中氨氮濃度卻越來越高，所以吹脫效率會(huì)逐漸下降。因此本設(shè)計(jì)要在其基礎(chǔ)上加以改良，以達(dá)到脫氮效率更高的目標(biāo)。

二、靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

（一）PH值對(duì)吹脫效率影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

置300mlNH-N濃度為2000mg/L的銨液于50Oml燒杯中，在室溫下用空氣流量為2.0L/min的氣泵吹脫，通過3.5h的吹脫，氣體和液體的比例將會(huì)達(dá)到1400：1。用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH分別為9.0、10.0、11.0、12.0、13.0，測(cè)定不同pH值下處理后廢水中氨氮濃度并求出吹脫效率。測(cè)定數(shù)據(jù)如表1所示。

吹脫效率與PH關(guān)系曲線如圖1所示。

由圖1中可以看出，pH值越高，吹脫效率就會(huì)越高，這種提升是同時(shí)進(jìn)行的，在此背景下工業(yè)廢水中的氨氮排除率就會(huì)從6.57%上升到39.57%;隨著pH值持續(xù)升高一直到11的時(shí)候，氨氮的排除率就會(huì)高達(dá)66.10%，由此可見雖然趨勢(shì)沒有變化，但是增幅卻有所降低，直到pH值從11開始再繼續(xù)提升，吹脫效率就不再提升，基本處于平緩的狀態(tài)，排除率開始緩慢增加。

通過上圖數(shù)據(jù)可以看出，pH值對(duì)于吹脫效率的影響也并不是一直都十分明顯的，它會(huì)有兩個(gè)拐點(diǎn)，基本是在pH值分別達(dá)到10和11的時(shí)候。這種變化趨勢(shì)與氨的離解率和pH值的變化是十分相似的。原理可以解釋如下：由于廢水中銨鹽屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，提高pH將逐漸地破壞其電離平衡，當(dāng)pH值為10時(shí)，將電離平衡基本破壞;當(dāng)pH值小于10時(shí)，氨離解率隨pH值升高增大得最快，因此pH值在10之前吹脫效率提高較快;當(dāng)pH值大于11后，污水中的氨氮大多數(shù)以游離氨存在，此時(shí)提高pH僅增加少量的游離氨，故對(duì)吹脫效率影響不大。在實(shí)際操作中，建議吹脫氨氮廢水的pH為10～11，以避免因堿的大量加入而增大處理成本。

本實(shí)驗(yàn)確定pH為11是后續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的最佳吹脫條件。在實(shí)驗(yàn)條件下，即吹脫時(shí)間為3.54，空氣流量為2L/min，廢水體積為300ml，pH為11時(shí)，氨氮的吹脫效率為66.10%。

（二）溫度對(duì)吹脫效率影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

置3O0mlNH3-N濃度為2000mg/L的銨液于500ml燒杯中，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至11，用空氣流量為2.0L/min的氣泵吹脫3.54，即氣液比為1400：1。用恒溫水浴鍋控制廢水溫度分別為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，改變溫度做對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下處理后廢水中氨氮濃度并求出吹脫效率。測(cè)定數(shù)據(jù)如表2所示。

吹脫效率與溫度的關(guān)系曲線如圖2所示。

由圖2中可以看出，吹脫效率和溫度之間也有密切的關(guān)系，基本溫度在60℃的時(shí)候，吹脫率就會(huì)達(dá)到93.90%，一說效果已經(jīng)非常明顯，究其原因基本如下：溫度上升之后，水中的氨氮擴(kuò)散能力就會(huì)增強(qiáng)，同時(shí)傳質(zhì)系數(shù)也會(huì)提升。除此之外，溫度提升之后，氨氮的溶解能力也會(huì)增強(qiáng)，從而提升傳質(zhì)的可能性。

本實(shí)驗(yàn)確定溫度為60r是后續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的最佳吹脫條件。在實(shí)驗(yàn)條件下，即吹脫時(shí)間為3.5h，空氣流量為2L/nm，廢水體積為300mi，叫為11，廢水溫度為60℃時(shí)，氨氮的吹脫效率為93陰，%。

（三）氣液比甘吹脫效率影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于工業(yè)廢水中氨氮廢水的處理方式還受到氨氮廢水的影響，例如，在利用吹脫方法的時(shí)候，氣液比和吹脫時(shí)間是成正比變化的。因?yàn)橐欢ㄈ萘康墓I(yè)廢水中，氣泵的進(jìn)氣量是固定的。因此二者會(huì)發(fā)生同比變化的情況。

分別將5份300ml已知氨氮濃度的銨液置于5支500ml燒杯中，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至11，用空氣流量為2.0L/min的氣泵在室溫下分別吹脫1h、2h、2.5h、3h、3.5h，即氣液比分別為400：1、800：1、1000：1、1200：1、1400：1，測(cè)定不同氣液比下處理后氨氮廢水的濃度并求出吹脫效率，研究氣液比對(duì)吹脫效率的影響。測(cè)定數(shù)據(jù)如表3所示。

氣液比與吹脫效率的關(guān)系曲線如圖3所示。

由圖3中可以看出，吹脫效率隨氣液比的升高而提高，氣液比在800：1～1000：1時(shí)，氨氮去除率增幅最大，幾乎呈直線上升。這是因?yàn)椋弘S著氣液的增加，空氣中的氨氮濃度會(huì)有所降低，從而傳質(zhì)的效率會(huì)提升，由此可以讓氨氮的吹脫效率能夠進(jìn)一步提升。

本實(shí)驗(yàn)確定氣液比為1000：1是后續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的最佳吹脫條件。在實(shí)驗(yàn)條件下，即在室溫條件下，空氣流量為2L/min，廢水體積為300ml，pH為11，氣液比為1000：1時(shí)，吹脫效率為45.15%。

（四）最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，確定了后續(xù)的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的最佳吹脫條件：pH值為11.溫度為6O℃，氣液比為1000：1，在此條件下吹脫效率達(dá)94.28%。

三、動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)所研究的對(duì)象是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主旨，是對(duì)氣吹法除氨氮的一次改革。主要考察氣吹段數(shù)對(duì)吹脫效率的影響。

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)是在吹脫塔中進(jìn)行的，塔內(nèi)裝有拉西環(huán)填料（30cm），使氣液兩相在塔內(nèi)充分接觸，提高吹脫效率。本實(shí)驗(yàn)是在前期靜態(tài)實(shí)驗(yàn)所確定的最佳吹脫條件下，在吹脫塔的不同高度位置進(jìn)行分段氣吹，即不改變總進(jìn)氣量，將空氣用并聯(lián)的導(dǎo)管輸送至吹脫塔內(nèi)。本次實(shí)驗(yàn)是在最佳吹脫條件下，即pH值為11，溫度為60℃，氣液比為1000：1時(shí)分別進(jìn)行1段、2段、3段、4段吹脫，測(cè)定不同氣吹段數(shù)下的吹脫效率。

四、結(jié)論

1.吹脫效率隨pH升高不斷增大;PH值對(duì)吹脫效率的影響存在2個(gè)折點(diǎn)，當(dāng)PH值從9.0升高到10.0時(shí)，吹脫效率隨pH的上升幾乎呈直線提高;當(dāng)PH值從10.0升高到11.0，吹脫效率增大幅度變小;當(dāng)pH值大于11.0.以后，吹脫效率增大幅度緩慢。

2.吹脫效率受到溫度的影響也比較明顯，隨著溫度的升高，氨氮吹脫效率也會(huì)持續(xù)提升，基本在溫度達(dá)到60℃時(shí)，吹脫效率會(huì)達(dá)到峰值一一93.90%。

3.氣液比增大會(huì)提升傳質(zhì)能力，從而吹脫效率也會(huì)提升，可以說而這也是同比變化的。在實(shí)驗(yàn)條件下氣液比從800：1增大到1000：1時(shí)氨氮去除率增加最快。

4.吹脫效率隨所分氣吹段數(shù)的增多而升高。分段數(shù)從1段升高到3段時(shí)，吹脫效率的增大幅度最大，吹脫效率從94.28%升高到96.86%;分段數(shù)大于3段以后吹脫效率增大緩慢。