復(fù)合解氨劑處理高濃度氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)研究

羅軍 張歡 賴(lài)祖明

（1、江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江西南昌 330013 2、南昌市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，江西南昌 330013 3、江西耐可化工設(shè)備填料有限公司，江西萍鄉(xiāng) 337005）

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，日益嚴(yán)重的水體污染問(wèn)題成為破壞生態(tài)環(huán)境的重要因素。由氨氮廢水超標(biāo)排放導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)今世界亟需解決的最重要的環(huán)境污染問(wèn)題之一。廢水的氨氮濃度不同可劃分為三類(lèi)：(1) 高濃度氨氮廢水：NH3-N>500mg/L；(2) 中等濃度氨氮廢水：NH3-N 為50-500mg/L；(3) 低濃度氨氮廢水：NH3-N<50mg/L。目前包括物化法（如吹脫法、折點(diǎn)氯化法、化學(xué)沉淀法、離子交換法等）和生物法在內(nèi)的多種處理方式在處理高濃度氨氮廢水方面仍存在不少問(wèn)題，不能滿足高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的脫氮要求。

復(fù)合解氨劑吹脫法是在吹脫法的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入一種復(fù)合解氨劑來(lái)提高脫氮率的一種方法，通過(guò)解氨劑協(xié)同吹脫法處理高濃度氨氮廢水的單因素實(shí)驗(yàn)研究，證明解氨劑在吹脫法中起的協(xié)同作用，并得到最佳工藝參數(shù)，為市場(chǎng)化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與試驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。 將100mL 濃度為10850mg/L 的高濃度氨氮廢水置于250mL 燒杯中，加入一定量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值并與配置好的解氨劑混合后放入恒溫?fù)u床，使其溶解均勻。通過(guò)恒溫水浴鍋調(diào)節(jié)氨氮廢水溫度后將曝氣頭放入燒杯中進(jìn)行曝氣。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定氨氮濃度，并計(jì)算脫氮率。

圖1

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 pH 對(duì)氨氮脫除效果的影響

在溫度為35℃，解氨劑與廢水混勻時(shí)間20min，解氨劑投加量為50mg/L 的實(shí)驗(yàn)條件下。改變廢水溶液的pH分別為3、5、7、8、9、10、11、12 后測(cè)定其剩余濃度并計(jì)算脫氮率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 pH 對(duì)氨氮脫除效率的影響

由圖2 可知，脫氮率變化曲線有兩個(gè)比較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別當(dāng)pH=7 和pH=10 時(shí)。當(dāng)pH＜7時(shí)，脫氮率隨pH 上升而提高，但依舊較低，不足50%。若pH 持續(xù)上升到10 時(shí)可以發(fā)現(xiàn)單位pH 升高范圍內(nèi)氨氮去除率不斷提高的同時(shí)脫氮率提高速率也在加快。此時(shí)若pH 繼續(xù)從10 上升到12，雖脫氮率也在上升，但上升速率明顯放緩，超過(guò)12 時(shí)幾乎無(wú)變化，脫氮率最高達(dá)到96.6%。由此可以發(fā)現(xiàn)，pH 對(duì)氨氮去除率具有重大影響，主要原因是pH直接影響氨氮溶液電離平衡關(guān)系：NH4++OH-NH3+H2O。提高pH 至堿性，平衡向生成游離氨的方向移動(dòng)，游離氨所占比例增加。若pH 值在11 左右時(shí)，游離氨（NH3）所占比例達(dá)到90%以上。此時(shí)采用空氣或蒸汽吹脫，游離氨將從水中逸出，從而實(shí)現(xiàn)脫氮。在pH＞11 時(shí)，脫氮率變化幾乎為零，綜合考慮下本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為pH=11 為最佳反應(yīng)條件。

2.2 溫度對(duì)氨氮脫除效果的影響

在pH=11，解氨劑投加量50mg/L，解氨劑與廢水混勻時(shí)間20min 的實(shí)驗(yàn)條件下，設(shè)定溫度分別為10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 溫度對(duì)氨氮脫除效率的影響

由圖3 可知，提高溫度能提升氨氮的脫除效率，尤其在10～30℃區(qū)間段脫氮率提升效果明顯，繼續(xù)提高到70℃時(shí)脫氮率變化不大并趨于穩(wěn)定。

圖3 解氨劑投加量對(duì)氨氮脫除效率的影響

提高溫度促進(jìn)脫氮率提升主要存在兩個(gè)原因：一是游離氨的生成反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，能改善游離氨的生成環(huán)境。二是氨氮在水中的溶解度會(huì)因溫度的提升而降低[1]。研究表明溫度每升高l0℃，氨在水中的溶解度將下降20%[2]。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)濟(jì)效益等因素，本實(shí)驗(yàn)選取35℃為最適溫度。

2.3 解氨劑投加量對(duì)氨氮脫除效果的影響

吹脫法脫氮的依據(jù)是氣液傳質(zhì)原理[3]。近年來(lái)廣大科研人員圍繞傳質(zhì)機(jī)理、特性、傳質(zhì)膜系數(shù)改變方法等方面進(jìn)行了大量研究[4-6]，證實(shí)表面活性劑協(xié)同吹脫法處理氨氮廢水能明顯提高氨氮脫除率。設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件：pH=11，溫度為35℃，解氨劑與廢水混勻時(shí)間20min，研究解氨劑的投加量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4 可知，溶液剩余氨氮濃度隨解氨劑投加量增加而不斷降低，并在投加量50mg/L 時(shí)濃度達(dá)到最低點(diǎn)，脫氮率達(dá)到96.4%。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇解氨劑50mg/L 為最佳反應(yīng)條件。若進(jìn)一步加大投加量時(shí)，脫氮率不降反升，原因在于過(guò)多的解氨劑會(huì)使液面形成一層厚的泡沫層，導(dǎo)致液膜阻力增大，進(jìn)而降低氣液傳質(zhì)效率，使脫氮率下降。

2.4 解氨劑與廢水的混勻時(shí)間對(duì)氨氮脫除效果的影響

在pH=11，溫度35℃，解氨劑的投加量50mg/L 的實(shí)驗(yàn)條件下，研究解氨劑與廢水的混勻時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 混勻時(shí)間對(duì)氨氮脫除效率的影響

由圖5 可知，延長(zhǎng)解氨劑與廢水的混勻時(shí)間能促進(jìn)脫氮率的提高。解氨劑含有大量的自由基和活性基團(tuán)[7]，延長(zhǎng)混勻時(shí)間能增加解氨劑與廢水中氨氮的反應(yīng)時(shí)間，降低水分子與NH3分子間的黏聚力,促使游離氨生成。此外，解氨劑還具有降低廢水表面張力，增大氣液接觸面積的作用，從而促使氣液傳質(zhì)效率提升。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)，超過(guò)30min 后混勻時(shí)間與脫氮效率不成正比，而是趨于穩(wěn)定。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇30min 為最佳混勻時(shí)間。

3 結(jié)論

3.1 本實(shí)驗(yàn)證實(shí)復(fù)合解氨劑協(xié)同吹脫法處理高濃度氨氮廢水具有提高脫氮率的作用。

3.2 在pH=11，溫度為35℃，脫氮?jiǎng)┑耐都恿?0mg/L，解氨劑與廢水混勻時(shí)間30min 的實(shí)驗(yàn)條件下，脫氮率近乎97%。

3.3 本實(shí)驗(yàn)得出的復(fù)合解氨劑協(xié)同吹脫法處理高濃度氨氮廢水的最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)的深化研究與市場(chǎng)化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。