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應(yīng)急凈化劑
如果廢水中含有高濃度氨氮，應(yīng)該如何有效去除?高濃度氨氮廢水來源廣泛，排放量大。例如，化肥、焦炭、食物、垃圾填埋場等產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水，排入水體，不僅水體富營養(yǎng)化，還會引起黑香水體，對人類和生物毒性產(chǎn)生影響。高濃度氨氮廢水的處理技術(shù)是什么?讓我們看看~。
高氨氮廢水處理技術(shù)總結(jié)
目前，高氨氮廢水有三種處理工藝:蒸汽提取工藝、氨蒸發(fā)工藝和生物工藝。
剝離過程
蒸汽提取過程是通過調(diào)節(jié)廢水中的酸堿度，將離子銨(NH4+)轉(zhuǎn)化為分子氨，然后通過空氣或蒸汽吹出。吹脫法是預(yù)處理高濃度氨氮廢水的常用方法。該工藝具有脫氨效果穩(wěn)定、操作簡單、控制方便的優(yōu)點(diǎn)。
氨氣蒸發(fā)過程
氨蒸餾是對焦炭過程中產(chǎn)生的化學(xué)分離廢水和殘留氨水進(jìn)行蒸餾。氨蒸發(fā)處理后，NH3-N含量下降，為下一次生化處理提供必要條件。
生物學(xué)方法
有機(jī)氮通過反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為銨氮，然后轉(zhuǎn)化為硝化氮和氮。生物脫氮可以分為三個(gè)步驟:氨化、硝化和反硝化。
一般而言，經(jīng)過高濃度氨氮廢水處理的廢水可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但由于水質(zhì)復(fù)雜、工藝?yán)匣仍颍钡獜U水可能不達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)氨氮濃度降至低或中濃度但不達(dá)標(biāo)時(shí)，可在工藝后端添加氨氮去除劑。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,產(chǎn)生了大量高濃度氨氮廢水。工業(yè)含氨氮廢水的大量排放,導(dǎo)致水體中氨氮大量富集,并引起水體的富營養(yǎng)化與惡化,不僅嚴(yán)重影響了人們的正常生活,甚至危害了人們的身體健康,社會影響巨大。下面我們從專業(yè)角度為您詳解下高濃度氨氮廢水的處理技術(shù)
目前,氨氮廢水處理技術(shù)主要有離子交換法〔1〕?膜分離法〔2〕?空氣吹脫法〔3〕?化學(xué)沉淀法〔4〕?折點(diǎn)氯化法〔5〕?電滲析法〔6〕?化學(xué)氧化法〔7〕?電化學(xué)氧化法〔8〕?催化氧化法〔9-10〕?超聲波法〔11〕?微波法〔12〕及生物法〔13-14〕等。其中吹脫法是應(yīng)用更廣且成熟?有效的技術(shù)。吹脫法工藝簡單?操作簡便?處理效果穩(wěn)定,尤其適宜于高濃度氨氮廢水的預(yù)處理。目前工業(yè)上廣泛采用的傳統(tǒng)吹脫法,氣液比一般需控制在(3000~5000)∶1,吹脫率通常<90%,能耗高,出水難以滿足后續(xù)生化處理的要求,且存在二次污染。部分學(xué)者采用提高廢水溫度或延長吹脫時(shí)間來獲得較高的吹脫率〔3,15〕,但提高廢水溫度或延長吹脫時(shí)間無疑會增加能耗。為此筆者通過對氨氮吹脫塔結(jié)構(gòu)和填料的改進(jìn)和優(yōu)化,強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)過程,在顯著降低氣液比的同時(shí)提高了氨氮吹脫率,同時(shí)開發(fā)了一種新型循環(huán)再生復(fù)合酸氨吸收溶液,用于實(shí)現(xiàn)廢水中氨的資源化。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一種新型高濃度氨氮工業(yè)廢水高效吹脫預(yù)處理和氨資源化新工藝〔16〕。
1、實(shí)驗(yàn)裝置及方法
1.1廢水來源
采用分析純硫酸銨和蒸餾水配制氨氮質(zhì)量濃度為500~8000mg/L的各種模擬廢水,進(jìn)行各影響因素的優(yōu)化試驗(yàn);并以某化工有限公司4000mg/L的高濃度氨氮工業(yè)廢水進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。
1.2實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。
吹脫塔和吸收塔為D=50mm的有機(jī)玻璃管,內(nèi)裝約700mm高的θ不銹鋼環(huán)填料。傳統(tǒng)吹脫塔多采用散堆填料或多級噴淋,存在壁流?溝流?填料比表面積小?氣液接觸面小等缺點(diǎn),本研究采用高比表面積的θ不銹鋼環(huán)填料,并用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀酸液進(jìn)行預(yù)處理,提高填料的浸潤性;塔內(nèi)填料分為3段,高度分別是100?300?300mm,設(shè)有3個(gè)氣液分布器,減少壁流和溝流的產(chǎn)生,改善氣體和液體分布。解吸塔為D=30mm玻璃管,內(nèi)裝約300mm高的θ不銹鋼環(huán)填料。第一級冷凝器采用自來水冷卻,溫度控制在約94℃,第二級冷凝器采用冰水冷卻;氨氮廢水和吸收液采用蠕動泵輸送,吹脫塔氨氮廢水進(jìn)水量為0.5L/h;氨氮廢水和空氣采用恒溫浴加熱。
1.3實(shí)驗(yàn)方法
一定濃度的氨氮廢水在調(diào)節(jié)罐內(nèi)用固體NaOH調(diào)節(jié)pH后,經(jīng)加熱器預(yù)熱后進(jìn)入吹脫塔頂部,經(jīng)預(yù)熱的空氣由吹脫塔底部進(jìn)入,吹脫后的廢水由塔底排入收集瓶。吹脫塔頂出來的吹脫氣進(jìn)入吸收塔底部,在塔內(nèi)與塔頂進(jìn)入的氨吸收液進(jìn)行傳質(zhì),吸收后的吹脫尾氣由塔頂排出,吸收液循環(huán)使用。吸收液飽和后進(jìn)入再生塔進(jìn)行加熱再生,再生后的吸收液回到吸收液儲罐循環(huán)使用;再生塔出來的高濃度氨氣經(jīng)二級冷凝后可獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%以上的氨水。
1.4分析方法
廢水中氨氮分析按照《水質(zhì)銨的測定蒸餾和滴定法》
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1吹脫實(shí)驗(yàn)
2.1.1pH對氨氮吹脫率的影響
根據(jù)不同pH下廢水中氨離子的電離率和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道〔17-20〕,將廢水pH控制在11左右為更佳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明,將吹脫出水pH控制在11左右可獲得較佳的吹脫效果。當(dāng)pH>11時(shí),廢水中的氨氮主要以游離氨和氨水合物形式存在,增大pH對吹脫率影響不大。
2.1.2溫度對氨氮吹脫率的影響
在廢水氨氮初始質(zhì)量濃度為1000mg/L,pH≈11,氣液比為1000∶1條件下,考察了溫度對吹脫率的影響,結(jié)果見圖2。
由圖2可知,廢水溫度<40℃時(shí),增加溫度可顯著提高廢水氨氮的吹脫率,但當(dāng)溫度>40℃后,溫度變化對吹脫率的影響明顯減弱,因此將廢水溫度控制在40℃左右較適宜,此時(shí)吹脫率可達(dá)95%以上。
2.1.3氣液比對吹脫率的影響
在廢水進(jìn)水溫度40℃?廢水pH≈11的條件下,考察了不同氨氮濃度下氣液比對吹脫率的影響,結(jié)果見圖3。
由圖3可知,氣液比小于1000∶1時(shí),不同氨氮濃度廢水的吹脫率均隨氣液比的增加顯著提高;但氣液比達(dá)到1000∶1時(shí),氨氮質(zhì)量濃度≥3000mg/L以上的廢水吹脫率可達(dá)95%以上;繼續(xù)提高氣液比,吹脫率增加緩慢;而氨氮質(zhì)量濃度<3000mg/L的廢水吹脫率接近95%,繼續(xù)提高氣液比至1500∶1后,吹脫率可達(dá)95%以上且增加緩慢。這表明,氣液比超過1000∶1后,進(jìn)水氨氮濃度對吹脫率影響不大。實(shí)驗(yàn)中為獲得95%以上的吹脫率,應(yīng)根據(jù)進(jìn)水氨氮濃度將氣液比控制在(1000~2000)∶1的范圍。
2.2吸收-解吸實(shí)驗(yàn)
2.2.1吸收劑對吹脫氣中氨的吸收
目前工業(yè)上采用傳統(tǒng)吹脫法處理高濃度氨氮廢水時(shí),含氨吹脫氣常直接排放,易造成二次污染。筆者研制了一種新型可再生氨吸收液,是由幾種無機(jī)和有機(jī)酸與助劑?水復(fù)配而成的酸性水溶液,pH≈4。其能高效吸收吹脫氣中的氨氣,生成不穩(wěn)定銨鹽;在加熱條件下,銨鹽分解釋放出氨氣,經(jīng)多級冷凝獲得較高濃度的氨水;同時(shí)吸收液得到再生,循環(huán)使用。
2.2.2吹脫尾氣中氨的吸收
常溫常壓下,廢水吹脫氣液比為1000∶1,復(fù)合酸吸收液流量約為12L/h,吸收液中有效組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),新型吸收液對不同氨濃度吹脫氣的吸收率見表1。
由表1可知,新型吸收液可高效去除不同氨氮濃度廢水吹脫氣中的氨,去除率達(dá)99.9%以上,吸收后排放氣中的氨質(zhì)量濃度更高為1mg/m3左右,全能滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554—1993)中氨排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.3吸收液pH對排放氣中氨濃度的影響常溫常壓下,當(dāng)氨氮初始質(zhì)量濃度為3000mg/L,氣液比為1000∶1,吸收液流量約為12L/h時(shí),吸收液pH對排放氣中氨濃度的影響見圖4。
實(shí)驗(yàn)中,吸收液吸收吹脫氣中的氨氣是否達(dá)到飽和可通過吸收液的pH變化來判斷。圖4表明,當(dāng)吸收液pH<7時(shí),排放氣中氨氣的質(zhì)量濃度約小于1mg/m3,且隨著吸收液的循環(huán)吸收,吸收液pH的增加對排放氣中氨氣濃度影響不大;但當(dāng)吸收液pH≥7后,隨著吸收液pH增加,排放氣中氨氣濃度迅速增大,表明吸收液已接近飽和狀態(tài),因此,在實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)吸收液pH≈7時(shí),可認(rèn)為吸收液已達(dá)飽和狀態(tài)。
2.2.4解吸溫度對降解率的影響飽和吸收液在加熱狀態(tài)下可釋放出氨氣,經(jīng)多級冷凝后可獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~20%的氨水。實(shí)驗(yàn)表明:飽和吸收液在108℃時(shí)解吸效果較好,此時(shí)吸收液呈沸騰狀態(tài),加熱60min后,解吸率很快達(dá)到91%左右;延長加熱時(shí)間對吸收液解吸率的影響不大。
2.2.5吸收液再生次數(shù)對降解率的影響
再生后的吸收液循環(huán)使用,并控制吹脫過程進(jìn)水中的氨氮質(zhì)量濃度3000mg/L,溫度40℃,氣液比1000∶1,pH≈11;控制吸收過程循環(huán)吸收液流量12L/h,溫度20℃,常壓。在上述實(shí)驗(yàn)條件下考察再生次數(shù)對降解率的影響,結(jié)果見表2。
由表2可知,吸收液經(jīng)5次吸收-解吸循環(huán),對氨吸收率均保持在99.9%以上,解吸率均達(dá)91%以上,表明新型吸收液具有良好的可再生性。
2.3連續(xù)實(shí)驗(yàn)
在吹脫和吸收實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,對裝置進(jìn)行了連續(xù)實(shí)驗(yàn)。控制吹脫過程進(jìn)水中的氨氮質(zhì)量濃度3000mg/L,溫度40℃,氣液比1000∶1,pH≈11;控制吸收過程循環(huán)吸收液流量12L/h,溫度20℃,常壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,吹脫塔出水氨氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定在58mg/L左右,吹脫率約98%;吸收塔排放氣中NH3質(zhì)量濃度穩(wěn)定在0.9mg/m3左右。這說明,實(shí)驗(yàn)裝置具有較好的穩(wěn)定性。
2.4實(shí)際廢水
在模擬廢水研究的基礎(chǔ)上,采用某化工企業(yè)實(shí)際高濃度氨氮廢水進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),該企業(yè)廢水的氨氮質(zhì)量濃度高達(dá)4000mg/L。
吹脫過程實(shí)驗(yàn)條件:溫度40℃,氣液比1500∶1?pH≈11;吸收過程實(shí)驗(yàn)條件:溫度20℃,常壓,吸收液流量12L/h;解吸過程實(shí)驗(yàn)條件:溫度108℃,時(shí)間60min。實(shí)驗(yàn)表明:廢水經(jīng)吹脫處理后,吹脫率達(dá)95.24%,出水NH3-N質(zhì)量濃度<200mg/L,滿足廢水生化要求;吹脫氣經(jīng)氨吸收液吸收后,排放氣中氨質(zhì)量濃度降至1.05mg/m3左右,滿足達(dá)標(biāo)排放要求;飽和吸收液再生的解吸率達(dá)91.18%,控制第一冷凝器出料溫度在94℃左右時(shí),得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.26%的濃氨水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬廢水較好一致。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3、結(jié)論
(1)通過對傳統(tǒng)氨氮廢水吹脫塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和高效填料的使用,強(qiáng)化了氣液傳質(zhì)過程。吹脫氣液比由(3000~5000)∶1大幅降至(1000~2000)∶1,氨氮吹脫率提高至95%以上,顯著降低了能耗。
(2)研發(fā)的新型可再生復(fù)合酸氨吸收液能高效吸收吹脫氣中的氨,吸收率達(dá)99.9%以上;飽和吸收液在108℃下解吸后,解吸率可達(dá)91%以上,解吸釋放出的高濃度氨氣經(jīng)二級冷凝后,可獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~20%的氨水。
(3)研發(fā)的新型可再生復(fù)合酸氨吸收液具有較好的穩(wěn)定性,經(jīng)多次吸收-解吸循環(huán)使用后,仍能保持很高的吸收率和解吸率。
(4)研發(fā)的高濃度氨氮廢水處理與氨資源化新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了廢水中氨氮的高效回收與資源化,為高濃度氨氮廢水的處理提供了一條新的技術(shù)途徑。
