吹脱法处理高浓度氨氮废水试验

吹脱法处理高浓度氨氮废水2007-07-19 01:17来源:source 作者:周明罗陈建中刘志勇点击:53次简介：对onclick="g('垃圾');">垃圾渗滤液处理难点进行了分析，阐述了onclick="g('垃圾');">垃圾渗滤液国内外处理现状、处理工艺对比、以及存在弊端，概述OFR新型专利技术处理onclick="g('垃圾');">垃圾渗滤液的原理、应用范围、技术优势及其推广方向，提出OFR技术在高浓度有机废水处理有特殊的效果，已成功应用于国内外多家企业，尤其在onclick="g('垃圾');">垃圾渗滤液前预处理和经膜技术处理后的浓液处理方面有广阔的应用前景。

关键字：onclick="g('垃圾');">垃圾渗滤液浓缩液氨氮高浓度氨氮废水来源甚广且排放量大。

如化肥、焦化、石化、制药、食品、onclick="g('垃圾');">垃圾填埋场等均产生大量高浓度氨氮废水。

大量氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，而且将增加给水处理的难度和成本，甚至对人群及生物产生毒害作用[1]。

氨氮废水对环境的影响已引起环保领域和全球范围的重视，近20 年来，国内外对氨氮废水处理方面开展了较多的研究。

其研究范围涉及生物法、物化法的各种处理工艺，如生物方法有硝化及藻类养殖；物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换法、氨吹脱、化学沉淀法、折点氯化、电化学处理、催化裂解等。

新的技术不断出现，在处理氨氮废水的应用方面展现出诱人的前景。

本文侧重介绍吹脱法处理高浓度氨氮废水的技术特点及研究应用。

1 吹脱技术吹脱法用于脱除水中氨氮，即将气体通入水中，使气液相互充分接触，使水中溶解的游离氨穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除氨氮的目的。

一、吹脱法处理氨氮废水实验方案1、吹脱法处理高浓度废水实验方案高浓度氨氮废水来源甚广且排放量大。

如化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等均产生大量高浓度氨氮废水。

大量氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，而且将增给水处理的难度和成本，甚至对人群及生物产生毒害作用。

氨氮废水对环境的影响已引起环保领域和全球范围的重视，近20年来，国内外对氨氮废水处理方面开展了较多的研究。

其究范围涉及生物法、物化法的各种处理工艺，如生物方法有硝化及藻类养殖；物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换法、氨吹脱、化学沉淀法、折点氯化、电化学处理、催化裂解等。

新的技术不断出现，在处理氨氮废水的应用方面展现出诱人的前景。

下文主要介绍吹脱法处理高浓度（800-4000mg/l）氨氮废水的实验方法。

吹脱法工艺简单投资成本低，国内研究集中在高浓度氨氮废水脱氨方向，其吹脱介质通常为空气。

空气吹脱法的不足之处在于吹脱后废气的处理和回收问题，同时其气体消耗量大，需要额外的动力，因而运行成本较高。

针对上述问题，本课题组在研究空气吹脱法的同时，以煤气为吹脱介质去除废水中氨氮，研究了吹脱的工艺条件并提出解决氨的回收利用的方法。

吹脱后的剩余氨水氨氮浓度已大大降低，可与其它工段废水混合后进入生化处理工艺。

为回收吹脱后富氨煤气中的氨，可将煤气吹脱工艺与硫铵生产工艺联合运行。

富氨煤气进入硫铵工艺饱和器前煤气总管，利用现有工艺回收生产硫铵，解决了空气吹脱工艺需要设置氨回收装置的问题。

a)实验流程及方法实验室吹脱装置及流程见图1图1 实验流程有机玻璃填料柱为Φ130 mm，填装有 25mm聚丙烯鲍尔环填料，其高度为1 m。

废水温度通过废水槽中的加热器调节，废水和空气流量通过流量计调节和控制。

模拟废水使用氯化铵配制，氨氮浓度约为2.5 g/L。

尾气通入硫酸吸收液，其中的氨被吸收后再排放。

影响吹脱效率的主要因素有废水 pH和温度，表面活性剂浓度、气液比。

制药废水的氨氮吹脱试验上海荏原成套工程有限公司(上海,200071)) 胡允良　张振成　翟巍　高峡 摘要　某制药厂在生产乙胺碘呋酮时产生了一部分高浓度氨氮废水(NH3—N7200～7500mg/L)。

通过实验室的静态吹脱试验,当p H为10～13,温度为30～50℃时,氨氮吹脱效率为7013%～9913%。

通过比较,得出该废水最经济合理的吹脱p H为11,温度为40℃。

在此最佳吹脱条件下,最合理的吹脱时间为2h,吹脱效率为96%。

吹脱后的废水氨氮浓度大大降低,可以进入生化处理系统进行处理。

关键词　氨氮废水,吹脱试验,吹脱法 随着工农业生产的不断发展,氮所产生的水体污染(主要是水体富营养化)越来越严重。

为此各国对废水处理出水水质的排放要求也越来越高,除了对有机物(碳类)和悬浮物有严格要求外,对处理出水的氮也有所要求。

目前发达国家如美国、法国、日本等,均对处理出水中总氮有排放要求,而我国目前还只是对氨氮有排放要求。

氮存在的形态有几种:有机氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氮气。

通过各种生物或化学反应,氮的存在形态可以互相转换。

1　氨氮废水处理方法简述111　生化法 废水中的氮在各种微生物的作用下,通过氨化、硝化、反硝化等一系列反应最终形成了氮气,从而达到了处理的目的〔1〕。

生化法除氮需要大量的碳源和氧气,碳氮磷比一般为100∶5∶1。

该法反应速度较慢,处理费用低。

因此在废水的碳氮比合适、氨氮浓度较低的情况下,宜采用生化法。

112　物化法11211　氯化法 氯化法是通过投加足量氯气至废水中使NH3—N氧化成氮气〔1〕,整个反应如下:NH4++1.5HClO015N2↑+1.5H2O+2.5H++1.5Cl- 加氯反应需氯量(以Cl2计算)对NH3—N的重量比为716∶1,为了保证反应的完全进行,加氯应略过量,重量比在8∶1～10∶1。

虽然氯化法反应迅速完全,所需设备投资较少,但液氯的安全使用和贮存要求高,并且处理成本也较高;若用次氯酸或二氧化氯发生装置代替使用液氯,安全问题和运行费用可以降低,但目前国内最大的发生装置产氯量太小,并且价格昂贵,因此氯化法一般用于给水的处理,对于大水量高浓度氨氮废水不适合。

氨氮废水解决方式主要有蒸汽获取法、生化法、离子交换法、点氯化法和磷酸镁沉淀法。

当前阶段在国内选用生化法和蒸气法，海外选用生化法和磷酸铵镁离子交换法。

汽提法重要用作中、高浓度、高流量氨氮废水的解决。

获取后的氨气能够回收再利用,但存有着降垢非常容易、超低温氨氮除去高效率低、获取时间长、二次环境污染和氨氮浓度值高等缺陷。

说明了危害汽提法的首要条件，提高了氨氮去除率。

这对操纵氨氮处理成本费用，操纵水资源污染，开展大城市可持续发展观观具备重要现实意义。

一、吹脱原理剥离方式的基本概念是运用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际上浓度值与均衡浓度值中间的差别，并在碱性前提条件下应用气体开展汽提，鉴于气体在这段时间持续排出来。

剥离全过程，气体更改。

气相中氨的浓度值促使实际上浓度值一直小于在该前提条件下的均衡浓度值，末尾融解在废水中的氨不断根据气-液页面，促使NH3-N在一般用气体除去废水。

做为载体。

氨汽提是一类传质全过程。

推动力来自空气中氨分压与废水中氨浓度值平衡分压之差。

气体组分在液位的分压和液体中的浓度值合乎亨利定理，即占比关联。

这类方式也称之为“氨分析法”。

分析速率与气温和气液比相关。

吹脱法的基本概念是气液平衡论和传质速率理论.废水中的NH3-N一般以铵态(NH4)和游离氨(NH3)的形式存有.当pH为中性时，NH3-N重要以铵离子(NH4+)的形式存有。

当pH为碱性时，NH3-N 重要处在游离氨(NH3)的状态。

剥离方式是在沸水中加入碱以调节pH。

该值为碱性，废水中的NH4+首先转化为NH3，然后根据蒸汽或气体解吸，将废水中的NH3转化为气相，从而从水中除去NH3-N。

常见的气体或水蒸气做为载气，前者称之为气体吹脱，后者称之为蒸汽吹脱。

二、优点和缺点优势：吹脱法用作解决高浓度氨氮废水具备工作流程简易、解决实际效果平稳、基本建设费和运作费较低等优势，应用性较强。

缺陷：出进水务必调节PH、要是没有酸性吸收吹脱出来了的氨气随气体进到大气造成二次环境污染、硬度高的废水积垢比较严重。

目录目录 (1)第一章废水和城市污水脱氮工艺概述 (4)1.1前言 (4)52.2.3 影响氨吹脱效率的因素 (14)2.3 研究内容与目标 (15)2.3.1 研究内容 (15)2.3.2 研究目标 (16)第三章试验情况及结果讨论 (17)3.1 城市污水水质及分析 (17)3.1.1 污水水质 (17)3.1.2 水质分析 (17)3.2 吹脱装置的选择 (17)3.6.6 温度对NH3-N去除率的影响 (39)3.7 吹脱法对TN去除的影响 (42)3.8 氨氮吹脱对COD去除的影响 (42)3.9 吹脱尾气的处理 (44)3.9.2 高空排放 (45)3.10 吹脱对填料塔结垢的影响及解决办法 (46)3.11 试验结果总结 (47)第四章城市污水空气吹脱脱氮的工艺设计 (49)4.2 废水水质及水量 (49)4.7 消石灰用量 (57)4.8 氨氮吹脱的优化方案 (58)第五章结论和建议 (59)第一章废水和城市污水脱氮工艺概述1.1前言随着人类活动的不断增加，环境资源的不断改变，水体氮污染日趋严重。

据统计，我国主要湖泊因氮、磷污染而导致富营养化的引起环境污染的氮存在方式主要有NH3-N、有机氮、NO2-、NO3-。

因此，对废水脱氮处理的研究显得尤为重要。

1.2 国内外废水脱氮技术国内外对转化和去除废水中的氮进行了大量的工作，尝试并运亚硝酸盐，亚硝酸菌属于强好氧性自养细菌，利用氨作为其唯一能源；第二阶段，在硝酸菌的作用下，使亚硝酸盐转化为硝酸盐。

2NH4-+3O2 →2NO2-+2H2O + 4H+2NO2-+O2 →2NO3-NH4-+2O2 →NO3-+2H- +H2O硝化最佳pH值为8.4，当pH在7.8～8.9范围时，为最佳速度的90%。

当温度从5℃提高到30℃时，硝化速度也随之不断增加。

反硝化就是在缺氧条件下，由于反硝化菌的作用，将NO2-和NO3-还原为N2的过程。

其过程的电子供体是各种碳源，若以甲醇作碳源为素，维持最佳碳氮比也是生物处理法成功的关键之一。

第30卷第4期2008年7月南　京　工　业　大　学　学　报　(自然科学版)JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY(Natural Science Editi on)Vol.30No.4July2008吹脱法处理高浓度氨氮废水刘文龙,钱仁渊,包宗宏(南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009)摘　要:运用吹脱法处理催化剂生产过程中产生的含(NH4)2S O4高浓度氨氮废水,考察了吹脱时间、废水pH、吹脱温度等因素对氨氮最大脱除率的影响.结果表明,当废水pH为1115,吹脱温度为80℃,吹脱时间为120m in,废水中氨氮脱除率可达9912%.在此基础上探索了吹脱法脱除氨氮的工业装置操作的吹脱温度和气液比对废水氨氮脱除率的影响,适宜的操作工艺条件是:废水pH1115,吹脱温度为80℃,气液体积比300.关键词:(NH4)2S O4废水;吹脱;氨氮3中图分类号:X70311 文献标识码:A 文章编号:1671-7627(2008)04-0056-04Trea tm en t of h i gh concen tra ti on amm on i a2n itrogenwa stewa ter by a i r str i pp i n gL I U W en2l ong,Q I A N Ren2yuan,BAO Zong2hong(College of Che m istry and Che m ical Engineering,Nanjing University of Technol ogy,Nanjing210009,China)Abstract:The high2enriched a mmonia2nitr ogen waste water fr o m the catalyst pr oducti on is treated by air stri pp ing.The influencing fact ors on the maxi m u m re moval rate of a mmonia2nitr ogen,including the stri pp ing ti m e,the value of pH, and the te mperature of the waste water,were investigated.The results sho wed that with pH1115,the te mperature80℃, stri pp ing ti m e120m in,the re moval rate was9912%.The effects of stri pp ing te mperature and the rati o of air t o liquid f or the operati on of the co mmercial device by air stri pp ing were further ex p l ored.The opti m u m technol ogical conditi on f or operati on was described as f oll o ws:pH1115,the te mperature80℃and the v olu me rati o of air t o liquid300.Key words:a mmoniu m sulfate waste water;stri pp ing;a mmonia2nitr ogen 生产临氢、非临氢降凝催化剂和5A小球过程中产生含(NH4)2S O4的氨氮废水,氨氮浓度很高,氨氮是引起水体富营养化的主要因素.生产临氢、非临氢降凝催化剂和5A小球产生的废水不进行处理直接排放的话,会消耗水中大量的溶解氧,恶化水质,严重污染环境[1].因此必须经过处理,至少达到国家规定的二级排放标准25mg/L才能排放,脱除这类废水中的氨氮是处理废水的关键步骤之一.脱除废水中氨氮的方法有很多,主要有生物硝化-反硝化法、离子交法、折点氯化法、化学沉淀法、吸附法、湿式催化氧化法、光催化氧化法等[2].目前工业生产废水处理最常用、最彻底的方法是生化处理法,它可以高效率低成本地处理含氨氮废水,但是进水氨氮浓度一般不能超过500mg/L,否则将影响正常的运行,而且高浓度氨氮本身对微生物的活动和繁殖有抑制作用[3].MAP沉淀法、离子交换法、折点氯化法、膜分离法等对于高浓度氨氮废水的处理,存在工艺操作繁琐、处理周期短、处理成本高、易引起二次污染等缺点,不适宜工业化大规模的应用.催化剂生产废水的特点是高氨氮(平均达4300mg/L),低化学需氧量(COD)和低碳氮比.对于处理这类废水,在国内外应用最为广泛的是吹脱3收稿日期:2008202216作者简介:刘文龙(1982—),男,江苏常州人,硕士生,主要研究方向为化工分离与废水处理;钱仁渊(联系人),副研究员,E2mail:qianryl@.法.吹脱法与其他方法比较,工艺流程简单、适应性强、操作简单、去除效率高、运行费用比较低[4-5].但吹脱法容易造成空气二次污染,若采用加石灰水调节pH,产生CaS O4沉淀,易造成吹脱塔、管道等结垢,影响脱氨氮操作过程的稳定性[6].综合考虑技术可行性和经济因素,本课题选择吹脱法处理催化剂生产过程中产生的高浓度(NH4)2S O4废水.本文对吹脱法脱除含(NH4)2S O4废水中氨氮的吹脱时间、废水pH、吹脱温度等因素对氨氮最大脱除率的影响进行了考察,并对吹脱法脱除废水中氨氮的工业装置的适宜工艺操作条件进行了探索.1　废水氨氮最大脱除率实验111　实验装置及方法废水氨氮最大脱除率实验装置如图1所示.填料柱是<30mm×430mm的玻璃柱,外有夹套恒温,内装不锈钢三角填料(<2mm×2mm),顶部安装冷凝器.1—空气压缩机;2—转子流量计;3—冷凝器;4—填料柱;5—恒温槽图1　空气吹脱氨氮实验装置Fig.1　Apparatus for re moval of a mmonia2nitr ogen by stri pp ing 含(NH4)2S O4高浓度氨氮废水,氨氮质量浓度大约为4300mg/L,pH值为812～815,外观混浊,表层有油污,废水中有片状固型物.实验前将废水加Na OH搅拌,调节pH至一定值,静置沉淀,取一定体积的清液层加入填料柱内.用恒温槽给填料柱内的废水加温,达到设定的一定温度后,吹脱空气经转子流量计计量后从填料柱底部进入,鼓泡通过床层,离开填料柱的气体经塔顶冷凝器冷却后排入大气.实验每隔一定时间取废水试样,测定废水的氨氮含量.氨氮含量采用G B7479—87《水质铵的测定纳氏试剂比色法》测定.112　实验结果与讨论11211　吹脱时间对脱除废水氨氮的影响取废水200mL,用Na OH调节废水的pH为1115、填料柱内废水温度80℃、吹脱空气流量为800mL/m in,测定吹气时间与氨氮脱除率的关系如图2所示.图2　吹脱时间对氨氮脱除的影响Fig.2　Effect of air stri pp ing ti m e on a mmonia2nitr ogen re moval 由图2可以看出,随着鼓气吹脱时间的增加,开始废水中的氨氮含量下降,且氨氮脱除率增加较快,以后两者的变化速率都下降.当鼓气时间达到100m in后两者基本不变,废水中的氨氮浓度在实验条件下汽液两相基本达到平衡,氨氮的脱除率达到9912%,质量浓度降低到3213mg/L.11212　废水pH对氨氮脱除的影响用Na OH调节不同pH(9～12)的废水200mL加入到填料柱内,设定吹脱温度为80℃,吹脱空气流量为800mL/m in,鼓气吹脱时间为120m in,试验结果如图3所示.图3　pH对氨氮脱除的影响Fig.3　Effect of pH on efficiency of a mmonia2nitr ogen removal 由图3可以看出,随pH的增加废水中的氨氮平衡含量下降,且平衡脱除率增加.pH在910～1015之间,脱除率和氨氮质量浓度变化率较大,pH继续增加75　第4期刘文龙等:吹脱法处理高浓度氨氮废水变化率减缓.当废水pH在1115以上,脱除率增加很少,达到最大.这是由于当pH在1115以上时,废水中的NH+490%都转变为游离氨了[7],再提高pH,游离氨的比例增加不大.11213　吹脱温度对氨氮脱除的影响取废水体积200mL,用Na OH调节废水的pH至1115,吹脱空气流量为800mL/m in,鼓气吹脱时间为120m in,控制吹脱温度θ在50～90℃之间,测定吹脱温度与氨氮脱除的关系,实验结果如图4所示.图4　吹脱温度对氨氮脱除的影响Fig.4　Effect of temperature on efficiency of a mmonia2nitr ogen re moval 由图4可以看出,随着吹脱温度的升高,氨氮脱除率不断增高.这是因为一方面,温度的提高增大氨在水中的扩散系数,增加传质系数;另一方面,在一定压力下,温度的提高使氨在水中的溶解度降低,增加了传质推动力[8].以上两个因素都有利于氨的脱除.50～80℃时,温度对氨氮脱除率的影响很大,大于80℃后,温度的影响减小.2　连续吹脱实验在考察了不同操作条件下吹脱方法对脱除废水氨氮平衡影响的基础上,为了得到比较适合于工业生产装置的操作工艺条件,进行了连续吹脱实验. 211　实验装置流程及方法实验装置流程如图5所示.吹脱塔是填料塔,塔高2500mm,直径200mm,内装700型金属丝网波纹填料[9],高度1600mm,填料塔顶部有废水入口和气体出口,底部有2个进料口和1个出料口,分别加入蒸气、空气和引出处理后的废水. 生产降凝催化剂和5A小球过程中产生的混合氨氮废水进入废水贮罐,加入工业级25%的Na OH 溶液搅拌,调节废水的pH,然后进入沉淀池静置沉淀脱除废水中的固体杂质;澄清后的废水进入澄清1—废水贮罐;2—沉淀池;3—澄清贮罐;4—废水输送泵;5—流量计;6—吹脱塔;7—温度计套管;8—鼓风机图5　高浓度氨氮废水连续性吹脱实验流程Fig.5　Fl owsheet of commercial scale eperi m ent on continuity of a m2 monia2nitr ogen removal贮罐,再由泵输送到填料塔顶,并由流量计计量,吹脱温度通过蒸气的加入量来控制.含氨氮的原料废水在填料塔内由上而下流动,与上升的空气逆流接触,废水中的氨向气相转移,从而达到脱除废水中氨氮的目的.212　实验结果21211　温度对连续性吹脱效果的影响为研究温度对连续性实验吹脱效果的影响,调节废水pH为1115,入塔废水流量为0125m3/h,空气流量为75m3/h,即气液体积比为300,在塔釜通入水蒸气加热废水,根据温度对最大脱除率影响的实验结果,确定吹脱温度为60、70、80、90℃进行实验,吹脱温度通过加入的蒸气量来调节.温度与氨氮吹脱效率关系的试验结果如图6所示.图6　吹脱温度对连续性吹脱效果的影响Fig.6　Effect of stri pp ing te mperature on efficiency of ammonia2nitr o2 gen re moval 由图6可知,随着吹脱温度的升高,氨氮脱除率也逐渐增高.60～80℃之间,脱除率的变化速率非常快,80℃后脱除率的增加变得平缓,因此选择吹85南　京　工　业　大　学　学　报　(自然科学版)第30卷　脱温度为80℃是比较合理的操作温度.21212　气液比对连续性吹脱效果的影响气液比是连续性吹脱工业装置的重要操作参数,为了获得适宜的气液比,对气液比对废水氨氮脱除率的影响进行了研究.实验调节废水的pH 为1115,入塔流量为0125m 3/h,塔釜通入水蒸气加热至80℃,调节蒸气量,维持填料塔中废水的温度,调节不同的空气流量来改变气液比进行实验,实验结果如图7所示.图7　气液比对氨氮脱除率的影响Fig .7　Effect of gas 2liquid rati o on a mmonia 2nitr ogen re moval 由图7可知,随着气液比的升高,氨氮的脱除率逐渐升高.气液比增大,降低了气体中氨的浓度,提高传质推动力,从而加快氨从液相到气相的传质速率,氨氮的脱除率得以提高[10].但当气液体积比超过300,气液比的增加对脱除率的影响甚微,这是因为废水中的氨氮浓度较低,而且受到平衡的限制.同时气液比的增加导致操作过程能耗的增加,因此气液体积比为300是比较合适的操作条件.3　结　论(1)采用吹脱法脱除含(NH 4)2S O 4高浓度氨氮废水中的氨氮,在废水pH 为1115、吹脱温度为80℃、吹脱时间为120m in 条件下能使废水中氨氮脱除率达到9912%,氨氮质量浓度可降至60mg/L 以下,说明吹脱法处理高浓度氨氮废水的方法是可行的.(2)吹脱法脱除含(NH 4)2S O 4高浓度氨氮废水中的氨氮工业装置适宜的工艺操作条件是:废水pH控制在1115以上,吹脱温度80℃左右,气液体积比大于300,可使废水中的氨氮从4300mg/L 降低至60mg/L 以下,再进入生化处理系统进一步处理,可达到国家一级排放标准15mg/L.参考文献:[1]　Robis on H D.Characterizati on and treat m ent of leachate fr omHong Kong landfill leachate [J ].Eur opean W ater Pollut Con 2tr ol,1997,7(6):33-40.[2]　仝武刚,王继徽,刘大鹏.高浓度氨氮废水的处理现状与发展[J ].工业水处理,2002,22(9):9-12.Tong W ugang,W ang J ihui,L iu Dapeng .Presentsituati on and devel opment of the treat m ent of highly concentrated a mmonium 2nitr ogen waste water [J ].I ndustrial W ater Treat m ent,2002,22(9):9-12.[3]　Garrido J M,Guerrer o L,Mendez R,et al,N itificati on of wastewaters fr om fish 2meal fact ories [J ].W ater S A,1998,24(3):245-249.[4]　蔡秀珍,李吉生,温俨.吹脱法处理高浓度氨氮废水试验[J ].环境科学动态,1998,9(4):21-23.Cai Xiuzhen,L i J iesheng,W en Yan .Dealing with high concen 2trated NH 32N waste water by bl ow 2off method [J ].Envir onmental Science 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