基于復合脫氮劑—吹脫法處理高濃度氨氮廢水裝置與應用

董向陽 趙遠 雷春生 冀云 郭雅婷

【摘 要】本文以傳統的吹脫法處理高濃度氨氮廢水技術為基礎，復配了一種以乳酸乙酯為主、乙酸為輔的有機復合脫氮劑，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行分析。研究結果發現，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99.94%；溫度到達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99.999%；對于氨氮濃度在800～30000mg/L的廢水，在常溫下以相應條件吹脫后，廢水中剩余氨氮濃度都在l5mg/L以下，吹脫出來的氨氣經吸收裝置吸收無二次污染。

【關鍵詞】高濃度氨氮；有機復合脫氮劑；氨氮去除率；吹脫法

目前我國氨氮排放量已遠遠超出受納水體的環境容量，氨氮已成為影響地表水水環境質量的首要指標，減排指標除了“十一五規劃”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體系，明確提出氨氮減排10%的目標。常見的氨氮廢水處理技術主要有物化法、傳統生物脫氮技術和新型生物脫氮技術等。物化法包括吹脫法、化學吸附法、折點氯化法、離子交換法等；新型生物脫氮技術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，無法達到經濟、低耗、高效去除氨氮的要求。本文主要是在傳統吹脫法處理高濃度氨氮廢水基礎上，加入一種有機復合脫氮劑，對影響高濃度氨氮廢水脫氮效率的不同條件進行了探討，并分別以不同的高氨氮廢水為進水時，通過試驗模擬實現了氨氮的去除[2]，證明有機復合脫氮劑-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，調節池和脫氮塔由鋼鐵做成；調節池的體積能夠容納1.0m3廢水，脫氮塔采用五級分層結構，每層層高為1.0m，可以調控液位水面，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。采用羅茲鼓風機進行曝氣，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子流量計進行控制。廢水由管道流進調節池，用堿調節pH值并加入脫氮劑，加熱時采用蒸汽加熱。充分攪拌后由提升泵提升到脫氮塔頂部，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移，從而去除水中的氨氮。吹脫出來的氣體由管道進入氨氣吸收裝置，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。采用固體工業堿加水溶解調節pH值，復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。加堿調節pH值為11.0，再分別稱取5，10，l5，20，25，30g有機復合脫氮劑，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，可見有機復合脫氮劑與吹脫法相結合，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值繼續上升到8.5，氨氮的去除率升到99.98%。在研究發現在任一pH值條件下進行試驗，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。結果如表3所示，從表中可以看出當曝氣時間超過1.0和1.5h，氨氮去除率分別達到96%和99%；在曝氣時間超過2.5h后，氨氮去除率達到99.999%以上。考慮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，氨氮去除率降低平穩，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，當溫度在常溫（25℃）條件下，氨氮的去除率達到99.97%，剩余氨氮濃度10mg/L，低于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》二級標準，繼續升高溫度到45℃以上時，廢水中剩余氨氮濃度僅為0.21mg/L，氨氮去除率達到99.999%。

6.不同進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，在傳統吹脫法的基礎上加入有機復合脫氮劑，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，加入有機復合脫氮劑對于氨氮的去除效果很明顯與脫氮劑加入量關系不大。pH是影響氨氮去除效果的一個重要因素。當廢水中的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pH值升至11.0以上時，游離氨（NH3）可達90%以上。因而一般的吹脫法必須要把廢水pH值調節到11.0以上，氨氮的去除率才能達到90%以上。在廢水中加入有機復合脫氮劑時，廢水中pH值在酸性或中性條件下，氨氮的去除率也能夠達到90%以上。當脫氮劑對氨氮的去除率達到峰值后，氨氮的去除率隨著脫氮劑的加入反而減小，當溶液達到臨界膠束濃度時，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[3]。而且傳統吹脫法在脫氮完之后廢水中的pH值有所下降，而復合脫氮劑強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，這進一步說明氨氣從水中吹脫出來，不是由于OH-與NH4+反應的結果。

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吸熱量的條件。傳統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，需要加入有機復合脫氮劑再進行吹脫。吹脫塔排放的尾氣中含有大量氨氣，直接排放對環境造成很大影響，因此吹脫出的NH3進入氨氣吸收塔，吸收裝置采用雙級逆流吸收無二次污染。

四、結論

（1）經試驗研究證明，將有機復合脫氮劑與傳統吹脫法相結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，實際應用中應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，使其達到堿性條件。

（4）試驗結果表明，有機復合脫氮劑與傳統吹脫法相結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，氨氮去除率可達到99.95%。

【參考文獻】

[1]蘇麗娜.物化法在治理環境中高氨氮廢水的應用探討.山西化工，2016，164：16—37

[2]孫連鵬，陳莉莉，羅家和，等.復合脫氮劑處理高濃度氨氮廢水的小試研究.環境科學與技術.2014，6N：148-149

[3]李秀婷，柳麗芬，楊風林，等.Pt/TiO 2光催化氧化還原耦合反應脫除水中無機氮.無機化學學報，2006，22：1180—1186