吹脫和吸附協同降解高氨氮廢水研究*

裴 軍，洪 陽，胡小宇，李 沙，冉敬文

(黃岡師范學院，催化材料制備及應用湖北省重點實驗室，湖北 黃岡 438000)

水體中氨氮含量超標，不僅使水環境質量惡化，引起富營養化，還對人類以及動植物身體有嚴重危害。針對工業廢水氨氮的處理及方法研究，既能保護人類健康、提高水質，又能維護生物多樣性，促進生態系統的平衡。因此，加強工業廢水氨氮處理技術開發具有非常重要的戰略意義。

目前廢水中氨氮的去除主要方法包括化學法，生物法和物理法[1-3]，其各有優缺點，無論哪一種方法都無法單獨使用處理廢水達到達標排放的目的，混合使用也要先針對性的對廢水進行全面分析，找出影響去除氨氮的因素再對效果進行綜合權衡，避免盲目套用，找出最經濟、高效的處理方法。

空氣吹脫法一般用用于高濃度氨氮的初步處理[4-6]，通過曝氣使大部分的游離氨隨空氣逸出，物理吸收，達到降低水體氨氮的目的，同時也可以吹脫水體中部分弱極性易揮發性有機物。本文采用空氣吹脫和活性炭吸附協同處理電子行業高氨氮廢水，考察其處理效率及其影響因素，并進行優化。

1 實 驗

1.1 廢水來源

廢水來自某電子行業提供的廢水，含氨氮5.262 g/L，pH值4.62，均超過國家標準。

1.2 實驗儀器與試劑

pHS-3E臺式酸度計；5B-6C水質分析儀(用于測定氨氮)；SHZ-D循環水式真空泵；550W-8L空氣壓縮機；氫氧化鈉(AR)；鹽酸(AR)。

1.3 實驗方法

取一定量的廢水，用酸或堿調節廢水的pH值，加熱至一定的溫度，用真空泵抽氣或空壓機曝氣間隔一定時間，取樣測定氨氮的含量，再將廢水反調至pH接近于5，進入活性炭吸附柱，再取樣分析氨氮。本實驗考察了溫度、pH值、時間等因素對氨氮吹脫的影響。

2 結果與討論

2.1 pH值對吹脫氨氮的影響

取等量的廢水4份，調節pH分別為7，9，10，11，12，加熱至50 ℃，曝氣，考察吹脫氨氮效果。結果見圖1。從圖1中可以看出pH值對氨氮的吹脫效率有很大的影響，在pH接近中性時，吹脫效率很低，30 min吹脫不到20%，隨著pH值的升高，吹脫效率明顯升高，pH越高氨氮吹脫越完全，當pH達到11時，20 min吹脫率達到93%，此后再延長時間，剩余的氨氮也很難吹脫，這說明通過單一吹脫無法達到廢水達標排放目標。pH達到堿性，廢水中的銨轉化成游離氨，進而隨空氣逸出。

圖1 不同pH下吹脫除氨氮試驗結果Fig.1 Experimental results of ammonia nitrogen removal by blowing at different pH

2.2 溫度對吹脫氨氮的影響

取一定體積的高氨氮廢水4份，調節pH至11，在不同溫度下曝氣，在一定的時間間隔內取樣測定氨氮含量，計算吹脫率。結果見圖2。從圖2中可以看出，溫度也是影響氨氮吹脫效率的因素之一。室溫下30 min內僅吹脫42%，當溫度升高至50 ℃時吹脫效率顯著提升，20 min就可以達到最佳效果，繼續升溫到70 ℃ 15 min即可達到最佳效果。溫度對吹脫效率的影響應該歸功于能量的升高，游離氨與水分子形成的氫鍵斷裂所致。

圖2 溫度對吹脫氨氮效率影響試驗結果Fig.2 Effect of temperature on ammonia nitrogen removal efficiency

2.3 影響吹脫效率的條件優化

初步實驗結果表明，廢水溫度，pH值和吹脫時間是影響氨氮吹脫效率的最主要因素。為進一步優化條件，根據正交設計法的基本原則，選取溫度(A)、pH(B)和時間(C)來進行考察。各因素與水平的對應關系如表1，實驗方案及結果如表2所示。

表1 因素與水平的對應關系Table 1 The corresponding relationship between factors and levels

由表2結果可以看出，通過極差來判斷，當實驗條件在不同水平間變化時，pH值是影響氨氮吹脫率的最主要因素，pH越高，吹脫效率越高，這是銨鹽轉化成游離氨的結果。其次是溫度，溫度超高，吹脫效率越高，說明升高溫度可以有效減少氨氮在水體的殘留量。至于反應時間，影響很小，只要在滿足pH和溫度的條件下，10 min以上就可以達到較為理想的結果。從能耗和試劑成本考慮我們選擇溫度為50 ℃，pH為11，吹脫時間20 min來作為工業應用條件。

表2 實驗方案、結果及極差分析Table 2 Experimental scheme, results and range analysis

2.4 活性炭吸附

經過吹脫后的氨氮廢水還含有5%～7%的氨氮殘留，達不到工業廢水排放標準。為了進一步處理，通過利用鹽酸調節廢水pH至5～6.5，活性炭吸附。實驗中將一定量的顆粒活性炭填充在直徑為10 cm的玻璃柱中，填充高度為1 m，調節廢水流速在0.3 L/min左右，保證廢水在柱同內停留5～8 min，出水水質優于國家排放標準。

3 結 論

根據電子行業高氨氮廢水特點，在滿足pH高于11，水溫高于50 ℃的條件下采用空氣吹脫可以高效降低廢水中的氨氮含量93%～95%，進一步采用活性炭吸附可以達到或優于國家排放標準。整個流程操作方便，處理成本低，無二次污染，在同行業中值得推薦。