復合解氨劑處理高濃度氨氮廢水的實驗研究

羅軍 張歡 賴祖明

（1、江西現代職業技術學院建筑工程學院，江西南昌 330013 2、南昌市燃氣集團有限公司，江西南昌 330013 3、江西耐可化工設備填料有限公司，江西萍鄉 337005）

隨著城鎮化進程的不斷加快，日益嚴重的水體污染問題成為破壞生態環境的重要因素。由氨氮廢水超標排放導致水體富營養化是當今世界亟需解決的最重要的環境污染問題之一。廢水的氨氮濃度不同可劃分為三類：(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、折點氯化法、化學沉淀法、離子交換法等）和生物法在內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題，不能滿足高效、經濟、節能的脫氮要求。

復合解氨劑吹脫法是在吹脫法的基礎上，通過加入一種復合解氨劑來提高脫氮率的一種方法，通過解氨劑協同吹脫法處理高濃度氨氮廢水的單因素實驗研究，證明解氨劑在吹脫法中起的協同作用，并得到最佳工藝參數，為市場化應用提供數據參考。

1 實驗裝置與試驗步驟

實驗裝置見圖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節pH 值并與配置好的解氨劑混合后放入恒溫搖床，使其溶解均勻。通過恒溫水浴鍋調節氨氮廢水溫度后將曝氣頭放入燒杯中進行曝氣。實驗結束后測定氨氮濃度，并計算脫氮率。

圖1

2 實驗結果與討論

2.1 pH 對氨氮脫除效果的影響

在溫度為35℃，解氨劑與廢水混勻時間20min，解氨劑投加量為50mg/L 的實驗條件下。改變廢水溶液的pH分別為3、5、7、8、9、10、11、12 后測定其剩余濃度并計算脫氮率，實驗結果見圖2。

圖2 pH 對氨氮脫除效率的影響

由圖2 可知，脫氮率變化曲線有兩個比較明顯的轉折點，分別當pH=7 和pH=10 時。當pH＜7時，脫氮率隨pH 上升而提高，但依舊較低，不足50%。若pH 持續上升到10 時可以發現單位pH 升高范圍內氨氮去除率不斷提高的同時脫氮率提高速率也在加快。此時若pH 繼續從10 上升到12，雖脫氮率也在上升，但上升速率明顯放緩，超過12 時幾乎無變化，脫氮率最高達到96.6%。由此可以發現，pH 對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系：NH4++OH-NH3+H2O。提高pH 至堿性，平衡向生成游離氨的方向移動，游離氨所占比例增加。若pH 值在11 左右時，游離氨（NH3）所占比例達到90%以上。此時采用空氣或蒸汽吹脫，游離氨將從水中逸出，從而實現脫氮。在pH＞11 時，脫氮率變化幾乎為零，綜合考慮下本實驗認為pH=11 為最佳反應條件。

2.2 溫度對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間20min 的實驗條件下，設定溫度分別為10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，實驗結果見圖3。

圖3 溫度對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℃區間段脫氮率提升效果明顯，繼續提高到70℃時脫氮率變化不大并趨于穩定。

圖3 解氨劑投加量對氨氮脫除效率的影響

提高溫度促進脫氮率提升主要存在兩個原因：一是游離氨的生成反應是吸熱反應，升高溫度，能改善游離氨的生成環境。二是氨氮在水中的溶解度會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]。結合實驗結果與經濟效益等因素，本實驗選取35℃為最適溫度。

2.3 解氨劑投加量對氨氮脫除效果的影響

吹脫法脫氮的依據是氣液傳質原理[3]。近年來廣大科研人員圍繞傳質機理、特性、傳質膜系數改變方法等方面進行了大量研究[4-6]，證實表面活性劑協同吹脫法處理氨氮廢水能明顯提高氨氮脫除率。設定實驗條件：pH=11，溫度為35℃，解氨劑與廢水混勻時間20min，研究解氨劑的投加量對實驗結果的影響，實驗結果見圖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 時濃度達到最低點，脫氮率達到96.4%。因此，本實驗選擇解氨劑50mg/L 為最佳反應條件。若進一步加大投加量時，脫氮率不降反升，原因在于過多的解氨劑會使液面形成一層厚的泡沫層，導致液膜阻力增大，進而降低氣液傳質效率，使脫氮率下降。

2.4 解氨劑與廢水的混勻時間對氨氮脫除效果的影響

在pH=11，溫度35℃，解氨劑的投加量50mg/L 的實驗條件下，研究解氨劑與廢水的混勻時間對實驗結果的影響，實驗結果見圖5。

圖5 混勻時間對氨氮脫除效率的影響

由圖5 可知，延長解氨劑與廢水的混勻時間能促進脫氮率的提高。解氨劑含有大量的自由基和活性基團[7]，延長混勻時間能增加解氨劑與廢水中氨氮的反應時間，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，從而促使氣液傳質效率提升。同時可發現，超過30min 后混勻時間與脫氮效率不成正比，而是趨于穩定。因此，本實驗選擇30min 為最佳混勻時間。

3 結論

3.1 本實驗證實復合解氨劑協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℃，脫氮劑的投加量50mg/L，解氨劑與廢水混勻時間30min 的實驗條件下，脫氮率近乎97%。

3.3 本實驗得出的復合解氨劑協同吹脫法處理高濃度氨氮廢水的最佳實驗參數，能夠為實驗的深化研究與市場化應用提供數據參考。