含氨废水处理技术的试验研究及工艺设计
1 吹脱法除氨机理
当废水中含有可挥发性物质(如硫化氢、氨气)时,可以用向废水中通入蒸汽的方法将之提取出来,这就是”吹脱”,带出来的挥发性物质可以通过适当的方法加以回收利用.
水中的氨氮多数是以氨离子(NH4+)和游离氨(NH3)的状态存在,并且他们之间存在如下平衡关系:
NH3+H20—NH4+ +OH-
很明显,游离氨的浓度与废水的pH值有关系,pH值越高,游离氨的浓度越高.同时反应是放热反应,温度升高会使反应平衡向左移动. 2. 河南某化肥厂的废水处理条件试验
2.1试验方法
氨吹脱工艺流程图:
针对该化肥厂的废水,我们做了如下试验.原废水中pH值为9.0,
氨氮总的含量为2000mg/L,本试验的反应器设计为2L.
其影响因素为溶液pH值、温度、气水比和吹脱时间等因素.本试验分别以40%NaOH溶液40%NaOH溶液和CaO调整pH值后进行吹脱,比较不同碱源的吹脱效果;先以40%NaOH溶液为碱源,调整pH值为9.8、10.3、10.7、11.2、11.7、12.0和原水的pH值为9.0共7个pH 值条件,进行吹脱试验,比较其氨氮去除率.
在吹脱反应器内加入以调整好pH值的废水,然后用气泵进行吹脱,鼓气采用曝气头进行分散,分别在1、2、3、4、6、7、10h,取样测定水样中氨氮浓度.
本次试验原设计采用蒸汽对氨氮废水进行加热，但考虑到实验室现有装置制备蒸汽有一定难度，所以在氨吹脱反应器的底部放置电炉对氨氮废水进行加热，通过温度控制装置对废水加热温度进行控制。
考查温度对吹脱效率的影响.
2.2试验步骤
(1)准备试验所需的各种装置,安装试验装置,配置试验所需药剂;
(2)取水样,加入碱源调整溶液符合的pH值;
(3)将调整好的pH值的氨氮废水通入反应器,打开反应器底部的电炉开始加热,该反应严格控制反应温度;
(4)达到预计的反应温度后,打开气泵开始运行,同时严格计算时间;
(5)从取样口取水样进行监测氨氮的浓度,考查吹脱效率;
(6)整理分析数据,得出氨氮废水的试验最佳条件.
2.3试验结果与讨论
2.3.1pH值对吹脱效率的影响
按上述方法来调整pH值来考察pH值对吹脱法的影响,监测数据如下表1所示.
表1 不同pH值下氨氮吹脱效率
pH值
进水NH3-N质
量浓度(mg/L) 出水NH3-N质
量浓度(mg/L)
吹脱效率(%)
9.0
2000 1118.25 44.1
9.8 756.65 62.1
10.3 640.80 67.9
10.7 477.26 76.1
11.2 380.18 81
11.7 352.80 82.4
12.0 332.00 83.4
从表中可以看出:当pH值升高时,吹脱效率会显著升高,但当pH值上升至一定的数值时,吹脱效率相对较平稳,因为水中的氨离子90%都已经转变为游离氨,再提高pH值游离氨的比例液增加不大.所以pH值可以选择在11.0左右.
2.3.2气水比对吹脱效率的影响
研究气水比对吹脱效率的影响,固定为室温,氨氮浓度为水样浓度,试验在常温(25℃)下进行,气泵流量为1080L/h,吹脱时间设定为1,2,3,4,6,7,10h,则在每一个吹脱时间条件下其空气量和气水比是一个定值,见表2.
表2气泵流量为1080L/h,
反应器内试验为2L不同曝气时间的气水比及氨氮吹脱效率表
曝气时间h 通空
气量
Vg/vl
进水NH3-N质
量浓度(mg/L)
出水NH3-N质
量浓度(mg/L)
吹脱效率(%)
1 1080 540
2000 920.20 53.9
2 2160 1080 776.40 61.1
3 3240 1620 692.20 65.4
4 4320 2160 620.0
5 69.0
6 6480 3240 380.21 81.0
7 7560 3780 362.10 81.2
10 10800 5940 332.05 83.40
由上表可以看出:当气水比在3500:1以下时,随着气水比的升高,吹脱效率显著升高,但当气水比在3500:1以上时,吹脱效率提高不太明显,考虑效率和经济的问题可以将气水比定在3500:1.
2.3.3投加碱液对吹脱效率的影响
不同的碱源由于市场价格不同会对运行费用产生影响, NaOH溶液和CaO是常用的吹脱碱源.本试验用两种碱分别调整pH值为11.0,吹脱氨氮的浓度(2000mg/L)、温度(25℃)、气水比(3500:1)和吹脱时间分别同上.
图1不同吹脱时间下不同碱源对氨氮的去除率
从上图1可以看出,用不同的碱源调节pH对氨氮的吹脱率影响不明显,两者比较最大去除相差5%左右.因此在选择碱源时有这样的建议,在实验室考虑价格因素可以选择CaO,但在实际工程中CaO调节pH值的废水在吹脱过程中产生大量的细小沉淀物,这些沉淀物很容易堵塞吹脱塔中的填料和输送管道,因此在工程实际中最好选择NaOH 2.3.4水温对吹脱效率的影响
研究水温对吹脱效率的影响,选择试验条件为: 吹脱氨氮的浓度(2000mg/L)、温度(25℃)、气水比(3500:1)和吹脱时间分别同上.
表3 水温对吹脱效率的影响
进水吹脱
℃进水NH3-N质
量浓度(mg/L)
出水水温
℃
出水NH3-N质
量浓度(mg/L)
吹脱效率
%
8.0
2000 3.5 886.32 55.7
12.2 4.0 823.10 58.8
16.0 5.5 643.20 67.8
20.2 12.5 612.20 69.4
25.6 20.0 463.43 76.8
30.0 24.5 362.28 81.9 3.工程设计方案
根据上面的试验得出的结论,我们建议河南某化肥厂的设计工艺
方案如示:
整个工艺流程包括三个大部分:pH 值调整、吹脱、氨氮的回收.因为是工程实践根据上面的试验结论得出应用NaOH 作为碱源来调整 pH 值,其最佳工作条件是pH 值调至11;
废水温度有上面的试验结论可以得出吹脱效率与水温成正比,建
议吹脱温度定为30℃,这需要建造一个制取蒸汽或者热空气的设备;
吹脱部分的重点是选择合适的吹脱设备,吹脱塔有填料塔和板式塔等种类,这两种塔的比较如下:填料塔操作范围小,宜处理不易聚合的清洁物料,不易中间换热,处理量较小,造价便宜,较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料,能适应真空操作.板式塔适合于要求操作范围大,易聚合或含固体悬浮物,处理量较大,设计要求比较准确的场合.因此,对比两者的特点之后再根据本工程的水质水量特点选用填料塔;选择填料塔就存在填料选择的问题,影响填料性能好坏的参数是填料的比表面积,材质和孔隙率以及通气通水的能力.根据这样的原则建议选择塑料的填料(塑料塔填料是以耐热、耐化学腐蚀的塑料、包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(pp) 、增强聚丙烯(RPP)、聚乙烯(PVC)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、及聚偏氟乙烯(PVDF)等制成的塔填料。
洁 净 气 体
它具有空隙率大,压降和传质单元高度低,泛占高、汽液接触充分、比重小、传质率高等特点。
在各种介质中的使用温度为60-150℃,广泛应用于石油、化工、氯碱、煤气、环保等行业的填料塔中。
) 最后一部分是氨氮回收部分根据吹脱气中氨氮的浓度进行回收,重复利用,以降低废水的处理成本,并避免对大气造成二次污染.这部分的主体是选择合适的吸收液,选择吸收液的原则是既要能很好的吸收氨气最后对吸收后的液体进行利用,从理论上能吸收氨的吸收液有:H2O、醋酸、盐酸和硫酸等.建议本工程选用硫酸作为吸收液,因为硫酸本身对氨的吸收效果较好,而且吸收后的生成物为硫酸铵.硫酸铵的用途十分广泛比如可以用于主要在农业上作为氮肥, 优点是吸湿性相对较小，不易结块，与硝酸铵和碳铵相比具有优良的物理性质和化学稳定性；另外, 其还可以用于化工、染织、医药、皮革等工业原料.因为本厂是化肥厂如果选用硫酸为吸收液时可以将回收液用作原料或产品直接出售所以建议选择硫酸最为吸收液.。