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油膜法处理中低浓度氨氮废水的研究

北极星水处理网  来源:《广州化工》  作者:卢玉献等  2017/12/26 8:43:32  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:氨氮废水 废水污染 水污染

北极星水处理网讯:近年来, 随着我国经济的飞速发展, 水污染问题日益突出, 严重的影响到当前经济发展与人类生存。氨氮废水产生的途径很多, 如氨生产企业及使用企业、冶金、煤化工、玻璃生产、农药厂、食品加工、养殖等行业, 还有人们日常生活中的餐厨废水, 垃圾填埋场的垃圾渗滤液等。氨氮废水已成为废水污染源之一, 具有以下危害: ①NH4 -N 的氧化, 造成水体溶解氧浓度降低, 导致水体发黑发臭, 水质下降, 对水生动植物的生存造成影响。②水中氮素含量太多会导致水体富营养化, 进而造成一系列的严重后果, 研究表明当水中氮的含量高于0. 2 mg/ L 时, 就会产生富营养化。③水中的NO2 -N 和NO3 -N对人和水生生物有较大的危害作用, 长期饮用NO3 -N含量超过10 mg/ L 的水, 会发生高铁血红蛋白症, 当血液中高铁血红蛋白含量达到70 mg/ L, 即发生窒息。④水中的NO2 -N 和胺作用会生成亚硝胺, 而亚硝胺是“三致” 物质等。对于氨氮废水的治理国家极度重视, 不断提高排放标准, 目前氨氮废水的排放标准是: 一级A 标为5(8) mg/ L, 一级B 标是8(15) mg/ L,三级标准为35 mg/ L 。当前氨氮废水的处理方法主要有物理除氨、化学除氨、生化除氨等, 对于高浓度氨氮废水, 物理法及化学法具有其技术优势, 尤其是物理除氨。当氨氮浓度低于500 mg/ L 时, 物理法除氨由于其运行成本限制已不具优势, 油膜法对于中低浓度氨氮废水不但具有较好的处理效果, 而且液膜吸收氨氮后通过破乳可以实现废水与油的分离, 分离后的氨氮经处理后可以回收使用, 达到很好的循环使用效果 。

1 油膜法除氨氮机理

由于氨态氮(NH3 -N)易溶于膜相(油相)中, 它从膜相外高浓度的外侧, 通过膜相的扩散迁移, 当达到膜相内侧与内相的界面上时, 便与膜内相中的酸发生解脱反应:NH3 +H → + NH+4 (1)

氨离子(NH+4 )不溶于油相而稳定在膜内相中, 由于膜内外两侧氨浓差的推动, 氨分子不断通过膜表面的吸附、渗透扩散迁移至膜相内侧解吸, 从而达到分离去除氨氮的目的。在近中性废水中, 氨氮的主要存在形态是NH+4 和NH3 , 且以NH+4 为主, 它们之间存在如下平衡:

NH3 +H2 O NH+4 + OH- (2)当废水pH 值升高, 平衡向左移动, NH+4 转化为NH3 分子,两者之间的百分分配率与溶液酸度的关系可用下式计算:

油膜法处理中低浓度氨氮废水的研究

式中, Kb是氨的离解常数, Kw 为水的离子积常数。调节废水的pH 值使之增加, 氨的相对含量增大, 膜两侧氨浓度差增大, 扩散推动力增加, 传质速度加快, 分离速度加快。

2 实 验

2. 1 仪器与试剂:752N 型紫外可见分光光度计, 上海仪电分析仪器有限公司; PHB-1 型笔式酸度计, 上海世诺物理光学仪器有限公司;JJ-1 精密增力电动搅拌仪, 常州普天仪器制造有限公司。煤油, 表面活性剂span-80, 膜增强剂, 硫酸, 所有化学试剂均为分析纯, 厂家均为国药集团化学试剂有限公司。

2. 2 实验水样:某化工废水其氨氮浓度为506 mg/ L。

3.结果与讨论

3. 1 乳化液的制备:将一定量的煤油、表面活性剂、膜增强剂按比例加入1000 mL的圆底烧瓶中, 混合均匀, 然后向里面加入一定浓度的硫酸溶液, 于3500 rad/ min 搅拌反应40 min, 可得到乳白色的油包水(W/ O)型乳化液。利用制备的乳化液进行试验, 考察了不同pH、乳水比、反应时间、酸浓度、油内比对氨氮去除效果的影响。

3. 2 实验过程

3. 2. 1 废水pH 对氨氮去除效果的影响:向1000 mL 烧杯中加入一定体积的乳化液, 同时加入5 倍体积的氨氮废水, 于200 rad/ min 下搅拌反应30 min, 氨氮废水pH 值分别为9、10、11、12、13 时, 其实验结果如表1 所示。

油膜法处理中低浓度氨氮废水的研究

由表1 可以看出, pH 值越大, 氨氮的去除效果越好, 这是因为随着pH 增大, 水中的游离氨越多, 越容易通过油膜进入油膜包覆的硫酸溶液中。但pH 越大, 消耗的碱越多, 每增加一个数量级的pH, 碱的消耗以几倍的方式增加, 大大增加了运行成本, 而且随着pH 增大, 油膜的稳定性也会变差, 综合考虑各种因素, 处理氨氮废水时选取pH=11 较好。

3. 2. 2 乳(乳化液)水(氨氮废水)比对氨氮去除的影响:在室温(25 ℃), 氨氮废水pH = 11, 反应时间为30 min,搅拌速度200 rad/ min 的情况下, 考察乳液(V1 )与废水(V2 )为1 : 5、1 : 8、1 : 10、1 : 12、1 : 16情况下的氨氮去除效果,实验结果见表2。

油膜法处理中低浓度氨氮废水的研究

由表2 可以看出, 随着乳水比的比例增大, 氨氮的去除效果逐步变差, 当乳水比≧ 1 : 12 时, 出水无法满足一级排放要求, 综合考虑乳水比为1 : 10 时较好。

3. 2. 3 乳化液与氨氮废水反应时间对氨氮去除的影响:在室温(25 ℃), 氨氮废水pH=11, 乳水比为1 :10, 搅拌速度200 rad/ min 的情况下, 考察不反应时间对氨氮去除的影响, 实验结果如表3 所示。

油膜法处理中低浓度氨氮废水的研究

由表3 可以看出, 随着反应时间的增长, 氨氮的去除率逐步提高, 当反应时间达到20 min 后, 出水氨氮含量即可达到排放标准。

延伸阅读:

污水处理技术之高浓度的氮氨废水

总结|中低浓度氨氮工业废水的处理方法

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