高氨氮預(yù)處理技術(shù)-吹脫法去除氨氮

      常用的處理氨氮廢水的方法主要有吹脫法、生化法、離子交換法、折點氯化法和磷酸銨鎂沉淀（MAP）法等。目前，國內(nèi)多采用生化法和吹脫法，國外則多采用生化法和磷酸銨鎂沉淀法。吹脫法多用于處理中高濃度、大流量氨氮廢水，吹脫出的氨可以回收利用，但有容易結(jié)垢、低溫時氨氮去除效率低、吹脫時間長、二次污染、出水氨氮濃度仍偏高等缺點，所以明確影響吹脫法的關(guān)鍵因素，提高氨氮去除率，對于氨氮處理成本控制、水污染得到控制、實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

      一、吹脫原理

      吹脫法的基本原理是利用廢水中所含的氨氮等揮發(fā)性物質(zhì)的實際濃度與平衡濃度之間存在的差異，在堿性條件下使用空氣吹脫，由于在吹脫過程中不斷排出氣體，改變了氣相中的氨氣濃度，從而使其實際濃度始終小于該條件下的平衡濃度，終使廢水中溶解的氨不斷穿過氣液界面，使廢水中的NH3-N得以脫除，常以空氣作為載體。

      氨吹脫是一個傳質(zhì)過程，推動力來自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐g的差，氣體組份在液面的分壓和液體內(nèi)的濃度符合亨利定理，即成正比關(guān)系。此法也叫“氨解析法”，解析速率與溫度、氣液比有關(guān)。

      吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論。廢水中的NH3-N通常以銨離子（NH4+）和游離氨(NH3)的狀態(tài)把持平衡而存在的

      當(dāng)PH為中性時，NH3-N主要以銨離子（NH4+）形式存在，當(dāng)PH值為堿性，NH3-N主要以游離氨（NH3）狀態(tài)存在吹脫法是在沸水中加入堿，調(diào)節(jié)PH值至堿性，先將廢水中的NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，然后通入蒸汽或空氣進(jìn)行解吸，將廢水中的NH3轉(zhuǎn)化為氣相，從而將NH3-N從水中去除。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為空氣吹脫，后者稱為蒸汽吹脫。

      二、優(yōu)缺點

      優(yōu)點：吹脫法用于處理高濃度氨氮廢水具有流程簡單、處理效果穩(wěn)定、基建費和運行費較低等優(yōu)點，實用性較強。

      缺點：進(jìn)出水需要調(diào)整PH、如果沒有酸性吸收吹脫出來的氨氣隨空氣進(jìn)入大氣引起二次污染、硬度高的廢水結(jié)垢嚴(yán)重。

      三、影響因素

      吹脫法一般采用吹脫池（也稱“曝氣池”）和吹脫塔兩類設(shè)備。但吹脫池占地面積大，而且易污染周圍環(huán)境，所以有毒氣體的吹脫都采用塔式設(shè)備。塔式設(shè)備中填料吹脫塔主要特征是在塔內(nèi)裝置一定高度的填料層，使具有大表面積的填充塔來達(dá)到氣—液間充分接觸。

      常用填料有紙質(zhì)蜂窩、拉西環(huán)、聚丙烯鮑爾環(huán)、聚丙烯多面空心球等。廢水被提升到填充塔的塔頂，并分布到填料的整個表面，水通過填料往下流，與氣流逆向流動，廢水在離開塔前，氨組份被部分汽提，但需保持進(jìn)水的pH值不變。空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣水比增加而減少。影響吹脫法處理氨氮廢水去除率主要是pH值、溫度、氣液比/吹脫水位深度、吹脫時間等因素。

      （1）PH

      水中的氨氮，大多以氨離子（NH4+）和游離氨（NH3）保持平衡的狀態(tài)而存在。其平衡關(guān)系式如下：

      NH4++OH?NH3+H2O （1）

      式（1）受pH 值的影響，當(dāng)pH值高時，平衡向右移動，游離氨的比例較大，當(dāng)pH 值為11 左右時，游離氨大致占90％。

      （2）溫度

      氨與氨離子之間的百分分配率可用下式進(jìn)行計算：

      Ka=Kw /Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+ （2）

      式中：

      Ka—— —氨離子的電離常數(shù)；

      Kw—— —水的電離常數(shù)；

      Kb—— —氨水的電離常數(shù)；

      C—— —物質(zhì)濃度。

      由式（2）可以看出，pH 值是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。另外，溫度也會影響反應(yīng)式（1）的平衡，溫度升高，平衡向右移動。表（一）列出了不同條件下氨氮的離解率的計算值。表中數(shù)據(jù)表明，當(dāng)pH值大于10 時，離解率在80%以上，當(dāng)pH 值達(dá)11時，離解率高達(dá)98%且受溫度的影響甚微。

      （3）氣液比

      氣液比：指空氣（蒸汽）和吹脫對象（含氨廢水）的體積比。

      影響氨氣從水中向大氣轉(zhuǎn)移的因素有兩個：一是水氣界面處的表面張力；二是界面處的氨濃度差表面張力小，氣態(tài)氨釋放量就大。如果形成水滴，氣態(tài)氨轉(zhuǎn)移量的增加將會很小。因此,反復(fù)形成水滴有助于氨的吹脫。

      水和大氣中氨氮的濃度差是氣態(tài)氨轉(zhuǎn)移的動力。為使水滴周圍環(huán)境中的氨氮濃度小，必須將空氣快速循環(huán)，用含低濃度氣態(tài)氨的空氣攪動水滴，有助于加快氨的釋放。

      對確定的廢水量而言，增大氣體量，傳質(zhì)推動力相應(yīng)增大，有利于氨氮吹脫去除。但氣量太大，氣速過高，將影響廢水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛現(xiàn)象。因此，對一定廢水量，小液氣比受液泛氣速控制；但是進(jìn)水量較小時，會消耗大量的能源，所以一般氨氮吹脫工藝將氣液比控制在3000左右。

      4、吹脫時間

      減小吹脫時間，有利于加快反應(yīng)速度，提高處理量，減少設(shè)備的容積。徐穎采用吹脫法處理垃圾滲濾液，吹脫段pH值為11，氣液比在2000～2300，吹脫時間9h，反應(yīng)條件達(dá)到吹脫效率才達(dá)到52.0%。盧平等采用吹脫—缺氧—兩級好氧工藝處理垃圾滲濾液，垃圾滲濾液取自香港某垃圾填埋場，氨氮濃度1400mg/L，pH值為9.5，吹脫時間12h，經(jīng)吹脫后氨氮去除率為60%。傅金祥等采用吹脫法垃圾滲濾液，進(jìn)水氨氮濃度1800mg/L，pH值為11，氣液比為360∶1，空氣量為3.0L/min，吹脫時間為1h，去除效率可達(dá)88.75%。由此可看出處理相同的廢水吹脫時間也相差很大，可能是因為采用的填料不同、裝置設(shè)計的合理性等原因造成，吹脫處理后能夠很好地進(jìn)行后續(xù)處理和控制運行成本。