什么是氨氮吹脫法?
全康環(huán)保: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、什么是氨氮吹脫法?
氨氮吹脫法是利用氣體分離定律(亨利定律)通過氣體分壓不同,將游離態(tài)氨氮吹脫出廢水的一種方法!
1、氨氮吹脫法的原理
其具體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,最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:
NH4++OH?NH3+H2O
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。
2、氨氮吹脫法的優(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入大氣引起二次污染、硬度高的廢水結(jié)垢嚴重。
二、氨吹脫的裝置類型
垃圾滲濾液脫氮常用的吹脫設(shè)備有曝氣吹脫池、空氣吹脫塔以及蒸汽蒸餾塔,采用裝置的不同也將影響氨吹脫的效果,這幾種吹脫裝置的特性比較見下表。
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11時,離解率高達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最小,氣態(tài)氨釋放量就最大。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)境中的氨氮濃度最小,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,最小液氣比受液泛氣速控制;但是進水量較小時,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)條件達到最佳吹脫效率才達到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,進水氨氮濃度1800mg/L,最佳pH值為11,最佳氣液比為360∶1,空氣量為3.0L/min,吹脫時間為1h,去除效率可達88.75%。由此可看出處理相同的廢水最佳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行后續(xù)處理和控制運行成本。
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