改良真空脱氨装置用于高氨废水处理的效果研究

2023-02-04

高氨废水直接排放到自然水体中, 易造成水体富营养化, 导致藻类过度生长, 使水生动物因缺氧而死亡, 另外, 氨离子对金属和水泥也有腐蚀作用, 因此, 环保法规对高氨氮废水的排放要求越来越严格。一种真空脱氨的方法, 主要是用于选择性离子交换法脱氨再生液的处理。该方法通过调节含氨水的p H值和抽真空可将氨脱除。真空装置使用的工作液体一方面作为产生真空的介质, 另一方面作为氨的吸收液。与空气吹脱法和蒸汽汽提法相比, 真空法不引入或引入少量的空气和蒸汽, 减少了引入空气引起的脱氨塔结垢, 同时也减少了发生蒸汽的费用, 降低了操作成本。本课题参考专利中介绍的真空法脱氨氮装置, 结合实际操作要求, 加以改进, 考察真空法对氨氮浓度大于10000mg/L含氨水的脱氨效果和操作条件。

1 实验

1.1 实验原料

将氯化铵按一定的浓度溶解在蒸馏水中, 配制不同浓度的含氨水。实验前在3 0℃的水浴中恒温2h, 用20%NaH调节含氨水的pH值。

1.2 实验原理

真空法脱氨氮与空气吹脱法和蒸汽汽提法的原理是一致的, 可用下面的反应式表示:

NH+4+OH-===NH3+H2O

由上式可知, 通过加碱, 可以使平衡向生成氨的方向移动。

1.3 实验方法

取预先恒温到3 0℃的含氨水1 0 0 m L, 用20%NaOH调节pH值, 作为待处理液。采用Φ33mm×500mm的玻璃柱作为脱氨柱 (填料的有效体积为430mL) , 外设可通循环水的夹套, 采用超级恒温器加热循环水, 使脱氨柱保持恒温。实验开始前, 先用4 0 0 m L自来水淋洗脱氨柱, 待无水滴下时, 关闭进料阀和出料阀。通过盐酸加料罐向稀盐酸储罐中添加稀盐酸使工作液的p H值为6, 开启循环泵使工作液流过真空发生器的狭管产生真空, 真空发生器通过管路和脱氨柱相连, 以保持相同的真空度, 同时打开超级恒温器向夹套打入循环水。待真空发生器的真空度达到预定值时, 打开进料阀开始进料, 并记录时间, 确定流速。为了使脱氨柱中的液体可以连续地放出, 增设放料罐, 用真空泵对放料罐抽空, 当放料罐的压力和脱氨柱的压力平衡后, 打开出料阀, 可使液体流入放料罐, 放料罐的液体满后, 关闭出料阀, 打开放空阀放空, 液体从放料罐底部放出。真空法脱氨装置示意图见图1, 记录出料液体的体积、温度, 用按离子计分析氨含量。每个条件反复进行3次, 将3次实验结果取平均值作为最后结果。

1.稀盐酸储罐;2循环泵;3.盐酸加料罐;4.真空发生器;5.真空计;6.脱氧柱;7.饮料罐

2 结果与讨论

2.1 有无填料的脱氨柱脱氨效果比较

实验考察了以无填料的玻璃柱作为脱氨柱, 和装有直径为1 m m玻璃珠填料的脱氨柱的脱氨效果。同时由于调节p H值后, 一部分氨在常温常压下也会自然溢出, 为此实际还考察了调节p H值后, 在烧杯中静置的脱氨效果。具体的实验条件为:用NaOH调节含氨水 (氨浓度为5790mg/L) 的p H值为1 2, 控制液体流过脱氨柱的流速为10mL/min, 真空度3.9kPa, 脱氨柱的夹套水温5 0℃。无填料的情况下, 液体沿管壁流下, 有填料的情况下, 液体从脱氨柱的中心流下。经过1次脱氨处理的的液体可以再次通过脱氨柱, 进行第2次处理, 依次类推。实验后的数据表明:有填料的真空脱氨柱的脱氨效果最佳, 其次是无填料的真空脱氨柱, 室温静置的脱氨效果相对较差。经过3次脱氨处理, 有填料的脱氨柱的脱氨率达到97.4%, 水中的氨含量降低到150mg/L;而无填料和自然静置的脱氨率分别为83.3%和61.5%。实验结果表明, 真空脱氨效果优于常压自然挥发的脱氨效果, 在真空条件下, 汽液接触面积越大, 脱氨效果越好。

2.2 填料对脱氨效果的影响

实验进取0.8mm～1mm, 2mm～3mm, 4mm～5mm玻璃珠, 1.7mm不锈钢三角丝, 4 m mθ不锈钢环, 6 m m塑料拉西环6种填料, 考察不同类型的填料对脱氨效果的影响。具体的实验条件为:进料水温3 0℃, 氨浓度5000mg/L, 真空度3.9kPa, 脱氨柱夹套水温50℃, 流速20mL/min, 填料散堆。以玻璃珠为填料时, 脱氨效果随着粒径的增加而下降, 这与液滴的分散程度有关, 填料粒径越小, 液体分散越均匀, 处理效果就越好, 但粒径较小时, 容易出现液喾现象, 处理量受到限制, 所以应该选择中等粒径的玻璃珠。对2mm～3mm玻璃珠, 1.7mm不锈钢三角丝, 4mmθ不锈钢环3种填料来说, 处理效果相当, 但4mmθ不锈钢环是市场上常见的填料且价格便宜, 所以下面的实验选取4mmθ不锈钢环作为实验填料。

2.3 氨浓度对脱氨效果的影响

实验考察了初始氨浓度分别为5000, 3000mg/L, 1000mg/L时的真空脱氨效果。具体的实验条件为脱氨柱夹套温度50℃, 用NaOH调节含氨水的p H值为1 2, 控制液体流过脱氨柱的流速为20mL/min, 真空度7.9kPa。脱氨率随初始氨浓度的降低而下降, 当初始氨浓度为5000mg/L时, 脱氨率为87.2%;当初始氨浓度降低到1000mg/L时, 脱氨率降低到7 2.8%, 这说明, 初始氨浓度大, 初始反应速率高, 相对单次脱氨率就高, 反之反应速率降低, 相对脱氨离降低。