近年來, 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展, 水污染問題日益突出, 嚴(yán)重的影響到當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展與人類生存。氨氮廢水產(chǎn)生的途徑很多, 如氨生產(chǎn)企業(yè)及使用企業(yè)、冶金、煤化工、玻璃生產(chǎn)、農(nóng)藥廠、食品加工、養(yǎng)殖等行業(yè), 還有人們?nèi)粘Ｉ钪械牟蛷N廢水, 垃圾填埋場的垃圾滲濾液等。氨氮廢水已成為廢水污染源之一, 具有以下危害: ①NH4 -N 的氧化, 造成水體溶解氧濃度降低, 導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭, 水質(zhì)下降, 對水生動植物的生存造成影響。②水中氮素含量太多會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化, 進而造成一系列的嚴(yán)重后果, 研究表明當(dāng)水中氮的含量高于0. 2 mg/ L 時, 就會產(chǎn)生富營養(yǎng)化。③水中的NO2 -N 和NO3 -N對人和水生生物有較大的危害作用, 長期飲用NO3 -N含量超過10 mg/ L 的水, 會發(fā)生高鐵血紅蛋白癥, 當(dāng)血液中高鐵血紅蛋白含量達到70 mg/ L, 即發(fā)生窒息。④水中的NO2 -N 和胺作用會生成亞硝胺, 而亞硝胺是“三致” 物質(zhì)等。對于氨氮廢水的治理國家極度重視, 不斷提高排放標(biāo)準(zhǔn), 目前氨氮廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)是: 一級A 標(biāo)為5(8) mg/ L, 一級B 標(biāo)是8(15) mg/ L,三級標(biāo)準(zhǔn)為35 mg/ L 。當(dāng)前氨氮廢水的處理方法主要有物理除氨、化學(xué)除氨、生化除氨等, 對于高濃度氨氮廢水, 物理法及化學(xué)法具有其技術(shù)優(yōu)勢, 尤其是物理除氨。當(dāng)氨氮濃度低于500 mg/ L 時, 物理法除氨由于其運行成本限制已不具優(yōu)勢, 油膜法對于中低濃度氨氮廢水不但具有較好的處理效果, 而且液膜吸收氨氮后通過破乳可以實現(xiàn)廢水與油的分離, 分離后的氨氮經(jīng)處理后可以回收使用, 達到很好的循環(huán)使用效果 。

1 油膜法除氨氮機理

由于氨態(tài)氮(NH3 -N)易溶于膜相(油相)中, 它從膜相外高濃度的外側(cè), 通過膜相的擴散遷移, 當(dāng)達到膜相內(nèi)側(cè)與內(nèi)相的界面上時, 便與膜內(nèi)相中的酸發(fā)生解脫反應(yīng):NH3 +H → + NH+4 (1)

氨離子(NH+4 )不溶于油相而穩(wěn)定在膜內(nèi)相中, 由于膜內(nèi)外兩側(cè)氨濃差的推動, 氨分子不斷通過膜表面的吸附、滲透擴散遷移至膜相內(nèi)側(cè)解吸, 從而達到分離去除氨氮的目的。在近中性廢水中, 氨氮的主要存在形態(tài)是NH+4 和NH3 , 且以NH+4 為主, 它們之間存在如下平衡:

NH3 +H2 O NH+4 + OH- (2)當(dāng)廢水pH 值升高, 平衡向左移動, NH+4 轉(zhuǎn)化為NH3 分子,兩者之間的百分分配率與溶液酸度的關(guān)系可用下式計算:

油膜法處理中低濃度氨氮廢水的研究
式中, Kb是氨的離解常數(shù), Kw 為水的離子積常數(shù)。調(diào)節(jié)廢水的pH 值使之增加, 氨的相對含量增大, 膜兩側(cè)氨濃度差增大, 擴散推動力增加, 傳質(zhì)速度加快, 分離速度加快。

2 實 驗

2. 1 儀器與試劑:752N 型紫外可見分光光度計, 上海儀電分析儀器有限公司; PHB-1 型筆式酸度計, 上海世諾物理光學(xué)儀器有限公司;JJ-1 精密增力電動攪拌儀, 常州普天儀器制造有限公司。煤油, 表面活性劑span-80, 膜增強劑, 硫酸, 所有化學(xué)試劑均為分析純, 廠家均為國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

2. 2 實驗水樣:某化工廢水其氨氮濃度為506 mg/ L。

3.結(jié)果與討論

3. 1 乳化液的制備:將一定量的煤油、表面活性劑、膜增強劑按比例加入1000 mL的圓底燒瓶中, 混合均勻, 然后向里面加入一定濃度的硫酸溶液, 于3500 rad/ min 攪拌反應(yīng)40 min, 可得到乳白色的油包水(W/ O)型乳化液。利用制備的乳化液進行試驗, 考察了不同pH、乳水比、反應(yīng)時間、酸濃度、油內(nèi)比對氨氮去除效果的影響。

3. 2 實驗過程

3. 2. 1 廢水pH 對氨氮去除效果的影響:向1000 mL 燒杯中加入一定體積的乳化液, 同時加入5 倍體積的氨氮廢水, 于200 rad/ min 下攪拌反應(yīng)30 min, 氨氮廢水pH 值分別為9、10、11、12、13 時, 其實驗結(jié)果如表1 所示。

油膜法處理中低濃度氨氮廢水的研究
由表1 可以看出, pH 值越大, 氨氮的去除效果越好, 這是因為隨著pH 增大, 水中的游離氨越多, 越容易通過油膜進入油膜包覆的硫酸溶液中。但pH 越大, 消耗的堿越多, 每增加一個數(shù)量級的pH, 堿的消耗以幾倍的方式增加, 大大增加了運行成本, 而且隨著pH 增大, 油膜的穩(wěn)定性也會變差, 綜合考慮各種因素, 處理氨氮廢水時選取pH=11 較好。

3. 2. 2 乳(乳化液)水(氨氮廢水)比對氨氮去除的影響:在室溫(25 ℃), 氨氮廢水pH = 11, 反應(yīng)時間為30 min,攪拌速度200 rad/ min 的情況下, 考察乳液(V1 )與廢水(V2 )為1 ： 5、1 ： 8、1 ： 10、1 ： 12、1 ： 16情況下的氨氮去除效果,實驗結(jié)果見表2。

油膜法處理中低濃度氨氮廢水的研究
由表2 可以看出, 隨著乳水比的比例增大, 氨氮的去除效果逐步變差, 當(dāng)乳水比≧ 1 ： 12 時, 出水無法滿足一級排放要求, 綜合考慮乳水比為1 ： 10 時較好。

3. 2. 3 乳化液與氨氮廢水反應(yīng)時間對氨氮去除的影響:在室溫(25 ℃), 氨氮廢水pH=11, 乳水比為1 ：10, 攪拌速度200 rad/ min 的情況下, 考察不反應(yīng)時間對氨氮去除的影響, 實驗結(jié)果如表3 所示。

油膜法處理中低濃度氨氮廢水的研究
由表3 可以看出, 隨著反應(yīng)時間的增長, 氨氮的去除率逐步提高, 當(dāng)反應(yīng)時間達到20 min 后, 出水氨氮含量即可達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

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