主頁(yè) > 新聞動(dòng)態(tài) > 電滲析法處理氨氮廢水研究進(jìn)展 2021-11-20

電滲析法處理氨氮廢水研究進(jìn)展

氨氮廢水已引起環(huán)保領(lǐng)域在全球范圍的重視，廢水的氨氮的處理技術(shù)研究一直是各國(guó)學(xué)者研究的熱門(mén)課題。氨氮廢水分布廣，覆蓋行業(yè)多，近些年針對(duì)不同行業(yè)的多種氨氮廢水的去除方法已經(jīng)成熟，主要有生物脫氮法、吹脫法、折點(diǎn)加氯法、離子交換法等。生物脫氮法適用于處理含有機(jī)物的低氨氮濃度廢水，該法技術(shù)可靠，處理效果好，主要應(yīng)用于含氨化工廢水和生活污水的處理。折點(diǎn)加氯法和離子交換法適用于不含有機(jī)物的低濃度氨氮的廢水處理。
對(duì)于高濃度無(wú)機(jī)氨氮廢水，如氮肥廠廢水等，目前，工業(yè)上較多采用吹脫法，其單脫氨率僅為７０％，無(wú)法達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，且投資大，低溫效率低，二次污染嚴(yán)重。
本研究采用電滲析法處理氮肥廠氨氮廢水，該方法不僅能夠有效地分離廢水中的氨氮，使處理后的廢水實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，而且具有能量消耗低，使用壽命長(zhǎng)，藥劑使用量少，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，操作方便�；厥盏陌钡梢灾貜�(fù)利用，無(wú)二次污染，對(duì)原水水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)，系統(tǒng)應(yīng)用靈活，操作維修方便，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，預(yù)處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廢水處理中推廣和應(yīng)用前景。
一、實(shí)驗(yàn)部分
1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置原理

圖1　自制電滲析設(shè)備

自制電滲析設(shè)備，其工藝流程見(jiàn)圖1。
電滲析技術(shù)原理：在直流電場(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液中的離子選擇性地通過(guò)離子交換膜。當(dāng)氨氮廢水通過(guò)該裝置時(shí)，在直流電場(chǎng)的作用下，陽(yáng)離子氨離子通過(guò)陽(yáng)膜，陰離子通過(guò)陰膜，即可產(chǎn)生定位遷移，當(dāng)陰離子通過(guò)陰極膜進(jìn)入到濃水室，進(jìn)一步向陽(yáng)極方向移動(dòng)。但是碰到陽(yáng)極膜的阻擋無(wú)法穿過(guò)該膜，停留在濃水室中。陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)極膜進(jìn)入到濃水室中，進(jìn)一步向陰極方向移動(dòng)，同樣碰到了陰極膜的阻擋無(wú)法穿過(guò)該膜，也會(huì)停留在濃水室中。這樣陰陽(yáng)離子同時(shí)富集在濃水室中，進(jìn)入到濃水室中被濃水帶出，于是進(jìn)入到電滲析池中的陰陽(yáng)離子被脫除，從而從水溶液和其他不帶電組分中分離出來(lái)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的目的。其作為一種新型的膜分離技術(shù)在天然水淡化、海水濃縮制鹽、廢水處理等領(lǐng)域起到重要作用，已經(jīng)成為一種較為成熟的水處理技術(shù)�？刂坪线m的參數(shù)，包括電壓、電流、流速，在選用國(guó)產(chǎn)離子交換膜的條件下也可以將氯化銨濃度濃縮至12.6％。
2.實(shí)驗(yàn)方法
電滲析器：尺寸規(guī)格為25mm×80mm；組裝方式為臥式組裝，采用一級(jí)一段式，每段10對(duì)膜，膜對(duì)電壓為0.2V；極板為鈦鍍釕電極；膜為聚丙烯均相膜。
3.分析方法
氨氮測(cè)定方法為水質(zhì)－氨氮納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）。
二、結(jié)果與討論
1.進(jìn)水流量對(duì)處理結(jié)果的影響
以模擬氨氮廢水為樣品，保持電壓在14V不變，控制氨氮進(jìn)水流量在一定范圍內(nèi)變化，測(cè)定出水的電導(dǎo)率。結(jié)果見(jiàn)圖2。
通過(guò)圖2的曲線可以看出，流量在10～20L/h范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化不明顯，出水氨氮濃度變化較小。當(dāng)流量在20～40L/h范圍內(nèi)，電導(dǎo)率出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，出水氨氮去除率可達(dá)80%，隨著時(shí)間延長(zhǎng)流量增加，出水水質(zhì)電導(dǎo)率逐漸變大，但是此時(shí)出水氨氮水質(zhì)變差。因此得到最好的處理效果時(shí)空之流量在40L/h，此時(shí)出水氨氮電導(dǎo)率為15.67μs/cm。
當(dāng)進(jìn)水流量控制在40L/h，通過(guò)改變電壓測(cè)定出水電導(dǎo)率，其電壓與電導(dǎo)率曲線關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖2　進(jìn)水流量對(duì)處理結(jié)果的影響

圖3　電壓對(duì)出水電導(dǎo)率的影響

由圖3可知，出水電導(dǎo)率隨著電壓的升高而不斷下降，當(dāng)電壓降至14V時(shí)，電導(dǎo)率在15.67μs/cm，之后不再降低，因此，本實(shí)驗(yàn)的最佳電壓為14V，最佳流量為40L/h。
2.流速對(duì)電解流程長(zhǎng)度的影響流速對(duì)流程長(zhǎng)度的影響見(jiàn)圖4。

圖4 流速對(duì)流程長(zhǎng)度的影響

由圖4可知，進(jìn)水氨氮在電子遷移過(guò)程中邊電離邊遷移，流速的大小直接影響到氨氮的電離程度進(jìn)而影響流程長(zhǎng)度。流速超過(guò)最佳速度時(shí)會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有完全電離就隨極水離開(kāi)電滲析器。相反，如果流速太小會(huì)使過(guò)程效率下降。
3.氨氮濃度對(duì)處理結(jié)果的影響
氨氮濃度的高低對(duì)電滲析設(shè)備的能耗會(huì)有一定影響，濃度太高，氨氮脫除時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。氨氮濃度太低，10～20min內(nèi)即可達(dá)到理想的處理效果。
但是想要得到更高的去除率不僅增加耗電量，也會(huì)出現(xiàn)濃水室極化結(jié)垢造成膜污染。因此，該法處理氨氮廢水時(shí)應(yīng)控制氨氮進(jìn)水濃度。不同濃度氨氮進(jìn)水在相同處理時(shí)間內(nèi)出水氨氮濃度結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同濃度氨氮進(jìn)水在相同處理時(shí)間內(nèi)出水氨氮濃度

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，氨氮濃度在5000mg/L下時(shí)15min的去除率就可以達(dá)到90％～95％。氨氮濃度在10000mg/L以上時(shí)，氨氮去除率僅達(dá)到65％左右，因此在選擇氨氮進(jìn)水濃度時(shí)應(yīng)考慮既要去除效率高，又要考慮設(shè)備運(yùn)行成本。

圖5 進(jìn)水pH值對(duì)氨氮去除率的影響

4.進(jìn)水pH值對(duì)氨氮去除率的影響
進(jìn)水pH值對(duì)氨氮去除率的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。
對(duì)于電滲析法去除氨氮，原水的pH值是一個(gè)極為重要的參數(shù)。由圖5中可以看出，pH在7～10之間電滲析對(duì)氨氮具有較高的去除效率。在pH為8左右時(shí)去除率最高可達(dá)92％。模擬氨氮廢水進(jìn)行試驗(yàn)后，由于氨氮配水本身pH為7.5左右，因此無(wú)需再調(diào)節(jié)水質(zhì)pH值即可達(dá)到去除率95％。因此原水的pH直接影響到電滲析法對(duì)氨氮的去除率。pH值較低時(shí)雖然有利于氨氮離解為銨離子，但是由于濃差極化使其去除率下降，給后續(xù)處理增加困難的同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)設(shè)備腐蝕問(wèn)題，同時(shí)從膜污染的角度考慮，pH較高會(huì)出現(xiàn)膠體污染，使氨氮的電離效果下降去除率降低。通常提高廢水中氨氮的傳質(zhì)系數(shù)，采取調(diào)節(jié)pH值，使NH＋4轉(zhuǎn)化為NH3，如果需要將氨根離子全部轉(zhuǎn)化為NH3，按照理論值計(jì)算需要加入等物質(zhì)量的堿，這樣的結(jié)果也同樣可能會(huì)造成膜污染問(wèn)題。因此，應(yīng)用電滲析法處理氨氮廢水，pH值影響可以忽略。
三、教學(xué)設(shè)備的推薦與介紹

MYB-23 NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)裝置

一）NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)裝置,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)設(shè)備,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)品特點(diǎn)：

1.設(shè)備布局合理、美觀，結(jié)構(gòu)清晰，整體感強(qiáng)。

2.反應(yīng)釜設(shè)有保溫層，可對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行平穩(wěn)有效的控溫；有效防止實(shí)驗(yàn)人員發(fā)生安全事故。

3.設(shè)備采用高精度熱電偶，大大提高實(shí)驗(yàn)精度。

二）NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)裝置,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)設(shè)備,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>

1.掌握NOX催化還原反應(yīng)進(jìn)行的原理和反應(yīng)條件。

2.掌握催化劑和溫度對(duì)NOX脫除效率的影響。

三）NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)裝置,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)設(shè)備,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要配置：

1.反應(yīng)釜；2.加熱爐；3.反應(yīng)器；4.冷凝器；5.氣體鋼瓶；6、減壓閥；7.流量計(jì)；8.溫控儀；9.NOX分析儀；10.不銹鋼框架；11.控制屏。

四）NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)裝置,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)設(shè)備,NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)：

1.反應(yīng)釜：約8L，304不銹鋼材質(zhì)，厚度1.5mm；功能：用于對(duì)有害氣體進(jìn)行混合預(yù)熱。

2.加熱爐：304不銹鋼材質(zhì)，功率2000W。

3.反應(yīng)管：尺寸Φ20×600mm，316不銹鋼材質(zhì)。

4.流量計(jì)：氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，0.1-1L/min。

5.壓力表：0-0.6MPa。

6.控溫方式：自動(dòng)控制、兩段控溫。

7.冷凝器：304不銹鋼材質(zhì)，冷卻水冷卻。

8.各管道和閥門(mén)均為304不銹鋼材質(zhì)。

9.各項(xiàng)電路指示、操作均在控制屏面板進(jìn)行。

10.控制屏和框架均為304不銹鋼，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，流程簡(jiǎn)單，操作方便。

11.外形尺寸：1150×550×1900mm，框架為可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，帶腳輪及禁錮腳。

四、結(jié)論
（1）電滲析法處理氨氮廢水其氨氮去除率能夠達(dá)到95％以上。并且出水可以回用，處理后的氨氮可以資源化再利用。
（2）氨氮廢水處理小試實(shí)驗(yàn)最佳處理電壓為14V，膜對(duì)電壓0.2V，流量42L/h。
（3）對(duì)于污染物主要為氨氮的廢水，其pH值不會(huì)對(duì)電滲析法處理氨氮廢水產(chǎn)生影響。

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電滲析法處理氨氮廢水研究進(jìn)展

MYB-23 NOx的氨選擇性催化還原實(shí)驗(yàn)裝置

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