主頁 > 新聞動態 > 電滲（shèn）析法（fǎ）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展

氨氮廢水已引（yǐn）起環保領域在全球範圍的重視，廢水的氨氮的處理技（jì）術研究一直是各國學者研究的（de）熱門（mén）課題。氨氮廢（fèi）水分布廣，覆蓋行業多，近些年針對不同行業（yè）的多種氨氮廢水的去除方法已經成熟（shú），主要有生物脫氮法、吹脫法、折點加氯法、離子交換（huàn）法等。生物脫（tuō）氮法適用於處理含有機物的低氨氮濃度廢水，該法技術可靠，處理效果好，主要應用於含氨化工廢水和生活（huó）汙水的處（chù）理。折點加氯法和離子交換（huàn）法適（shì）用於不含有機物（wù）的低濃度氨氮的廢水處理。
對於（yú）高濃度無機氨氮廢水，如氮肥廠廢水等，目前，工業上較多采用吹脫法，其單脫氨率僅為（wéi）７０％，無法達到國家排放（fàng）標準，且投資大，低溫效率低，二次（cì）汙染嚴重。
本研究采用電滲析法處理氮肥廠氨氮（dàn）廢水，該方法不僅能夠有效地分離廢水（shuǐ）中的氨氮，使處理後的廢水實現達標排放，而且具有能量消耗低（dī），使用壽命長，藥劑使用量少，投資少，運行費用低，操作方便。回收的氨氮可以重複利用（yòng），無二次汙染，對原（yuán）水水質變化適應性強，係統應（yīng）用靈活，操作維修方便，容易實現機械化和（hé）自動化，預處理簡單等優點，在工業廢（fèi）水處理中推廣和應用前景。
一、實驗部分
1.實驗設備及裝置原（yuán）理

圖1　自製（zhì）電滲析設備

自製電滲析設備，其工藝流程見圖1。
電（diàn）滲析技術原理：在直流（liú）電場的作用下，電解質溶液中的（de）離子選擇性地通過離子交換膜。當氨（ān）氮廢水通（tōng）過（guò）該裝置時（shí），在直流電場的（de）作用下，陽（yáng）離子氨離子通過陽膜，陰離子通過陰膜，即（jí）可產生定位遷移，當（dāng）陰離子通過陰極膜進入到濃水室，進一步向陽極方向移動（dòng）。但（dàn）是碰（pèng）到陽極膜的阻擋無法穿過該膜，停留在濃水室中。陽離子（zǐ）通過陽極膜進（jìn）入（rù）到（dào）濃水室中，進（jìn）一步向陰極方向移動，同樣碰到了陰極膜的阻擋無法穿過該膜，也會停留在（zài）濃水室中。這樣陰（yīn）陽離子同時富集在濃水室中，進入到濃水室（shì）中被濃水帶出，於是進入到電滲析池中的陰陽離子被（bèi）脫除，從而從水溶液和其（qí）他不帶電組分中分離出來。從（cóng）而實現對（duì）溶液的濃（nóng）縮、淡化、精製（zhì）和提純的目的。其作為一種新型的膜分離技術在天（tiān）然水（shuǐ）淡化、海水濃（nóng）縮製鹽（yán）、廢水（shuǐ）處理等領域起到重要作用，已經（jīng）成為一種較為成熟的水處理技術（shù）。控製合（hé）適的參數（shù），包括電壓、電（diàn）流、流速，在選用國產（chǎn）離子（zǐ）交換膜的條件下也可以將氯化銨濃度濃縮至12.6％。
2.實（shí）驗方法
電滲析器：尺寸規格為25mm×80mm；組裝方式為臥式組裝，采用一級一段式（shì），每段10對膜，膜對電壓為0.2V；極板（bǎn）為鈦（tài）鍍釕電極；膜為聚丙烯均相膜。
3.分析方法
氨氮測定方法為水（shuǐ）質－氨氮納氏試劑（jì）分光光度法（HJ535-2009）。
二、結果與（yǔ）討論
1.進水流量對處理結果的影響
以模擬氨氮（dàn）廢水為（wéi）樣品，保持電（diàn）壓在（zài）14V不變，控製氨氮進水流量在一定範圍內變化，測定出水的（de）電導率。結果見圖2。
通過圖2的（de）曲（qǔ）線可以看出，流量在10～20L/h範圍內電導率變化不明顯，出水氨氮濃度變化較小。當流量在20～40L/h範（fàn）圍內（nèi），電導率出現（xiàn）明顯的上（shàng）升趨勢，出水（shuǐ）氨氮去除率（lǜ）可達80%，隨著時間延長流量增加，出水水（shuǐ）質電導率逐漸變大，但是此時出水氨氮水（shuǐ）質變差。因此得到最好的（de）處理效果時空之流量在40L/h，此時出水氨氮電導率為15.67μs/cm。
當進水流量控製在40L/h，通（tōng）過改變電壓測定出水電導（dǎo）率，其電壓與電導率曲（qǔ）線關係見圖3。

圖2　進水流量對處理結果（guǒ）的影（yǐng）響

圖3　電壓對（duì）出水電導率的影響

由圖3可知，出水電導率（lǜ）隨著電壓的升高而不斷下降，當電壓降至14V時，電導率在15.67μs/cm，之（zhī）後不再降低，因此，本實（shí）驗（yàn）的（de）最佳電壓為14V，最佳流量為40L/h。
2.流速（sù）對電解流程長度的影響流速對（duì）流程長度的（de）影響見圖4。

圖4 流速對（duì）流程長度的影響

由圖4可知，進（jìn）水氨氮在電子遷移過程中邊電離邊遷移，流速的大小直接影響到氨氮的電離程度進而影響流程長度。流速（sù）超過最佳速度時會出現沒有完全電離就隨極水離開電滲析器。相反，如果流速太小會使過程效率（lǜ）下（xià）降。
3.氨氮（dàn）濃度對處理結果的影響
氨氮濃度的高低（dī）對電滲析設備的（de）能耗會有一定影響，濃度太高，氨氮脫除時間相對（duì）較長。氨氮濃度太低，10～20min內即可達到理（lǐ）想的處理效果。
但（dàn）是想要得到更高的去除率不僅增加耗電（diàn）量，也會出現濃水室極化結（jié）垢造成膜汙染。因此，該法處理氨氮廢水時應控製氨氮進水（shuǐ）濃度。不同濃（nóng）度氨氮進（jìn）水在相同處理時間內出水氨氮濃度（dù）結果見表1。

表（biǎo）1 不同濃度氨氮進水在相同處理（lǐ）時間內出水（shuǐ）氨氮濃度（dù）

通（tōng）過以上（shàng）數據可以看出，氨氮濃度在（zài）5000mg/L下時15min的去除（chú）率就可以達到90％～95％。氨（ān）氮濃度在10000mg/L以上時，氨氮去除率僅達到65％左右，因此在選擇氨氮進水濃度時應考慮既要去除效率高，又要（yào）考慮設備運（yùn）行成本。

圖5 進水pH值對氨（ān）氮（dàn）去除率（lǜ）的影響

4.進水pH值對氨氮去除率的（de）影響
進水pH值對（duì）氨氮（dàn）去除率的影響結果見圖（tú）5。
對於電滲析法去除氨氮，原水（shuǐ）的pH值是一（yī）個極為重要的參數。由圖5中（zhōng）可以（yǐ）看出，pH在7～10之間電滲（shèn）析對氨氮具有較高的去除效率。在pH為8左右時去除率最高可達92％。模擬氨氮廢水進行試驗後，由於氨氮配水（shuǐ）本身pH為7.5左右，因此無（wú）需再調節水質pH值即可達到去除率95％。因此（cǐ）原水的pH直接（jiē）影響到電滲析法（fǎ）對（duì）氨氮的去（qù）除率。pH值較低時雖然有利於氨（ān）氮離解為銨離子，但是由於濃差極（jí）化使其去除率下降，給後續處理（lǐ）增加困難的同時也會出現設備腐蝕問（wèn）題，同時從膜汙染的角度（dù）考慮（lǜ），pH較高會出現膠體汙染，使（shǐ）氨氮的電離效果下降去除（chú）率降低。通常提高廢水中（zhōng）氨氮的傳質係數，采取調（diào）節pH值，使NH＋4轉化（huà）為（wéi）NH3，如果需要將氨根離子全部轉化為NH3，按（àn）照理論值計算（suàn）需要加入等物質量的堿，這樣的（de）結果也同（tóng）樣可（kě）能會造成膜汙染問題。因此，應用電滲析法處理氨氮廢水，pH值影響可以忽略。
三、教（jiāo）學設備的推薦（jiàn）與（yǔ）介（jiè）紹

MYB-23 NOx的氨選擇性催化還原實驗裝置

一）NOx的氨選（xuǎn）擇性催化還原實驗裝置,NOx的氨選擇性催化（huà）還原實驗設備,NOx的氨選擇性催化還原實驗台產品（pǐn）特點：

1.設備布局合理、美觀（guān），結構清（qīng）晰，整體感（gǎn）強。

2.反應釜設有保溫層，可對反應過程進（jìn）行（háng）平穩有效的控溫；有效防止實驗人員發生（shēng）安全（quán）事故。

3.設備采用高精度熱電（diàn）偶，大大提高實驗精度。

二）NOx的氨選擇性催化還原實驗裝置,NOx的氨選擇性催化還原實驗設備,NOx的氨選擇性催（cuī）化還原（yuán）實驗（yàn）台實驗（yàn）目的：

1.掌握NOX催化還原反應進行的原理和反應條件。

2.掌握催化劑和溫度對NOX脫（tuō）除效率的影響。

三）NOx的氨（ān）選擇性催（cuī）化還原實驗裝置,NOx的氨選擇性催化還原實驗設備,NOx的氨選擇性催（cuī）化還原實驗台（tái）主（zhǔ）要（yào）配置：

1.反應釜；2.加熱爐；3.反應器；4.冷凝器；5.氣體鋼瓶；6、減壓閥；7.流量計；8.溫（wēn）控儀；9.NOX分析儀；10.不鏽鋼框（kuàng）架；11.控（kòng）製屏。

四）NOx的氨選擇性（xìng）催化還原實驗裝置,NOx的氨選擇性催化還原實驗設備,NOx的氨選擇性催（cuī）化還原實驗台技術參數：

1.反應釜：約（yuē）8L，304不鏽鋼材質，厚度1.5mm；功能：用於對有（yǒu）害氣體進行混合預熱。

2.加熱爐：304不鏽鋼材質，功率2000W。

3.反應管：尺寸Φ20×600mm，316不鏽鋼材質。

4.流量計：氣體轉（zhuǎn）子流（liú）量計，0.1-1L/min。

5.壓力表：0-0.6MPa。

6.控溫方式（shì）：自動控製、兩（liǎng）段控溫。

7.冷凝器：304不鏽鋼材質，冷卻水（shuǐ）冷卻。

8.各管道和閥門（mén）均為304不鏽鋼材質。

9.各項電路指示、操作均在控製（zhì）屏麵板進行。

10.控製屏和框架均為304不鏽鋼，結構緊（jǐn）湊，外形（xíng）美（měi）觀，流程簡單（dān），操作方便。

11.外形尺寸：1150×550×1900mm，框架為可移動式設計，帶腳（jiǎo）輪及禁錮腳。

四、結論
（1）電（diàn）滲析法（fǎ）處理氨氮廢水其氨氮去除（chú）率能夠達到95％以上。並且出水可以回用，處理後的氨氮可以資源化再（zài）利用。
（2）氨氮廢水處理小試實驗最佳處理電（diàn）壓為14V，膜對電壓0.2V，流量42L/h。
（3）對於汙染物主要為氨氮的廢水，其pH值（zhí）不會對電滲析法處理氨（ān）氮廢水產生影響。

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