氨氮吹脱效率影响因素_黄勇

第6卷第2期2009年6月长沙理工大学学报(自然科学版)

JournalofChangshaUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Vol.6No.2Jun.2009

文章编号:1672-9331(2009)02-0088-04

氨氮吹脱效率影响因素

黄　勇1,胡旭跃1,吴方同1,阳常清2,谢守鹏1

(1.长沙理工大学水利学院,湖南长沙　410004;2.汕头市达濠市政建设有限公司,广东汕头　515071)

摘　要:为了研究不同因素对氨氮吹脱效率的影响程度以及最佳工艺运行参数,采用填料为排列规整的聚丙烯阶梯环的吹脱塔进行正交吹脱试验.试验结果表明,氨氮吹脱效率的影响因素顺序为:pH>气液比>水力负荷>氨氮负荷;在水温为27～30℃、气温为25～27℃、进水氨氮负荷为24.46～80.38m2 m3,

pH=11.0、气液比为3300、水力负荷为2.25m3/m2 h时,能得到较好的吹脱效果,20mg/L,氨氮去除率均能达到98%以上.

关键词:氨氮;吹脱;正交试验中图分类号:X703

文献标识码:A

Influencestrippingefficiency

GYong1,HUXu2yue1,WUFang2tong1,

YANGChang2qing2,XIEShou2peng1

(1.SchoolofWaterConservancy,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha410004,China;

2.ShantouDahaoMunicipalConstructionLimitedCompany,Shantou515071,China)

Abstract:Inordertostudytheinfluenceofthedifferentfactortotheremovalefficiencyofammonianitrogenaswellasthebestcraftoperationalfactor,usingpolypropylene2stage2ringaspurgingtowerfillings,orthogonalexperimentswereconductedtoinvestigatethein2fluencingfactorsontheremovalefficiencyofammonianitrogen.Theresultshowedthatthesequenceofthedegreesizeofeffectingonammonianitrogenstrippingefficiency,onebyoneinorder,was:pH>air/waterratio>hydraulicload>ammonianitrogenload.Theopti2mumparameterswereasfollowing:watertemperatureis27～30℃,airtemperatureis25～27℃,ammonianitrogenloadoftheinfluentis750～1150mg/L,pH=11.0,air/waterra2tiois3300andthehydraulicloadis2.25m3/m2 h.Theresultsshowedthatstrippingeffi2ciencyofammonianitrogencouldbehigherthan98%andconcentrationoftheeffluentwasbelow20mg/Lintheoptimumprocessconditions.Keywords:ammonianitrogen;stripping;orthogonaltest

炼油、化肥及畜牧业等许多废水中含有高浓度的氨氮,氨氮浓度一般远高于500mg/L,如果直接进行生化处理,易造成进水中C/N值较低.收稿日期:2008-12-31

基金项目:湖南省教育厅科研资助项目(05C231)

当采用生化法处理污水时,要想取得良好的硝化和脱氮效果,就必须额外添加碳源并增加碱度.而且高浓度氨氮本身对微生物的活动和繁殖有抑制

作者简介:黄　勇(1983-),男,湖北荆门人,长沙理工大学硕士生,主要从事环境水力学方面的研究.

　第6卷第2期黄　勇,等:氨氮吹脱效率影响因素

89

作用,因此首先必须进行除氮预处理.常见的除氮预处理方法包括离子交换法、折点加氯法、生物脱氮法、吹脱汽提法和化学沉淀法等.吹脱法由于运行费用较低,在国内外应用尤为广泛.影响氨氮吹脱工艺效率的因素较多,如:气液比、水力负荷、进水氨氮浓度、水温、气温、大气压、接触时间、pH值、接触面积、填料种类和布水方式等.不同试验基准的参数不同,得出的试验结果就会有较大差别.P.H.Liao[1]等认为,提高pH值在相同条件下可以减少吹脱时间,在pH值为9.5～10.5时,氨氮吹脱效率与吹脱空气和废水温度直接相关.徐晓鸣[2]等通过高浓度氨氮废水的超声吹脱正交试验,确定了试验的最佳工艺条件:pH为11,吹脱时间为90min,吹脱温度为40℃,为80W.在此最佳吹脱条件下,以达到99%以上.[:pH>温度>吹脱时间>气液比,较佳的水平条件分别为:pH=10～12,温度

T=30℃,时间t=1h,气液比=2000,在此条件

至吹脱柱顶,由布水喷嘴喷淋到吹脱柱内的填料上.空气由鼓风机从吹脱柱承托层底部送入,吹脱柱底部设置取样口,吹脱尾气用自来水吸收后排放.为避免各试验间的干扰,每次试验结束后,吹脱柱均需用自来水反复洗涤,并进行空塔吹脱,以排尽填料附着水.

试验装置如图1所示.吹脱柱采用有机玻璃

制做,Φ1=135mm,有效长度L=2.0m;填料为聚丙烯阶梯环,Φ2=25mm,呈规整排列填充于吹脱柱内;PVC水箱容积V=300

L.

图1　吹脱试验装置

Fig.1　StrippingExperimentalequipment

下氨氮去除率达90%以上.李良[4]等人通过吹脱法处理含油废水的正交试验,得出pH值、鼓气量和鼓气时间这3个因素的影响程度为:pH值>鼓气量>鼓气时间.

在工程应用中,气液比、氨氮负荷、pH值和水力负荷等因素若有所波动,则会导致吹脱效率不稳定,对后续处理工艺的运行极为不利.因此,找出气液比、氨氮负荷、pH值和水力负荷等因素影响氨氮吹脱效率的主次顺序以及它们在吹脱时的最优组合,就显得尤为重要.本研究采用填料为排列规整的聚丙烯阶梯环的吹脱塔进行吹脱试验,通过正交试验方法,重点研究了气液比、进水氨氮负荷、pH值和水力负荷这4个因素对氨氮吹脱效率影响的主次顺序以及它们之间的最优化组合.

试验检测项目包括:水温、气温、pH值、氨氮负荷,其中,pH值采用PHSJ-3F精密酸度计测定,氨氮负荷采用电极法测定.1.2　正交试验设计

多因素试验采用正交法,主要研究pH值、气水比、氨氮负荷和水力负荷4个因素对吹脱效果的综合影响.氨氮负荷以进水氨氮浓度表示,水力负荷以进水流量表示.

试验水温为27～30℃,气温为25～27℃,采用L9(34)正交试验,pH值、气水比、氨氮负荷和水力负荷均取3个水平.正交试验表如表1所示.

表1　正交试验表

Table1　Tableoforthogonaltest

A

B

C

D

1　试验部分

1.1　材料与方法

因素水平

123

pH值10.010.511.0

进水氨氮负荷/

(kg m m

24.4652.4280.38

2

3)

气液比

300033003600

水力负荷/

(m3 m2 h)

1.962.242.52

水样采用曝气自来水配制,氨氮浓度和pH值分别由NH4HCO3和NaOH投加量控制.

在PVC箱中配制好试验原水,经提升水泵送

90

长沙理工大学学报(自然科学版)2009年6月

比>水力负荷>氨氮负荷.就去除率而言,工艺的

2　结果与讨论

2.1　正交试验结果

最佳组合为A3B3C1D2,即进水氨

氮负荷为80.38kg/m2 m3时,在pH值为11.0、气液比为3000、水力负荷为2.24m3/m2 h条件下,去除

正交试验结果见表2.极差及方差分析见表3,4.

表2　正交试验结果

Table2　Resultoforthogonaltest

A

B

C

D

效果最佳.

从各因素对氨氮吹脱效率的影响程度来看,在确定最佳工艺条件时,首先要调节pH值.水中的氨氮大多以铵离子和游离氨的形式存在,两者

试验组

123456789

pH值111222333

氨氮负荷

12312313

气液比

12331221

水力负荷

1232311出水氨氮/

(mg L-1)9.227.046.1511.5514.47831316.56

去除率/

(%)97.3797.9998.2498.4698.98.4298.56

之间的离解平衡关系式为:NH4++OH-NH3+H2O.由该式可知,当pH值增大,废水中

游离氨成分逐渐增加,,提高pH,p;H,氨氮离解率高达[pH需要消耗大量的碱,所以

pH值为11.其次为气液比.影响氨气从水中向大气转移的因素有两个:一是水气界面处的表面张力;二是界面处的氨浓度差.表面张力最小,气态氨释放量就最大.如果形成水滴,气态氨转移量的增加将会很小.因此,反复形成水滴有助于氨的吹脱.水和大气中氨氮的浓度差是气态氨转移的动力.为使水滴周围环境中的氨氮浓度最小,必须将空气快速循环,用含低浓度气态氨的空气搅动水滴,有助于加快氨的释放.但当气液比过大时,会造成尾气夹带液滴现象;进水量较小时,会消耗大量的能源,所以将气液比控制在3000左右是比较合理的.水力负荷和进水氨氮浓度的极差很小,所以在实际吹脱的时候,可以将水力负荷和进水氨氮负荷分别控制在2.24m3/m2 h和80.38kg/m2 m3,吹脱效率可达98%以上.

表3　数据极差分析

Table3　Dataanalysisofrange

A

K1K2K3R

B

C

D

293.60294.42295.330.58

294.18294.48294.690.17

293.68295.01294.660.44

294.00294.23295.120.37

∑X

i

883.35P=(Xi^2)/9

86700.803QT=

K1286200.9686541.8786247.9486436.00K2286683.1486718.4787030.9086571.29K3287219.8186842.2086824.5287095.81Qi86701.3086700.8586701.1286701.04Si

∑(X^2)

i

86701.896ST=P-QT

1.0932

0.500.040.320.23—

表4　数据方差分析

Table4　Dataanalysisofvariance

方差来源离差平方和自由度均方(MS)

F值F临界值

A

B

C

D

从表4可知,当pH值介于10～11之间时,pH值、氨氮负荷、气液比和水力负荷4个因素的

F值分别为12.48,1.10,7.92,5.83,均小于F0.05(2,2)=19;当α=0.10,只有pH值的F值

——

误差E总和T

0.0420.02

1.098

0.5020.2512.48

0.0420.021.10

0.3220.167.92

0.2320.125.83

大于其临界值9.由此可见,对于pH值介于10～11时,氨氮负荷、气液比和水力负荷对吹脱效

—

F0.01(2,2)=99F0.05(2,2)=19F0.10(2,2)=9

2.2　讨　论

1)pH值、气液比、氨氮负荷和水力负荷对吹

率影响不显著,其中氨氮负荷的显著性几乎没有.

大多数研究表明,气液比和水力负荷(与水力停留时间成反比)均为影响氨氮吹脱的显著因素[6～8].本研究结果则表明,气液比和水力负荷并非影响氨氮吹脱的显著因素.其原因主要是,由于在各自的水平设置时,可能均处于氨氮吹脱的高效段,且浓度梯度设置不够合理导致影响不显著.黄海

脱效率的影响.

从表1～3的数据可知,当pH值介于10～11之间时,pH值、气液比、氨氮负荷和水力负荷对吹脱效率影响程度由大到小依次为:pH值>气液

　第6卷第2期黄　勇,等:氨氮吹脱效率影响因素

91

明[6]在研究氨氮浓度对吹脱效率影响时,发现初始浓度对氨氮吹脱效果的影响并不大,随着浓度的升高,去除率增量在5个百分点以内,与本研究结果较为吻合.说明氨吹脱可适合于不同浓度的氨氮废水的处理,并都能取得较好的处理效果.

2)NaOH的用量.

试验中发现,调原水pH值时,NaOH的用量非常大,这与吴方同[12]等人的试验结果是相一致的.每300L水在进水氨氮的浓度为400mg/L左右时,要将pH值调至10.5,需要使用纯度不少于96.0%的NaOH至少1.5kg.分析其原因为:由

sonicstripping[J].JournalofLanzhouUniversityofScienceandTechnology,2006,32(3),67269.[3]　陈莉荣,戴宝成,武文斐,等.高浓度氨氮稀土废水的

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40.

CHENLi2rong,DAIBao2you,WUWen2qian,etal.Studyonairstrippingofhighconcentrationammoni2acwastewaterinrareearthindustry[J].ChemicalTechnologyandDevelopment,2007,36(9):38240.[4]　李　良,于大伟,关晓彤,等.吹脱法处理含油废水的

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[5],,.(第四版)

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[6]　黄海明,肖贤明,晏　波.氨吹脱处理稀土分离厂中

于在试验中采用NH4HCO3(含氮量为17.1%)调节原水氨氮浓度,当在原水中加入大量NH4HCO3,再加入NaOH来调节pH值,NaOH

首先要与NH4HCO3pH值的作用,所以NaOH.,

在实际应用中,pHNaOH的投加量.

氨氮废水试验研究[J].环境工程学报,2008,2(8):

3　结　论

1)对于高浓度氨氮,影响其吹脱效果按显著

106221065.

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[7]　李瑞华,韦朝海,吴超飞,等.吹脱法预处理焦化废水

程度依次为:pH值>气液比>水力负荷>氨氮负荷.

2)当pH值介于10～11之间时,氨氮负荷、

气液比和水力负荷对吹脱效率影响不显著,其中氨氮负荷的显著性几乎没有.

3)当水温为27～30℃,气温为25～27℃,进水氨氮负荷为24.46～80.38kg/m2 m3时,在pH为11.0、气液比为3300、水力负荷为2.24m3/m2 h条件下,能得到较好的吹脱效果,

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1ax1.html