氣體分離膜在燒結(jié)高氨氮脫硫廢水中的試驗(yàn)研究

周建佳

1 燒結(jié)脫硫廢水工藝及水質(zhì)情況簡介

寧鋼燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，煙氣經(jīng)除塵器收塵后再進(jìn)入氣噴旋沖吸收塔，與石灰石漿液接觸，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，氣體中的二氧化硫、煙塵被洗滌吸收。二氧化硫與石灰石漿液接觸，生成亞硫酸鈣，并與煙氣中的氧及由氧化風(fēng)機(jī)鼓入的氧反應(yīng)，生成硫酸鈣。石膏漿液由石膏排出泵打入石膏旋流器進(jìn)行二級脫水，二級脫水的廢液進(jìn)入脫硫廢水箱，形成脫硫廢水。脫硫廢水含鹽量高，電導(dǎo)率平均60000μS/cm，鈣和氯離子在20000 mg/L左右，水中的懸浮物含量在15000 mg/L左右，氨氮的含量在1500～2200 mg/L之間。如此高含鹽量的脫硫廢水進(jìn)入公司的污水處理系統(tǒng)后，不僅大大增加了污水處理后的回用水含鹽量，同時也引起了回用水氨氮的異常升高，使得部分不能回用的排污水氨氮接近排放限值，由于公司的污水處理系統(tǒng)沒有降低氨氮的工藝，因此單獨(dú)降低脫硫廢水的氨氮再進(jìn)入污水處理系統(tǒng)成為迫在眉睫的任務(wù)。

2 燒結(jié)脫硫廢水脫除氨氮試驗(yàn)方案的確定

目前氨氮廢水的常用處理方法有吹脫法、沉淀法、生化法、雙膜法等等，吹脫法設(shè)備占地面積大，同時存在二次污染物；沉淀法成本較高,不易控制最佳的沉淀?xiàng)l件；生化處理法,它可以高效率低成本地處理含氨氮廢水,但是進(jìn)水氨氮濃度一般不能超過500 mg/L,同時廢水的高含鹽量對微生物的活動和繁殖有抑制作用；雙膜法氨氮去除效果差，造價高，運(yùn)行不穩(wěn)定等問題。最終確定了使用氣體分離膜法工藝進(jìn)行脫除脫硫廢水中氨氮的中型試驗(yàn)。

3 氣體分離膜介紹

在氣體分離膜的一側(cè)是高濃度氨氮廢水（也稱料液），另一側(cè)是酸性水溶液或水（也稱吸收液，多采用酸）。當(dāng)在料液側(cè)溫度 T1＞20 ℃,pH1＞9,P1＞P2保持一定壓力差的條件下，廢水中的游離氨NH4+就變?yōu)榘狈肿覰H3,經(jīng)過料液側(cè)界面擴(kuò)散至膜表面，在膜表面兩側(cè)氨分壓差的作用下，氨分子穿越膜孔，進(jìn)入吸收液，迅速與酸性溶液中的H+反應(yīng)生成銨鹽，詳見圖1。

反應(yīng)方程式：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4

生成的銨鹽質(zhì)量濃度可達(dá)20%～25%左右，成為清潔的工業(yè)原料。而廢水中的氨氮可以降至100～200 mg/L以下，也可以根據(jù)需求，將氨氮濃度降到某一規(guī)定值。

圖1 氣體分離膜工作原理圖

4 試驗(yàn)內(nèi)容

4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次試驗(yàn)以燒結(jié)的脫硫廢水為試驗(yàn)對象，通過氣體分離膜中試的試驗(yàn)裝置，檢測氣體分離膜對脫硫廢水中氨氮的脫除效果，及影響脫除效率的因素。

4.2 試驗(yàn)裝置的工藝流程

工藝流程見圖2

4.3 試驗(yàn)設(shè)備及材料

上海未來企業(yè)有限公司提供的氣體分離膜中試裝置一套；酸度計(jì)一臺；液堿、硫酸、PAM（陽離子）若干；無紡濾布一塊；50 kg塑料桶五只；500 mL取樣瓶若干。

4.4 試驗(yàn)步驟

1）設(shè)備到場，安裝及接電，設(shè)備額定功率2.5 kW，電源要求：380 V，用清水測試確認(rèn)該試驗(yàn)裝置無損壞和泄漏。

2）將吸收液硫酸配成2%～3%的濃度（原液為50%濃度），灌滿中試裝置的酸液儲罐。

圖2 中試裝置工藝流程圖

3）取脫硫廢水原液50 kg左右，投加適量的PAM（陽離子），進(jìn)行混凝沉降，沉降后廢水的懸浮物小于100 mg/L,之后用無紡濾布進(jìn)行過濾得到懸浮物為5～10 mg/L的脫硫廢水預(yù)處理水樣，同時取樣檢測其它相關(guān)項(xiàng)目。

4）將預(yù)處理后的廢水轉(zhuǎn)移到中試裝置的廢水儲罐，用液堿調(diào)節(jié)pH至11.0左右，開啟裝置循環(huán)泵，再次檢查確認(rèn)無藥液滲漏；循環(huán)過程中向液堿儲罐持續(xù)補(bǔ)加液堿，使pH維持在11.0左右，同時向酸液儲罐持續(xù)補(bǔ)加硫酸，使pH維持在1.5以下。循環(huán)3 h，并分別于循環(huán) 15 min、30 min、60 min、120 min、180 min時取樣檢測廢水的pH和氨氮數(shù)據(jù)。

5）用清水將試驗(yàn)裝置沖洗十分鐘，進(jìn)行下一輪水樣的試驗(yàn)。

5 試驗(yàn)水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)及分析

試驗(yàn)共計(jì)八次，從表1的檢測數(shù)據(jù)來看，60分鐘后八個樣品中有三個樣品的氨氮含量達(dá)到5mg/L以下，滿足國家的排放標(biāo)準(zhǔn)；120分鐘后，八個樣品中有六個樣品的氨氮含量達(dá)到5mg/L以下；180分鐘后，所有樣品的氨氮含量均達(dá)到5mg/L以下。

表1 試驗(yàn)過程的檢測數(shù)據(jù)

從表2的脫除率統(tǒng)計(jì)可以看出，當(dāng)pH大于11在11.5左右時，15 min，氨氮的平均脫除率為82.8%，30 min脫除率平均為97.2%，60 min脫除率平均為98.1%，120 min脫除率平均為99.7%，180 min脫除率平均為99.9%。在pH小于11，在10.5～11.0之間時，氨氮的平均脫除率明顯偏小，15 min的脫除率為65.4%，30 min脫除率平均為85%，60分鐘脫除率平均為95.1%，120 min脫除率平均為99.7%，180 min脫除率平均為99.8%。低pH樣品的60 min的脫除率與高pH的60 min的脫除率已經(jīng)非常接近。見圖3

表2 氨氮脫除率的統(tǒng)計(jì)

圖3 脫除率隨p H變化的比較圖

6 結(jié)論

6.1 氣體分離膜對水中高氨氮的脫除有明顯的效果。

6.2 氣體分離膜對水中氨氮的脫除率主要受二個因素條件的影響，一是運(yùn)行的時間，二是廢水的pH。

6.3 氣體分離膜對廢水預(yù)處理要求不高，同時工藝流程簡單，系統(tǒng)常壓運(yùn)行，運(yùn)行成本低，操作方便。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]何松波.氨氮廢水處理技術(shù)進(jìn)展[OL]中國科學(xué)研究院 環(huán)境催化2004.11