膜法处理高浓度氨氮废水研究

膜法处理高浓度氨氮废水的研究
摘要：目前对于高浓度氨氮废水的处理有多种方式，本文通过实验探究的形式研究了膜法处理高浓度氨氮废水的效果，并发现这一工艺与其它处理方式存在着极大的优越性，在今后的工作中值得推广。

关键词：膜法；高浓度；氨氮废水；电渗析
中图分类号：g424.31 文献标识码：a 文章编号：
膜法水处理工艺是将超滤、微滤、反渗透、edi等不同的膜工艺有机地组合在一起，达到高效去除污染物以及深度脱盐的目的一种水处理工艺。

全膜法处理后的出水可直接满足锅炉补给水、工艺用水、电子超纯水、回用水、循环用水等要求该工艺已成功应用于电力、冶金、石化等多个领域。

该工艺的关键技术edi系电渗析（ed）和离子交换技术（di）有机结合，达到连续除盐、运行维护简单、无酸碱排放污染。

而超/微滤、反渗透已广泛应用于海水（苦咸水）淡化及废水回用。

一、氨氮污染的危害
未经处理的氨氮废水直接排入水体将会对环境和周边生物产生
严重危害，具体表现有以下几方面：
1、引起水体的富营养化
当未经处理的氨氮废水排入水体，尤其是一些流动较缓且更新较慢的水环境中时，大量的氮元素将被不断的富集。

而氮源是藻类等生长繁殖的关键性因素，且一般也是其限制因素。

丰富的氮源会引
起藻类等浮游生物的大量繁殖，导致水华或赤潮的出现。

藻类的过度代谢引起水体产生颜色和气味，使水质变差，影响感官性状。

而且，藻类的快速繁殖和腐败会消耗水中大量的溶解氧，使水体中氧的含量急剧降低。

过低的含氧量加上藻类生长时产生的大量分泌物对水体中的其他水生生物，尤其是鱼类等具有强烈的毒害作用。

水体中的水生生物阶段性、批次性的大量死亡最终使整个水环境的生态平衡遭到严重破坏，待其自然恢复则需要一个相当长的时间。

2、影响水源水质，增加给水预处理的成本
目前国内的自来水厂一般采用加氯消毒法，当水中含有氨氮时，氨会以铵根形式与氯作用形成氯氨，大大降低氯的消毒效率，增加氯的添加量。

同时用于脱色、除味等的化学药剂也会成倍增加。

3、对人类及其他生物的毒害
虽然急性氨中毒需要较高的氨浓度，一般很少发生，但人体长期接触同样会产生许多慢性疾病。

氨对人体皮肤、呼吸道、眼部均有强烈的刺激和灼伤作用，对心脏、肝脏和神经系统也具有慢性毒害，长期接触氨，会提高许多疾病的发病率。

氨经过硝化作用最终可以转化为无毒的硝酸盐，被生物吸收利用，但在这一过程中的中间产物亚硝酸盐却是不稳定且有毒的。

它不但会降低生物血液中蛋白载体结合氧的能力，而且可以与胺作用生成具有致突变、致畸和致癌作用的剧毒物质亚硝胺。

二、膜法处理高浓度氨氮废水探究实验
1、试验水质及设备
主要试验设备及性能参数为：电渗析器：尺寸规格为100mm×300mm；组装方式为卧式组装，一级一段，每段六对膜；极板为钛镀钌网电极；膜为聚丙烯异相膜。

pp中空纤维膜：膜组件为聚丙烯中空纤维膜，长18cm，纤维4~6千根。

表1 循环水水质情况
2、试验原理及方法
（1）电渗析试验原理及方法
电渗析器由极板、离子交换膜和隔板组成。

当含nh3-n废水通入时，在直流电场作用下，产生nh+4和oh-的定位迁移。

离子迁移结果使废水得到净化，nh3得到浓缩。

电渗析试验方法采用浓水和稀水分别循环的方式。

原水经过滤去除悬浮物后进入稀水集水瓶。

浓水集水瓶中加入配制的nh3-n 25000mg/l的溶液。

极水集水瓶中加入配制的含nh3-n 3000mg/l的溶液。

为了保持两股水的压力平衡，两股水之间设一水银压差计。

（2）pp中空纤维膜试验原理及方法
聚丙烯塑料在拉丝过程中，将抽出的中空纤维膜拉出许多小孔，气体可以从孔中溢出，而水不能通过。

将ph调到11.5时，废水中99.9%的铵以游离态的氨存在。

当废水从中空膜内侧通过时，氨分子从膜壁中透出，被壁外的稀h2so4吸收为(nh4)2so4，而废水中的nh3-n得以去除。

pp中空纤维膜法采用吸收液循环方式，将含氨废水泵入中空纤维膜内侧，h2so4吸收液在膜外侧循环。

废水经过中空纤维膜后，氨得到了去除，同时氨以(nh4)2so4的形式回收。

三、试验结果与讨论
1、电渗析试验结果与讨论
（1）稀水流速对流程长度、电流效率、有效膜面
积、极板数的影响采用电压-电流曲线确定极限操作电压为
10.5v。

在此条件下，研究了稀水流速对流程长度、电流效率、有效膜面积、极板数的影响，结果见图1和图2。

从图1可见流速越大，流程长度越长。

这是因为氨水是弱电解质，在电渗析器内氨水边电离边迁移，如流速过大，氨水还没有完全电离就随水离开电渗析器。

流速小，则氨水电离出的nh+4和oh-能最大程度地迁向离子交换膜的表面被交换。

当然流速太小，会使过程效率下降。

从图2可以看出，当流速小于3cm/s时，电流效率下降而电耗上升。

设备所需的极板数以流速3cm/s时为最少。

极板数少则可降低设备造价。

当流速增大，有效膜面积降低，因此，确定最佳流速为3cm/s。

图1 稀水流速对流程长度、极板数、电耗的影响
图2 稀水流速对电流效率、有效膜面积的影响
（2）稳定运行试验结果
电渗析实际运行过程中为防止水的极化，膜对电压应为极限电压的0.9倍。

稳定运行阶段膜对电压为9.5v，随着水中的nh3-n及其
它导电离子的去除，水的电导率下降，电阻升高，膜对电压有升高趋势，操作过程注意保持电渗析中膜对的电压恒定。

稀水流速为
3cm/s时，电渗析脱氨率可达到87.5%。

2、pp中空纤维膜法试验结果与讨论
（1）吸收液侧影响因素
采用双柱串联酸循环流程，选择h2so4作为吸收液，考虑到氨在吸收液测的传质阻力，研究了吸收液流量及浓度对脱氨效率的影响。

吸收液流量大于20l/h，吸收液流量对脱氨效率无影响，说明此时吸收液侧的传质阻力可忽略不计。

当酸浓度下降到一定程度即小于1.0mol/l时，脱氨率明显下降。

吸收液的流量及其酸的浓度对脱氨效率的影响，实际上反映了能否提供足够量的酸将膜内侧迁移到外侧的氨及时地吸收并带离膜表面。

（2）原料液侧影响因素
1）原料液ph对脱氨效率的影响
为了使废水中的氨在氨/水分离膜组件中具有较高的传质系数，便于氨与水分离，必须在废水中加入一定量的碱使nh+4转变为nh3。

若要使废水中nh+4全部转化为nh3，需加入与nh+4等物质量的碱，则ph应大于11.0。

结果见图3。

2）原料液流量及浓度对脱氨效率的影响采用双柱酸循环原料液非循环流程，根据非循环流程传质关系式：
ln(co/ce)=4kl/ud
式中：co：原料液进口氨氮浓度，mg/l；ce：原料液出口氨氮浓
度，mg/l；l：中空纤维柱有效长度，cm；d：中空纤维内径，cm；k：氨在中空纤维膜内的传质系数；u：原料液在中空纤维膜内的线速度，cm/s。

公式表明，原料液中氨氮浓度对氨的脱除无影响，但随着原料液流量的增加，脱氨效率下降。

试验结果如此，见图4和图5。

因此，中空纤维膜分离氨/水不受原料中氨氮浓度的限制，尤其对高浓度含氨废水的分离回收更显示出其优越性。

图3 原料液ph对脱氨效率的影响
图4 原料液浓度对脱氨效率的影响
图5 原料液流量对脱氨效率的影响
（3）稳定运行试验结果
采用双柱串联酸循环流程，废水一级处理出水达不到国家规定的化肥行业一级排放要求，需进行二级处理。

结果见表2。

由表2可见，原料液中氨的脱除量与h2so4吸收液中吸收的氨量基本达到物料平衡。

表2pp膜法脱氨试验结果
结论
电渗析法可将含nh3-n 3000~3200mg/l废水中的氨氮去除85%以上。

电渗析法处理此废水不受ph、温度的限制，操作简便，且可回收氨。

pp中空纤维膜法脱氨技术先进，二级脱除率≥99.4%，适用于处理高浓度nh3-n废水，处理后废水能够达标排放。

采用酸吸收
的方法，可以(nh4)2so4的形式回收氨，且不产生二次污染。

膜法
脱氨工艺设备简单，能耗低，占地面积小，操作方便。

参考文献
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