脫氨膜處理高氨氮農(nóng)藥廢水的中試研究

全康環(huán)保:近年來因氨氮廢水排放導致的污染問題日益嚴重，大量的氨氮廢水直接排入水體會造成水體富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)平衡，引發(fā)系列環(huán)境問題，嚴重危害生態(tài)安全。

氨氮廢水的處理一直是環(huán)保行業(yè)關注的重點，主要處理方法有氨吹脫法、反滲透法、化學沉淀法、電化學氧化法、生物法等。然而近年來氨氮廢水的處理逐漸由“除去氨氮”轉變?yōu)椤盎厥瞻钡钡睦砟睢?/p>

隨著水處理技術的發(fā)展，尤其是膜技術的廣泛推廣，膜法脫氨技術也得到了業(yè)內(nèi)人士的研究與應用。

筆者以某農(nóng)藥廠廢水為原水，針對該廢水中氨氮的脫除進行了脫氨膜工藝中試實驗，重點考察了脫氨膜去除氨氮的原理特點、運行參數(shù)、處理效果及運行費用等，為進一步的工程應用提供設計依據(jù)。

1 試驗裝置及方法

1.1 原水水質

試驗原水為某農(nóng)藥廠丙森鋅生產(chǎn)過程中蒸發(fā)產(chǎn)生的廢水，水溫45~50 ℃，pH 10~12，NH₃-N＜535 mg/L，設計出水NH₃-N＜50 mg/L。

1.2 試驗裝置

中試試驗工藝流程見圖 1。

脫氨膜工藝是將膜與傳統(tǒng)吹脫及吸收過程相結合的一種新型分離技術，含氨氮廢水流動在膜組件的殼程（中空纖維膜絲的外側），硫酸吸收液流動在膜組件的管程（中空纖維的內(nèi)側）。

氨氮在水中存在離解平衡：NH₄⁺+OH-圖片NH₃+H₂O。廢水中pH提高或者溫度上升時，上述平衡將會向右移動，NH₄⁺變成游離的氣態(tài)NH₃。

由于脫氨膜是一種疏水性的中空纖維膜，含氨廢水經(jīng)過膜絲表面時，水被隔離在膜絲外部，而氣態(tài)氨氮則滲透到膜絲內(nèi)部被硫酸吸收又變成離子態(tài)的NH4+。

當保持廢水的pH在10以上，并且溫度在35~50 ℃，廢水相中的NH₄+就會源源不斷地變成氣態(tài)NH3向吸收液相遷移，從而達到脫除氨氮的目的。

而隨著吸收液在管程內(nèi)不斷循環(huán)，形成純凈的硫酸銨，可被回收利用。

1.3 材料與設備

原料液：丙森鋅蒸出廢水，硫酸吸收液（98%），液堿（30%）。

脫氨膜組件：裝置設計處理量250 L/h，采用三只膜串聯(lián)方式布設；試驗用改性聚丙烯中空纖維膜，內(nèi)徑0.3 mm，外徑0.4 mm，膜長度608 mm，膜孔徑范圍0.01~0.1 μm，膜面積9.2 ?O，處理水量0.2~0.25 m3/h，使用表面張力≥60 mN/m，使用壓強≤0.2 MPa，進水氨氮＜20 000 mg/L，進水SS＜5 mg/L，進水pH 0.8~12。

2 試驗結果與討論

2.1 試驗結果分析

引企業(yè)產(chǎn)線丙森鋅蒸出水至原水箱，用液堿將原水箱內(nèi)廢水pH調(diào)至11~12，控制水溫在45~50 ℃，開啟廢水提升泵，控制進水流量在200~250 L/h，接著開啟硫酸循環(huán)泵，控制酸液流量在1 200~1 500 L/h。

運行中控制脫氨膜組末端出水水溫不低于45 ℃，保持硫酸吸收液pH＜2，待設備運行穩(wěn)定后，不定時抽取原水及脫氨膜出水進行氨氮檢測，由進出水氨氮計算總的氨氮去除率。

另外，假設每級脫氨膜對氨氮的去除率相同，從而推算出單級膜對氨氮的去除率。試驗結果見表 1。

由表 1可以看出，當原水氨氮在535 mg/L以下時，系統(tǒng)出水氨氮降低至55 mg/L以下，總去除率達到90%左右，單級膜氨氮去除率達到50%以上。然而原水氨氮高于535 mg/L時，系統(tǒng)對氨氮的總去除率及單級膜氨氮去除率皆有所降低，分別在81%及42%左右。

同時檢測結果顯示，采用三級膜串聯(lián)運行方式，最終出水氨氮濃度有所波動，由此可見，若要系統(tǒng)穩(wěn)定達到處理要求，可采用四級或四級以上膜串聯(lián)的排布方式。

2.2 運行費用分析

根據(jù)中試試驗運行情況，該工藝噸水運行費用包括：電0.94 kW?h，98%濃硫酸1.75 kg，30%液堿0.16 kg，其中電費、98%濃硫酸、30%液堿單價分別按0.8元/（kW?h）、0.48元/kg、0.67元/kg計，對應的運行費用分別為0.75、0.84、0.11元/t。另外可回收硫酸銨2.36 kg，以回收價0.05元/kg計，該工藝可產(chǎn)生0.12元/t的回收價值，則脫氨膜工藝總的運行費用為0.75+0.84+0.11-0.12=1.58元/t。

3 脫氨膜應用特點

對于高氨氮廢水處理，目前常用的工藝主要有吹脫法、蒸氨法。脫氨膜與這兩種工藝的特點評價分析見表 2。

由表 2可以看出，脫氨膜法具有：

（1）氨氮脫除率較高，且出水水質相對較穩(wěn)定；

（2）裝置模塊化設計，占地面積小，移動、擴容較方便；

（3）裝置為一個封閉的運行環(huán)境，無二次污染；

（4）裝置自動化水平較高，操作簡便；

（5）最終產(chǎn)物（硫酸銨）可有效進行回收利用，具有一定的經(jīng)濟價值；

（6）膜易污染，對進水水質要求高，需要一定的預處理。

4 結 論

（1）采用脫氨膜對高氨氮農(nóng)藥廢水進行中試試驗，結果表明，在原廢水氨氮不高于535 mg/L條件下，經(jīng)過三級脫氨處理，出水氨氮可達到55 mg/L以下，總氨氮去除率達90%左右，單級膜氨氮去除率在50%以上。

若要達到處理要求，需采用4級或4級以上膜串聯(lián)排布方式。

（2）通過試驗數(shù)據(jù)分析，脫氨膜工藝的運行費用在1.58元/t，具有極高的經(jīng)濟價值。

（3）采用脫氨膜法處理氨氮廢水，可以根據(jù)廢水中氨氮濃度和出水氨氮要求設計出合理的膜元件排列，運行穩(wěn)定可靠。與其他脫氨工藝相比，脫氨膜工藝具有易模塊化、自動化程度高、無二次污染、操作維護簡單、運行費用低、占地面積小等特點。