江海清 何 春

（深圳市深聯(lián)電路有限公司，廣東 深圳 518000）

1 前言

國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996中氨氮的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)為15 mg/l，它的排放會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，生態(tài)紊亂。在線路板廢水中，氨氮主要來(lái)源于蝕刻工序，因蝕刻液中含有高濃度的銅離子，具有很高的回收價(jià)值，很多企業(yè)都會(huì)將原蝕刻廢液交由有資質(zhì)的回收企業(yè)進(jìn)行回收再利用，所以排放的氨氮廢水主要來(lái)自于蝕刻工序的清洗廢水，主要以游離氨、離子銨及[Cu(NH3)4]2+形式存在。為了以免混入綜合廢水，造成處理難度加大，成本升高，須先對(duì)其進(jìn)行分流，統(tǒng)一排放到絡(luò)合集水池單獨(dú)處理。其中其氨氮的含量在100 mg/l ～ 150 mg/l之間，為了能使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，很多的企業(yè)都采用生化處理，在生化處理中，如何保證菌種的生長(zhǎng)繁殖尤為重要。在此，本文則推薦一種適于本行業(yè)中小企業(yè)且較為經(jīng)濟(jì)的吹脫法處理工藝，并對(duì)其在氨氮廢水的處理應(yīng)用上進(jìn)行研究和探討。

2 實(shí)驗(yàn)的原理分析

線路板廢水中的氨氮不僅存在著游離氨（NH3）與銨離子（NH4+），保持著平衡狀態(tài)，還存在著一部分是氨氮被束縛在絡(luò)合離子中，以〔Cu(NH3)4〕2+形式存在，此時(shí)游離氨的比例不僅與pH有關(guān)，還受銅氨絡(luò)離子濃度的影響見(jiàn)式（1）：

根據(jù)式（1）可以得到，當(dāng)〔Cu(NH3)4〕2+＝0時(shí)，水中游離氨的比例隨著pH的升高而增大，當(dāng)pH＞11的時(shí)候，水中90%以上的氨氮都是以游離氨的形式存在。還應(yīng)該注意到，在相同的pH下，〔Cu(NH3)4〕2+濃度越低，游離氨的比例越高。計(jì)算結(jié)果表明，廢水中氨氮濃度在200 mg/l以下時(shí)，〔Cu(NH3)4〕2+濃度非常小，也即，低濃度的銅氨絡(luò)合離子對(duì)氨氮的吹脫影響微乎其微。所以可以知道在線路板廢水中的氨氮大多以銨離子（NH4+）和游離氨（NH3）保持平衡的狀態(tài)而存在。其平衡關(guān)系式如式（2）：

這個(gè)關(guān)系受pH值的影響，當(dāng)pH值高時(shí)，平衡向左移動(dòng)，游離氨的比例增大。常溫時(shí)，當(dāng)pH值為7左右時(shí)，氨氮大多數(shù)以銨離子狀態(tài)存在，而pH為11左右時(shí)，游離氨大致占90%。所以廢水在進(jìn)入吹脫塔前，先以石灰進(jìn)行處理，經(jīng)石灰調(diào)節(jié)pH值后的廢水從塔的上部淋灑到填料上而形成水滴，順著填料的間隙次第落下，與由風(fēng)機(jī)從塔底向上或水平方向吹送的空氣逆流接觸，完成傳質(zhì)過(guò)程，使氨氣由液相轉(zhuǎn)為氣相，隨空氣一起被吸收，完成吹脫過(guò)程。

3 吹脫法去除氨氮的影響因素

3.1 pH值、溫度對(duì)吹脫的影響

通過(guò)上面對(duì)其吹脫原理的分析，pH值高時(shí)，會(huì)增加廢水中游離氨的濃度，并且有利于游離氨的存在，所以pH 值是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。另外，溫度也會(huì)影響反應(yīng)式（2）的平衡，溫度升高，平衡向右移動(dòng)。表1 列出了不同條件下氨氮的離解率的計(jì)算值。表中數(shù)據(jù)表明，當(dāng)pH值大于10時(shí)，離解率在80%以上，當(dāng)pH值達(dá)到11時(shí)，離解率高達(dá)98%且受溫度的影響甚微。

表1 不同pH、溫度下氨氮的離解率%

3.2 氣液比對(duì)吹脫的影響

氨吹脫一般采用吹脫池和吹脫塔兩類設(shè)備，但吹脫池占地面積大，而且易造成二次污染，所以氨氣的吹脫常采用塔式設(shè)備。

吹脫塔常采用逆流操作，塔內(nèi)裝有一定高度的填料，以增加氣—液傳質(zhì)面積從而有利于氨氣從廢水中解吸。常用填料有拉西環(huán)、聚丙烯鮑爾環(huán)、聚丙烯多面空心球等。廢水被提升到填料塔的塔頂，并分布到填料的整個(gè)表面，通過(guò)填料往下流，與氣體逆向流動(dòng)，空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣液比增加而減少。

氨吹脫是一個(gè)相轉(zhuǎn)移過(guò)程，推動(dòng)力來(lái)自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐g的差，由物料守衡（見(jiàn)圖1）可得吹脫塔操作線方程見(jiàn)式（3）：

圖1 逆流吹脫塔物料衡算

即以（L/V）為斜率的直線，如圖2的直線MN。在此，L值已經(jīng)確定，若減少吹脫氣體的用量，操作線斜率將會(huì)增大，點(diǎn)N 便沿垂直線X＝X2向上移動(dòng)，傳質(zhì)推動(dòng)力（X2－X2*）或（Y2－Y2*）隨之減小，當(dāng)點(diǎn)N 落在線Y*上時(shí)，Y2＝Y(jié)2*，塔頂吹脫氣體濃度達(dá)到平衡，即最高濃度。此時(shí)氣體用量最小，這是理論上液氣比能達(dá)到的最大值，但推動(dòng)力變?yōu)?，見(jiàn)式（4）：

通常要求達(dá)到的氨去除程度（X1）、進(jìn)口濃度（X2）為已知，空氣進(jìn)口濃度（Y1）為零，Y2*為與X2對(duì)應(yīng)的氣體平衡濃度，對(duì)于稀溶液，在一定溫度，當(dāng)氣液之間達(dá)到相平衡時(shí)，溶質(zhì)氣體在氣相中的分壓與該氣體在液相中的濃度成正比，即可由亨利定律求得，如式（5）：

因此最大液氣比可表示為式（6）：

式中m為平衡常數(shù)，是溫度的函數(shù)。所以溫度對(duì)氣體平衡濃度進(jìn)而對(duì)（L/V）max有較大的影響。當(dāng)溫度從10 ℃變?yōu)?0 ℃時(shí)，（L/V ）max從0.58增大到2.4。

在逆流吹脫塔中，對(duì)確定的廢水量而言，增大氣體量，傳質(zhì)推動(dòng)力相應(yīng)增大，有利于氨氮吹脫去除。但氣量太大，氣速過(guò)高，將影響廢水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛現(xiàn)象。因此，對(duì)一定廢水量，最小液氣比受液泛氣速控制。液泛氣速與塔式結(jié)構(gòu)、填料種類和液體物性等因素都有關(guān)。顯然，實(shí)際的液氣比應(yīng)滿足下式要求見(jiàn)式（7）：

圖2 逆流吹脫塔操作線

4 吹脫的工藝流程說(shuō)明

實(shí)驗(yàn)裝置如流程圖3所示，吹脫塔是填料塔，塔高1500 mm，直徑180 mm，內(nèi)裝填料，高度1000 mm，填料塔頂部有廢水入口和氣體出口，底部有兩個(gè)進(jìn)料口和一個(gè)出料口，分別加入蒸汽、空氣和引出處理后的廢水。將含氨氮的絡(luò)合廢水排進(jìn)廢水儲(chǔ)罐，加入已配置好的40%的石灰溶液攪拌，調(diào)節(jié)廢水的pH，然后進(jìn)入沉淀池靜置沉淀脫除廢水中的固體雜質(zhì)，澄清后的廢水進(jìn)入澄清儲(chǔ)罐，再由泵輸送到填料塔頂，并由流量計(jì)計(jì)量，吹脫溫度通過(guò)蒸汽的加入量來(lái)控制。含氨氮的原水在填料塔內(nèi)由上而下流動(dòng)，與上升的空氣逆流接觸，廢水中的氨向氣相轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除廢水中氨氮的目的。

圖3 氨氮廢水吹脫流程圖

5 結(jié)果分析及討論

5.1 pH值對(duì)吹脫效率的影響分析

隨著廢水中的pH值不斷的升高，其游離氨的濃度會(huì)不斷的增加，當(dāng)pH在10以下時(shí)，吹脫效率隨著pH值的上升呈直線提高，pH過(guò)了10以后開始趨緩，當(dāng) pH值超過(guò)11后，去除率變化不大，所以pH值對(duì)去除率的影響存在兩個(gè)折點(diǎn)，一個(gè)是pH值為10，一個(gè)為pH值為11，從理論上，提高pH值將會(huì)逐漸的破壞氨的電離平衡，到pH值為10時(shí)，基本已將電離平衡破壞，因此pH值在10之前吹脫效率提高較快，到pH值超過(guò)11后，污水中的氨氮大多以游離的氨存在，此時(shí)提高pH值僅增加少量的游離氨，故對(duì)吹脫影響效率不大。所以，排除一些其他如設(shè)備因素，最理想的吹脫pH值在11左右。

5.2 溫度對(duì)吹脫效率的影響分析

溫度的不斷的上升有利于廢水中游離氨的溢出，但當(dāng)溫度從20 ℃上升到35 ℃時(shí)，去除效率的增加量不到5%，由表一可以看出，當(dāng)pH值控制在11時(shí)，溫度20 ℃、30 ℃及35 ℃時(shí)，其離解率都為98%，而污水從20 ℃提高到35 ℃所需的熱能是很大的。因此一般情況，不需要提高溫度來(lái)提高去除效率，常溫即可。

5.3 氣液比對(duì)吹脫效率的影響分析

對(duì)于一般吹脫塔其引風(fēng)量是固定的，所以改變氣液比就是改變廢水的流量，減小廢水的流量，就增加了氣液的接觸面積，因此去除效率基本上隨流量的降低而提高，所以可以說(shuō)明提高氣液比就能提高去除效率。但當(dāng)減小流量到一定時(shí)，污水就會(huì)出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，使吹脫的有效接觸量下降，所以一般控制氣液比4000 m3/m3時(shí)，其吹脫效率最大，可達(dá)到95%以上。

6 結(jié)論

吹脫法氨氮廢水處理工藝，具有氨氮脫除率高，能耗小，運(yùn)行費(fèi)用少，占地面積小，操作簡(jiǎn)便，易于工程化等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)可行，在PCB中小企業(yè)具有良好的應(yīng)用前景。

[1]徐亞同.廢水中的氮磷的處理[J].上海:華東師范大學(xué)出版社, 1996.

[2]蔡秀珍, 李吉生, 溫儼.吹脫法處理高濃度氨氮廢水試驗(yàn)[J].環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài), 1998(4):21-23.

[3]華彬, 陸永生, .蔣毅.銅氨絡(luò)合溶液的超聲處理研究[J].化學(xué)世界增刊, 2000:76-77.

[4]居沈貴, 曾永平.脫除廢水中氨氮的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)及模型計(jì)算[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,17(1):16-19