劉 興

（栗田工業(yè)（蘇州）水處理有限公司，江蘇蘇州215122）

近年來因氨氮廢水排放導(dǎo)致的污染問題日益嚴(yán)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(yán)重危害生態(tài)安全〔1〕。氨氮廢水的處理一直是環(huán)保行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，主要處理方法有氨吹脫法、反滲透法、化學(xué)沉淀法、電化學(xué)氧化法、生物法等〔2-3〕。 然而近年來氨氮廢水的處理逐漸由“除去氨氮”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎厥瞻钡钡睦砟睢?〕。

隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，尤其是膜技術(shù)的廣泛推廣，膜法脫氨技術(shù)也得到了業(yè)內(nèi)人士的研究與應(yīng)用〔5〕。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(jìn)行了脫氨膜工藝中試實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)考察了脫氨膜去除氨氮的原理特點(diǎn)、運(yùn)行參數(shù)、處理效果及運(yùn)行費(fèi)用等，為進(jìn)一步的工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 試驗(yàn)裝置及方法

1.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)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(shè)計(jì)出水NH3-N＜50 mg/L。

1.2 試驗(yàn)裝置

中試試驗(yàn)工藝流程見圖1。

圖1 廢水工藝流程

脫氨膜工藝是將膜與傳統(tǒng)吹脫及吸收過程相結(jié)合的一種新型分離技術(shù)，含氨氮廢水流動在膜組件的殼程（中空纖維膜絲的外側(cè)），硫酸吸收液流動在膜組件的管程（中空纖維的內(nèi)側(cè)）。氨氮在水中存在離解平衡：NH4++OH-?NH3+H2O。廢水中pH提高或者溫度上升時(shí)，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(shí)，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(dāng)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(dá)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(shè)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(shè)計(jì)處理量250 L/h，采用三只膜串聯(lián)方式布設(shè)；試驗(yàn)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0.01~0.1μm，膜面積9.2 m2，處理水量0.2~0.25 m3/h，使用表面張力≥60 mN/m，使用壓強(qiáng)≤0.2 MPa，進(jìn)水氨氮＜20 000 mg/L，進(jìn)水SS＜5 mg/L，進(jìn)水pH 0.8~12。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(yùn)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(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，不定時(shí)抽取原水及脫氨膜出水進(jìn)行氨氮檢測，由進(jìn)出水氨氮計(jì)算總的氨氮去除率。另外，假設(shè)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(yàn)結(jié)果見表1。

表1 中試裝置氨氮處理結(jié)果

由表1可以看出，當(dāng)原水氨氮在535 mg/L以下時(shí)，系統(tǒng)出水氨氮降低至55 mg/L以下，總?cè)コ蔬_(dá)到90%左右，單級膜氨氮去除率達(dá)到50%以上。然而原水氨氮高于535 mg/L時(shí)，系統(tǒng)對氨氮的總?cè)コ始皢渭壞ぐ钡コ式杂兴档?，分別在81%及42%左右。

同時(shí)檢測結(jié)果顯示，采用三級膜串聯(lián)運(yùn)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(dá)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(yùn)行費(fèi)用分析

根據(jù)中試試驗(yàn)運(yùn)行情況，該工藝噸水運(yùn)行費(fèi)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(fèi)、98%濃硫酸、30%液堿單價(jià)分別按0.8元/（kW·h）、0.48元/kg、0.67元/kg計(jì)，對應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)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(jià)0.05元/kg計(jì)，該工藝可產(chǎn)生0.12元/t的回收價(jià)值，則脫氨膜工藝總的運(yùn)行費(fèi)用為0.75+0.84+0.11-0.12=1.58元/t。

3 脫氨膜應(yīng)用特點(diǎn)

對于高氨氮廢水處理，目前常用的工藝主要有吹脫法〔6〕、蒸氨法〔7〕。脫氨膜與這兩種工藝的特點(diǎn)評價(jià)分析見表2。

表2 氨氮廢水處理工藝分析

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(zhì)相對較穩(wěn)定；（2）裝置模塊化設(shè)計(jì)，占地面積小，移動、擴(kuò)容較方便；（3）裝置為一個(gè)封閉的運(yùn)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(jìn)行回收利用，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；（6）膜易污染，對進(jìn)水水質(zhì)要求高，需要一定的預(yù)處理。

4 結(jié)論

（1）采用脫氨膜對高氨氮農(nóng)藥廢水進(jìn)行中試試驗(yàn)，結(jié)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(dá)到55 mg/L以下，總氨氮去除率達(dá)90%左右，單級膜氨氮去除率在50%以上。若要達(dá)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(yàn)數(shù)據(jù)分析，脫氨膜工藝的運(yùn)行費(fèi)用在1.58元/t，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(shè)計(jì)出合理的膜元件排列，運(yùn)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(hù)簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小等特點(diǎn)。