高氨氮預處理技術-吹脫法去除氨氮

常用的處理氨氮廢水的方法主要有吹脫法、生化法、離子交換法、折點氯化法和磷酸銨鎂沉淀（MAP）法等。目前，國內多采用生化法和吹脫法，國外則多采用生化法和磷酸銨鎂沉淀法。吹脫法多用于處理中高濃度、大流量氨氮廢水，吹脫出的氨可以回收利用，但有容易結垢、低溫時氨氮去除效率低、吹脫時間長、二次污染、出水氨氮濃度仍偏高等缺點，所以明確影響吹脫法的關鍵因素，提高氨氮去除率，對于氨氮處理成本控制、水污染得到控制、實現城市的可持續發展具有重要的意義。

吹脫法的基本原理是利用廢水中所含的氨氮等揮發性物質的實際濃度與平衡濃度之間存在的差異，在堿性條件下使用空氣吹脫，由于在吹脫過程中不斷排出氣體，改變了氣相中的氨氣濃度，從而使其實際濃度始終小于該條件下的平衡濃度，最終使廢水中溶解的氨不斷穿過氣液界面，使廢水中的NH3-N得以脫除，常以空氣作為載體。

氨吹脫是一個傳質過程，推動力來自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當的平衡分壓之間的差，氣體組份在液面的分壓和液體內的濃度符合亨利定理，即成正比關系。此法也叫“氨解析法”，解析速率與溫度、氣液比有關。

吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質速度理論。廢水中的NH3-N通常以銨離子（NH4+）和游離氨(NH3)的狀態把持平衡而存在的

當PH為中性時，NH3-N主要以銨離子（NH4+）形式存在，當PH值為堿性，NH3-N主要以游離氨（NH3）狀態存在吹脫法是在沸水中加入堿，調節PH值至堿性，先將廢水中的NH4+轉化為NH3，然后通入蒸汽或空氣進行解吸，將廢水中的NH3轉化為氣相，從而將NH3-N從水中去除。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱為空氣吹脫，后者稱為蒸汽吹脫。

優點：吹脫法用于處理高濃度氨氮廢水具有流程簡單、處理效果穩定、基建費和運行費較低等優點，實用性較強。

缺點：進出水需要調整PH、如果沒有酸性吸收吹脫出來的氨氣隨空氣進入大氣引起二次污染、硬度高的廢水結垢嚴重。

吹脫法一般采用吹脫池（也稱“曝氣池”）和吹脫塔兩類設備。但吹脫池占地面積大，而且易污染周圍環境，所以有毒氣體的吹脫都采用塔式設備。塔式設備中填料吹脫塔主要特征是在塔內裝置一定高度的填料層，使具有大表面積的填充塔來達到氣—液間充分接觸。

常用填料有紙質蜂窩、拉西環、聚丙烯鮑爾環、聚丙烯多面空心球等。廢水被提升到填充塔的塔頂，并分布到填料的整個表面，水通過填料往下流，與氣流逆向流動，廢水在離開塔前，氨組份被部分汽提，但需保持進水的pH值不變。空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣水比增加而減少。影響吹脫法處理氨氮廢水去除率主要是pH值、溫度、氣液比/吹脫水位深度、吹脫時間等因素。

（1）PH

水中的氨氮，大多以氨離子（NH4+）和游離氨（NH3）保持平衡的狀態而存在。其平衡關系式如下：

NH4++OH?NH3+H2O （1）

式（1）受pH 值的影響，當pH值高時，平衡向右移動，游離氨的比例較大，當pH 值為11 左右時，游離氨大致占90％。

（2）溫度

氨與氨離子之間的百分分配率可用下式進行計算：

Ka=Kw /Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+ （2）

式中：

Ka—— —氨離子的電離常數；

Kw—— —水的電離常數；

Kb—— —氨水的電離常數；

C—— —物質濃度。

由式（2）可以看出，pH 值是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。另外，溫度也會影響反應式（1）的平衡，溫度升高，平衡向右移動。表（一）列出了不同條件下氨氮的離解率的計算值。表中數據表明，當pH值大于10 時，離解率在80%以上，當pH 值達11時，離解率高達98%且受溫度的影響甚微。

（3）氣液比

氣液比：指空氣（蒸汽）和吹脫對象（含氨廢水）的體積比。

影響氨氣從水中向大氣轉移的因素有兩個：一是水氣界面處的表面張力；二是界面處的氨濃度差表面張力最小，氣態氨釋放量就最大。如果形成水滴，氣態氨轉移量的增加將會很小。因此,反復形成水滴有助于氨的吹脫。

水和大氣中氨氮的濃度差是氣態氨轉移的動力。為使水滴周圍環境中的氨氮濃度最小，必須將空氣快速循環，用含低濃度氣態氨的空氣攪動水滴，有助于加快氨的釋放。

對確定的廢水量而言，增大氣體量，傳質推動力相應增大，有利于氨氮吹脫去除。但氣量太大，氣速過高，將影響廢水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛現象。因此，對一定廢水量，最小液氣比受液泛氣速控制；但是進水量較小時，會消耗大量的能源，所以一般氨氮吹脫工藝將氣液比控制在3000左右。

減小吹脫時間，有利于加快反應速度，提高處理量，減少設備的容積。徐穎采用吹脫法處理垃圾滲濾液，吹脫段pH值為11，氣液比在2000——2300，吹脫時間9h，反應條件達到最佳吹脫效率才達到52.0%。盧平等采用吹脫—缺氧—兩級好氧工藝處理垃圾滲濾液，垃圾滲濾液取自香港某垃圾填埋場，氨氮濃度1400mg/L，pH值為9.5，吹脫時間12h，經吹脫后氨氮去除率為60%。傅金祥等采用吹脫法垃圾滲濾液，進水氨氮濃度1800mg/L，最佳pH值為11，最佳氣液比為360∶1，空氣量為3.0L/min，吹脫時間為1h，去除效率可達88.75%。由此可看出處理相同的廢水最佳吹脫時間也相差很大，可能是因為采用的填料不同、裝置設計的合理性等原因造成，吹脫處理后能夠很好地進行后續處理和控制運行成本。