氨吹脫塔計(jì)算

1、氨吹脫塔計(jì)算 高濃度氨氮廢水來源甚廣且排放量大。如化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場等均 產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水。大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體富營養(yǎng)化、造成水體黑臭， 而且將增加給水處理的難度和成本，甚至對人群及生物產(chǎn)生毒害作用1 。氨氮廢水對環(huán)境的影響已引起環(huán)保領(lǐng)域和全球范圍的重視，近 20 年來，國內(nèi)外對氨氮廢水處理方面開展了 較多的研究。 其研究范圍涉及生物法、 物化法的各種處理工藝， 如生物方法有硝化及藻類養(yǎng) 殖；物理方法有反滲透、蒸餾、土壤灌溉；化學(xué)法有離子交換法、氨吹脫、化學(xué)沉淀法、折 點(diǎn)氯化、電化學(xué)處理、催化裂解等。 新的技術(shù)不斷出現(xiàn)， 在處理氨氮廢水的應(yīng)用方面展現(xiàn)出

2、誘人的前景。本文側(cè)重介紹吹脫法處理高濃度氨氮廢水的技術(shù)特點(diǎn)及研究應(yīng)用。1 吹脫技術(shù)吹脫法用于脫除水中氨氮， 即將氣體通入水中， 使氣液相互充分接觸， 使水中溶解的游 離氨穿過氣液界面， 向氣相轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除氨氮的目的。 常用空氣作載體（若用水蒸氣 作載體則稱汽提） 。水中的氨氮，大多以氨離子（ NH4+ ）和游離氨（ NH3 ）保持平衡的狀態(tài)而存在。其平 衡關(guān)系式如下：NH4+OH- NH3+H2O （ 1）NH3+H2O NH4+OH 氨與氨離子之間的百分分配率可用下式進(jìn)行計(jì)算：Ka=Kw /Kb= （CNH3?CH+）/CNH4+ （2） 式中： Ka 氨離子的電離常數(shù)；Kw 水的電離

3、常數(shù)；Kb 氨水的電離常數(shù)；C 物質(zhì)濃度。式（ 1）受 pH 值的影響，當(dāng) pH 值高時(shí)，平衡向右移動，游離氨的比例較大，當(dāng) pH 值 為 11 左右時(shí)，游離氨大致占（氨態(tài)氮，楊） 90 。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(yīng)式（ 1）的平衡，溫度升高，平衡向右移動。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) 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 %pH2030359.02550589.560808310.

4、080909311.0989898氨吹脫一般采用吹脫池和吹脫塔 2 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， 通過填料往下流，與氣體逆向流動， 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。2 影響因素及液氣比的確定影響游離氨在水中分布的 pH 值、溫度等因素都會影響吹脫效率。 另外氣液比、 噴淋密 度等操作條件也是影響吹脫效率的主要

5、因素。下面以逆流塔為例分析液氣比的確定及其影響。氨吹脫是一個(gè)相轉(zhuǎn)移過程， 推動力來自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮?之間的差，由物料守衡（見圖 1）可得吹脫塔操作線方程為：Y=L/V （XX1 ）+Y1 （ 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，操作線斜率將會增大， 點(diǎn)N 便沿垂直線 X=X2 向上移動，傳質(zhì)推動力（X2 X2* ） 或（Y2 Y2* ）隨之減小，當(dāng)點(diǎn) N 落在線 Y*上時(shí)， Y2=Y2* ，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

6、的最大值，但推動力變?yōu)?。（L/V ）max=（ Y2*Y1 ）/（X2X1 ） （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 對應(yīng)的氣體平衡濃度，可由亨利定律求得2、3，如下式：Y=mX （ 5） 因此最大液氣比可表示為： （L/V ）max=mX2 / （X2X1 ）（6） 式中 m 為平衡常數(shù)，是溫度的函數(shù)。所以溫度對氣體平衡濃度進(jìn)而對（L/V ）max 有較大的影響。有文獻(xiàn)報(bào)道 4，當(dāng)溫度從 10變?yōu)?40時(shí)，（L / V ）max從 0.58增大到 2.4。在逆流吹脫塔中，對確定的廢水量而言， 增大氣體量，

7、傳質(zhì)推動力相應(yīng)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(xiàn)象。因此，對一定廢水量，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：（L/V ）泛（ L/V ）（ L/V ）amx （7）圖2 逆流吹脫塔操作線3 吹脫工藝的應(yīng)用吹脫法已廣泛用于化肥廠廢水、垃圾滲濾液、石化、煉油廠等58 含氨氮廢水。低濃度廢水通常在常溫下用空氣吹脫， 而高濃度廢水則常用蒸汽進(jìn)行吹脫。 有些高濃度廢水經(jīng)吹 脫處理后，仍含有較高的氨。因而常與其它工藝相結(jié)合。3.1 吹脫法 + 生物法盧平等

8、9 采用吹脫一缺氧一兩級好氧工藝處理垃圾滲濾液，其中氨氮含量達(dá)1 400mg/L ， COD 濃度為 4 0005 000 mg/L 。選定 pH 值為 9.5，吹脫時(shí)間 12 h，經(jīng)吹脫后氨氮去 除率為 60%，經(jīng)生化處理后氨氮去除率達(dá) 95%，同時(shí)取得 90%以上的 COD 去除效果。倪 佩蘭等 10 采用吹脫法與生物法相結(jié)合處理垃圾滲濾液取得了成功的效果，其工藝流程如圖 3。圖3 垃圾滲濾液處理工藝流程某油墨廠采用吹脫法與生物法相結(jié)合的工藝處理酞菁藍(lán)生產(chǎn)廢水 11 ，其工藝流程如圖 4 所示。吹脫 pH 值為 11，經(jīng)空氣吹脫后，廢水中氨氮濃度從1 034 mg/L 降到 140 mg/

9、L 。再經(jīng)兩級生化處理后， 出水中污染物濃度可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 某制藥廠產(chǎn)生的部分高濃度氨 氮廢水，不適宜于直接用生物硝化處理，對氨氮廢水先進(jìn)行吹脫，大大降低 NH3-N 濃度， 后與其它廢水混合進(jìn)人生化處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理。吹脫效率與 pH 值和溫度有直接關(guān)系，需 做試驗(yàn)確定吹脫條件，達(dá)到最佳處理效果。3.2 吹脫法 + 折點(diǎn)氯化法注：預(yù)處理包括兩級調(diào)節(jié)、銅置換、沉淀圖4 酞菁藍(lán)生產(chǎn)廢水處理工藝 折點(diǎn)氯化法是投加過量的氯或次氯酸鈉，使廢水中氨完全氧化為 N2 或硝酸鹽的方法 12 ，可用以下反應(yīng)式表示：NH4+HOCl NH2Cl+H2O+H+ （ 8）NH2Cl+HOCl NHCl2+H2O

10、 （ 9）NHCl2+HOCl NCl3+H2O （ 10） 一氯胺進(jìn)一步氧化為氮： 2NH2Cl+HOCl N2+H2O+3H+3Cl- （ 11） 二氯胺經(jīng)下列反應(yīng)生成硝酸鹽：NHCl2+H2O NH （OH ） Cl+H+Cl- （12） NH（OH）Cl+2HOCl NO3-+4H+3Cl- （ 13） 氯化法處理率達(dá) 90%100% ，效果穩(wěn)定，不受水溫影響、操作方便、投資省，但對于高 濃度氨氮廢水的處理運(yùn)行成本很高。 若在此之前用吹脫法降低廢水中氨氮含量， 可以減少加 氯量，極大地降低處理成本。某新材料廠排出的含 NH4Cl 4 200 mg/L 工業(yè)廢水經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用氨閉路吹脫鹽 酸液吸收回收 NH4Cl 與折點(diǎn)加氯法聯(lián)合處理 13 ，結(jié)果出水水質(zhì)為： pH 值 89，NH4Cl 15 mg/L 。目前該方法已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。4 討論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(wěn)定、 基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)較低等 優(yōu)點(diǎn)， 實(shí)用性較強(qiáng)。 采用與生物法、 氯化法等方法相結(jié)合的工藝能很好解決吹脫處理后廢水 中氨氮的含量仍然無法滿足排放要求這一問題。然而， 吹脫出來的氨氣隨空氣進(jìn)入大氣， 仍然容易引起二次污染。 國外已有關(guān)于用鎳、 鎘等金屬作催化劑， 在高溫下將氨氣轉(zhuǎn)化為氮?dú)?的報(bào)道 14、15 。李晟16