吹脱法预处理焦化废水中氨氮的条件试验与工程应用.pdf

吹脱法预处理 焦化废水中氨氮的条件试验与工程应用 李瑞华 韦朝海 吴超飞 吴锦华 谭展机 卢 彬 华南理工大学环境科学与工程学院, 广东 广州 510640 陈锡通 刘 礼 广东省韶关钢铁集团有限公司焦化厂, 韶关 512123 摘要 针对焦化废水中氨氮对后续生物处理严重冲击的问题, 利用实际废水作为研究对象, 在试验规模的反应器中研 究了废水温度、气液比、吹脱时间和 pH 值等参数对氨氮吹脱去除率的影响。 利用所建立的优化操作条件在 70 m3 h 规模的实际焦化废水处理工程实践中, 对氨氮的处理效率稳定在68～ 85。 对后续生物处理过程基本不构成影响。 关键词 吹脱法 焦化废水 氨氮 预处理 0 引言 由于焦化废水中的氨氮浓度波动范围比较大 ,一 般在90～ 700 mg L 之间 ,化学沉淀法中磷酸盐和镁盐 的投加量难以控制 ,容易造成出水的磷浓度偏高, 对 后续生物处理冲击严重, 且处理费用比吹脱法高出 20 [ 1] 。生物法处理高浓度的氨氮废水时 ,微生物的 活性受到了强烈地抑制, 其脱氢酶活性从 9. 29 μ g mg 降至 4. 93 μ g mg , 且破坏微生物氧化作用, 相应的 CODCr的平均去除率从 95. 1降至 79. 1,降低了反 应器的水处理效果 [ 2,3] ; 生物脱氮技术还存在占地面 积大 、 投资费用高、 低温时效率低、易受有毒物质影响 且运行管理比较麻烦等缺点 [ 4] 。有研究表明吹脱法 是一种较为经济有效的氨氮处理方法 ,其流程简单, 便于操作管理, 处理效果稳定, 因此得到了广泛的应 用 [ 5- 7] 。本课题在这个方面进行了试验与研究 。 1 试验材料与方法 1. 1 废水来源与性质 试验用水为广东韶关钢铁集团公司焦化厂的原 始废水 ,水质见表 1。从表中可以看出 , 该焦化废水 具有成分复杂, 浓度波动范围较大, 受到焦化厂生产 控制的影响 ,氨氮浓度变化在 90～ 700 mg L 范围内。 表 1 广东韶关钢铁集团公司焦化废水水质 项目pH 值 CODCr mgL- 1 硫化物 mgL- 1 矿物油 mgL - 1 氨氮 mgL- 1 挥发酚 mgL- 1 氰化物 mgL- 1 温度 ℃ 色度 倍 月统计数据8～ 10. 02 800～ 4 50010～ 45250～ 35090～ 700700～ 1 1505～ 4045～ 5590～ 610 月平均值9 . 13 67524. 96312. 6221. 2913 . 715. 3449300 1. 2 试验方法 氨吹脱工艺流程如图 1 所示 。 图 1 氨吹脱试验工艺流程 取 1 L 废水于 2 L 吹脱反应器中 , 用 6 mol L NaOH 或粉末 Ca OH2调节废水 pH 值,用 pH 仪控制 反应过程的 pH 值。在一定温度和气流量条件下进 行吹脱,通过温度计和转子流量计计控反应过程的温 度和气流量 , 吹脱后静置5 min, 取样分析。尾气由 6 mol L硫酸溶液吸收生成硫酸铵。 2 结果与讨论 2. 1 pH 值对氨氮吹脱效率的影响 取0. 5 L 废水于 1 L 烧杯中 ,初始 pH 值为 9. 46, 分别用 0. 5 mol L 的 NaOH 和 Ca OH 2调节废水的 pH 值 ,2种碱的投加量对废水的 pH 值变化的影响见 38 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 图2。由图中可知, 当碱的投加量 40 mL 时 , 废水 pH 值增加缓慢 ,且已高达 12. 3; 碱的投加量在 15 ～ 30 mL之间时, 废水的 pH 值由 10. 5 上升到 12. 2, 且 pH 值上升速率快 。根据试验现象, 成分复杂的焦化 废水 具有 很强 的 酸碱 缓冲 能 力, 并 且 NaOH 比 Ca OH2具有更强破坏缓冲体系的能力。 图2 碱投加量与 pH 值的关系 废水的初始 pH 值为 9. 62, 用6 mol L NaOH 和 6 mol L硫酸调节废水的 pH 值 。然后, 在 25 ℃左右, 气流量 0. 40 m 3 h , 氨氮浓度为 447. 74 mg L 条件下, 按1. 2 试验方法吹脱 5 h ,结果列于表 2 中。由表中 可知, 当废水的 pH 值从 8. 87 升高到 12. 41 时, 氨氮 去除率从 14. 49显著提高到 89. 51, 当 pH 10. 5, 氨氮去除率快速增加 ,与文献[ 8] 报道一致 。根据酸 碱平衡理论,当 pH10. 5 后, 废水中的酸碱缓冲体系 在一定程度上被打破 , 所以 , pH 值在 10. 50 ～ 12. 41 时,上升速率比较快 。综合考虑吹脱效率、 经济效果、 工程上可操作性等因素, 碱的投加量可控制在 1 L 废 水15 ～ 30 mmoL , 确定此类废水氨吹脱的适宜 pH 值 为11. 0 左右 。 表 2 pH值对氨氮去除率的影响 吹脱前 pH 吹脱后 pH 氨氮去 除率 吹脱前 pH 吹脱后 pH 氨氮去 除率 8. 878 . 8514. 4910. 9110. 3558. 77 9. 629 . 3822. 5611. 5910. 6776. 56 10 . 049 . 8230. 4212. 4111. 0889. 51 10 . 5010 . 0436. 27 2. 2 吹脱时间对氨氮去除效率的影响 废水的 pH 值和氨氮浓度为 9. 27、 1 520. 6 mg L, 用6 mol L NaOH 和粉末 Ca OH 2分别调节废水 pH 值到 12. 37, 以不调 pH 值样品作为空白 。然后 , 在 21～ 25 ℃, 气流量0. 12m 3 h 下 ,按1. 2 试验方法进行 吹脱 。吹 脱 14 h 后, 空白样 的氨氮去除 率只有 37. 15, 吹脱前后 pH 值从 9. 27 下降到 8. 91; 用 Ca OH2调节废水 pH 值时氨氮去除率为 70. 14,吹 脱前后的 pH 值从 12. 37 下降到 9. 38; 用 NaOH 调节 废水 pH 值时氨氮去除率为 84. 52,吹脱前后的 pH 值从 12. 37 下降到 10. 49 。吹脱时间从 0～ 8 h 时, 氨 氮的吹脱速率较快, 8 h 之后, 氨氮的吹脱速率减缓。 综合动力消耗和吹脱效率两方面考虑,适宜的吹脱停 留时间为 8 h。由于 NH3H2O- NH4Cl 缓冲溶液的缓 冲 pH 值范围为 8. 3～ 10. 3。在高 pH 值情况下 ,废水 中的酸碱缓冲体系被打破 ,废水中的氨主要是以游离 氨分 子 的形 式 存在 , 所以 氨 氮去 除 率比 较 高。 Ca OH2调节 pH 值的废水在吹脱过程中产生了大量 的细小沉淀物。在工程上 ,这些沉淀物很容易堵塞吹 脱塔中的填料和输送管道 ,实际工程中用NaOH 调节 废水的 pH 值 。 2. 3 温度对氨氮吹脱效率的影响 针对氨氮浓度分别为 354. 6 mg L 和 447. 7 mg L, 初始 pH 值分别为 9. 49和 9. 41两种水样, 调节 pH 值 至10. 84。在气流量为 0. 24 m 3 h, 改变温度按 1. 2 试 验方法吹脱 3 h,结果如图 3所示。当温度从 20 ℃升 高到 60 ℃时, 废水的氨氮去除率从 20提高到 80 左右,可见, 温度是控制氨吹脱过程的关键参数。这 是因为当温度升高时, 游离氨所占质量分数增大, 分 子布朗运动加快 ,都有利于氨吹脱的传质过程 。 图 3 温度与氨氮去除率的关系 2. 4 气液比对氨氮吹脱效率的影响 废水的氨氮浓度和 pH 值分别为 669. 5 mg L 和 9. 23,调节 pH 值至 10. 98。温度为25 ℃左右 ,在不同 的气液比条件下吹脱4 h,试验结果见图4。由图4 可 见,当气液比从 120 增加到4 800时 , 氨氮去除率从 33. 75 提高到 89. 94; 在气液比为2 000时, 氨氮去 除率为77. 59; 气液比在 120～ 2 000时 ,随着气液比 的增大 ,氨氮去除率增长速率最快; 当气液比从2 000 增至5 000时 ,氨氮去除率增长缓慢 , 仅在 77. 59基 础上提高了 12左右 。 39 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 图 4 氨氮的去除率与气液比的关系 当气液比为 120～ 2 000时 ,传质过程符合双膜理 论,气液相界面能够近似达到平衡 , 脱出气体中 NH3 的浓度接近饱和, 所以吹脱效率与气液比成线性关 系,并且吹脱过程中单位气体的吹脱效率最高 ; 当气 液比为2 000～ 5 000时 ,传质过程符合溶质渗透理论, 气液是在高度湍流情况下互相接触的, 气液两相很难 达到平衡 ,吹脱过程中单位气体的吹脱效率下降。从 动力消耗和吹脱效率 2 个方面考虑, 气液比控制在 2 000～ 2 500范围内为宜。 2. 5 初始氨氮浓度对氨氮去除率的影响 取2 种焦化废水水样, 其氨氮浓度分别为 151. 0、 2 249. 3 mg L, 相对应的 pH 值为 9. 85 和 9. 81。用这 两种废水配成不同氨氮浓度的试验水样 ,调节 pH 值 至11. 71。然后, 在28 ℃、 气流量 0. 25 m 3 h 条件下吹 脱 8 h, 气液比为2 000 ,结果列于表 3 中。由表中可 知,当氨氮初始浓度在150～ 800 mg L 范围内变化时, 氨氮去除率均能达到 80以上 。 表 3 初始氨氮浓度对氨氮去除率的影响 吹脱前氨氮 浓度 mgL - 1 吹脱后氨氮 浓度 mgL- 1 氨氮去除 率 151. 025. 982. 8 276. 438. 285. 7 427. 848. 788. 6 631. 083. 686. 8 780. 595. 787. 7 990. 3167 . 483. 1 3 工程应用简介 3. 1 工艺技术参数 广东韶关钢铁集团公司焦化厂废水处理工程中, 脱氨装置的设计由吹脱塔 、 吹脱集水池 、 吸收塔、 轴流 风机、循环泵及计量设备组成 ,三级相同 ,串联运行, 处理水量约为1 400 m 3 d , 其工程装置如图 5 所示。 其中 ,吹脱塔 7 m 8 m 6. 5m 3 个 , 风力停留时间 为19. 5 s; 吹脱集水池 7 m 8 m 4 m 3 个 , 水力停 图 5 工程装置示意图 留时间为 13. 5 h; 吸收塔 7 m8 m3. 5 m 3 个 ,水 力停留时间为 7 d ,风力停留时间为 5. 0 s; 吹脱填料 YZ 型塑料弹性填料, 比表面为 850～ 859 m 2 m3 ,填料 层高度6. 0m ; 吸收填料 BR型半软性填料, 比表面积 为120～ 129 m 2 m3 , 填料层高度 1. 9 m ; 吹脱循环泵 IS150-125-250, P 18. 5 kW , 每级脱氨塔 2 台 , 1 用 1 备; 吸收循环泵 IHG65 -50 -125, P 2. 2 kW, 每级脱 氨塔 2 台, 1 用 1 备 ; 轴流风机 T35IINo6. 3, P 2. 2 kW, 风量为17 426m 3 h ,全压 260. 7 Pa ,每级5 台。 3. 2 运行效果与经济技术分析 进水温度 45～ 55 ℃,pH 为 10 ～ 11, 初始氨氮浓 度为 90 ～ 700 mg L, 水量为 70 m 3 h 左右, 气水比为 2 500～ 1 750,集水池总停留时间为 13. 5 h, 吹脱循环 比为 3. 0。工程规模在以上条件下稳定运行 1 a 时 间,每天取样分析发现三级串连的脱氨装置其氨吹脱 效率在 68～ 85范围内 , 出水中的氨氮浓度基本 低于100 mg L, 实现了吹脱法预处理焦化废水中氨氮 的目标。每 t 废水处理费用折算为 0. 95 元 。 4 结论 焦化废水氨吹脱去除效率主要受 pH 值 、水温、 气液比及吹脱时间等因素的影响。小试规模的条件 试验中 ,当废水 pH 值控制在 11. 0左右, 水温在30 ℃ 左右, 气液比控制在2 000～ 2 500范围内 ,氨氮初始浓 度在 150 ～ 800 mg L 时 , 吹脱 8 h , 氨氮去除率均在 80以上 。研究发现,焦化废水是较为稳定的酸碱缓 冲体系,直接进行氨吹脱处理 ,氨氮去除效率较低 ,然 而用 NaOH 调节废水 pH 值 10. 5～ 11. 5,打破此缓冲 体系后, 氨氮吹脱效率明显提高。采用上述实验条 件,处理70m 3 h 实际废水的工程应用, 当焦化废水的 氨氮浓度在 90～ 700mg L 范围变化时, 氨氮去除效率 为68～ 85, 废水处理费用低于 1 元 t , 出水中氨 氮浓度在 100 mg L 以下, 可以进入生物系统进行达 标处理。 下转第 44 页 40 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 [ 3] Nicolai R E, Janni K A. 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Membrane pollution did not occur during the operation of 90 d. Keywords membrane bioreactor and slaughter wastewater A STUDY ON DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT BY ELECTROCATALYTIC OXIDATION Wang Dingguo Wang Jianfei Li Binghua 29 Abstract Three kinds ofmental oxide modified electrode, Ti SnO2-Sb2O3、Ti RuO2-IrO2and Ti SnO2-Sb2O3-MnO2 PbO2,were made in the experiment. They were used to treat glucose solution to choose the best efficient electrode which is used to treat domestic waste water. Finally, Ti SnO2-Sb2O3-MnO2 PbO2was selected as the best anode. It had been investigated that the effects of electrolysis time, electrolysis current density and electrolyte concentration on the electrolytic efficiency . Keywords electrocatalytic oxidation, Ti SnO2-Sb2O3-MnO2 PbO2electrode, glucose solution and domestic wastewater FEASIBILITY TEST OF TREATING HIGHCONCENTRATION NH3-N WASTEWATERBY HYBRID MEMBRANE BIOREACTORZhang Zhuqing Hu Mingzhong Zhang Long 32 Abstract The removing rate of NH3-N of a hybrid membrane bioreactor using chitin as carrier can almost achieve 100, while the influent NH3-N concentration is 2 100 mg L, and the ammonium loading is 2. 19 kg m3d. The running state of the system is stable. As the amount of chitin is 2. 778 g L, the membrane flux rate remains about 87. Keywords high concentration NH3-N wastewater, hybrid membrane bioreactor and membrane pollution SIMULATIVE EXPERIMENT ON NITROGEN TRANSLATION OF POLLUTED WATER Yu Ying Chen Fanzhong Sheng Yanqing et al 35 Abstract Taking the badly polluted municipal river as the studying targets, the relationship between nitrogen translation and environment conditionswas obtainedthrough this simulated experiment. The results showedthat when the water sampleswere indoor or outside, the variability of ammonia concentration presented very quickly, but the concentrations of nitrite and nitrate were almost not variable. However, when the water samples were put into incubator, their corresponding concentrations were no longer increased or decreased evidently . The effect of photosynthetic bacteria on nitrogen translation also was studied at the same time. It showed that photosynthetic bacteria can accelerate nitrogen translation when the water samples were indoor or outside, but the velocity of nitrogen translation would slow down when the samples were put into incubator. Keywords municipal river, nitrogen translation and photosynthetic bacteria THE TESTING CONDITIONS OF AIR STRIPPING AS A PRETREATMENT FOR AMMONIA NITROGEN IN COKE PLANT WASTEWATER AND PROJECT APPLICATION Li Ruihua Wei Chaohai Wu Chaofei et al 38 Abstract Aiming at the severe impact on the sequent biotreatment with ammonia nitrogen in coke plant wastewater, the influencing factors on the removal rate of ammonia nitrogen including the temperature of the wastewater, the air liquid ratio, the stripping time and the predictive pH on the remove rate of ammonia nitrogen were investigated in the bench -scale reactor. The results showed that when treating the coke plant wastewater with the optimal operational conditions, under the wastewater scale of 70 m3 h, the removal rate of ammonia nitrogen reached 68～ 85, and there was basically no influence on the process of sequent biotreatment. Keywords air stripping, coke plantwastewater, ammonia nitrogen and pretreatment THE STUDY ONBIOPURIFICATIONOF NH3, H2S ANDTRIMETHYLAMINE -CONTAINING ODOR FROM AQUATIC FEEDHu Fang Wei Zaishan Ye Weijun 41 Abstract It was selected the major components of the odor from aquatic feed factory, and hydrogen sulfide, ammonia and trimethylamine were taken as the target pollutants. Biological packed column was used for treating these pollutants. The research aimed at understanding the parameters affecting bioreactor perance. The results were as follows the biotic community in the packed column had a good ability to degrade the target pollutants and the inlet concentration, gas flux and spray streams capacity had a little effect on the odor removal efficiency . When the inlet concentrationwas no more than 300 mg m3, the gas flow was no more than 0. 45 m3 g the residence time was no less than 20 sand the 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007