氣體分離膜在燒結高氨氮脫硫廢水中的試驗研究

周建佳

1 燒結脫硫廢水工藝及水質情況簡介

寧鋼燒結煙氣脫硫系統采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，煙氣經除塵器收塵后再進入氣噴旋沖吸收塔，與石灰石漿液接觸，發生物理、化學反應，氣體中的二氧化硫、煙塵被洗滌吸收。二氧化硫與石灰石漿液接觸，生成亞硫酸鈣，并與煙氣中的氧及由氧化風機鼓入的氧反應，生成硫酸鈣。石膏漿液由石膏排出泵打入石膏旋流器進行二級脫水，二級脫水的廢液進入脫硫廢水箱，形成脫硫廢水。脫硫廢水含鹽量高，電導率平均60000μS/cm，鈣和氯離子在20000 mg/L左右，水中的懸浮物含量在15000 mg/L左右，氨氮的含量在1500～2200 mg/L之間。如此高含鹽量的脫硫廢水進入公司的污水處理系統后，不僅大大增加了污水處理后的回用水含鹽量，同時也引起了回用水氨氮的異常升高，使得部分不能回用的排污水氨氮接近排放限值，由于公司的污水處理系統沒有降低氨氮的工藝，因此單獨降低脫硫廢水的氨氮再進入污水處理系統成為迫在眉睫的任務。

2 燒結脫硫廢水脫除氨氮試驗方案的確定

目前氨氮廢水的常用處理方法有吹脫法、沉淀法、生化法、雙膜法等等，吹脫法設備占地面積大，同時存在二次污染物；沉淀法成本較高,不易控制最佳的沉淀條件；生化處理法,它可以高效率低成本地處理含氨氮廢水,但是進水氨氮濃度一般不能超過500 mg/L,同時廢水的高含鹽量對微生物的活動和繁殖有抑制作用；雙膜法氨氮去除效果差，造價高，運行不穩定等問題。最終確定了使用氣體分離膜法工藝進行脫除脫硫廢水中氨氮的中型試驗。

3 氣體分離膜介紹

在氣體分離膜的一側是高濃度氨氮廢水（也稱料液），另一側是酸性水溶液或水（也稱吸收液，多采用酸）。當在料液側溫度 T1＞20 ℃,pH1＞9,P1＞P2保持一定壓力差的條件下，廢水中的游離氨NH4+就變為氨分子NH3,經過料液側界面擴散至膜表面，在膜表面兩側氨分壓差的作用下，氨分子穿越膜孔，進入吸收液，迅速與酸性溶液中的H+反應生成銨鹽，詳見圖1。

反應方程式：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4

生成的銨鹽質量濃度可達20%～25%左右，成為清潔的工業原料。而廢水中的氨氮可以降至100～200 mg/L以下，也可以根據需求，將氨氮濃度降到某一規定值。

圖1 氣體分離膜工作原理圖

4 試驗內容

4.1 試驗目的

本次試驗以燒結的脫硫廢水為試驗對象，通過氣體分離膜中試的試驗裝置，檢測氣體分離膜對脫硫廢水中氨氮的脫除效果，及影響脫除效率的因素。

4.2 試驗裝置的工藝流程

工藝流程見圖2

4.3 試驗設備及材料

上海未來企業有限公司提供的氣體分離膜中試裝置一套；酸度計一臺；液堿、硫酸、PAM（陽離子）若干；無紡濾布一塊；50 kg塑料桶五只；500 mL取樣瓶若干。

4.4 試驗步驟

1）設備到場，安裝及接電，設備額定功率2.5 kW，電源要求：380 V，用清水測試確認該試驗裝置無損壞和泄漏。

2）將吸收液硫酸配成2%～3%的濃度（原液為50%濃度），灌滿中試裝置的酸液儲罐。

圖2 中試裝置工藝流程圖

3）取脫硫廢水原液50 kg左右，投加適量的PAM（陽離子），進行混凝沉降，沉降后廢水的懸浮物小于100 mg/L,之后用無紡濾布進行過濾得到懸浮物為5～10 mg/L的脫硫廢水預處理水樣，同時取樣檢測其它相關項目。

4）將預處理后的廢水轉移到中試裝置的廢水儲罐，用液堿調節pH至11.0左右，開啟裝置循環泵，再次檢查確認無藥液滲漏；循環過程中向液堿儲罐持續補加液堿，使pH維持在11.0左右，同時向酸液儲罐持續補加硫酸，使pH維持在1.5以下。循環3 h，并分別于循環 15 min、30 min、60 min、120 min、180 min時取樣檢測廢水的pH和氨氮數據。

5）用清水將試驗裝置沖洗十分鐘，進行下一輪水樣的試驗。

5 試驗水質檢測數據及分析

試驗共計八次，從表1的檢測數據來看，60分鐘后八個樣品中有三個樣品的氨氮含量達到5mg/L以下，滿足國家的排放標準；120分鐘后，八個樣品中有六個樣品的氨氮含量達到5mg/L以下；180分鐘后，所有樣品的氨氮含量均達到5mg/L以下。

表1 試驗過程的檢測數據

從表2的脫除率統計可以看出，當pH大于11在11.5左右時，15 min，氨氮的平均脫除率為82.8%，30 min脫除率平均為97.2%，60 min脫除率平均為98.1%，120 min脫除率平均為99.7%，180 min脫除率平均為99.9%。在pH小于11，在10.5～11.0之間時，氨氮的平均脫除率明顯偏小，15 min的脫除率為65.4%，30 min脫除率平均為85%，60分鐘脫除率平均為95.1%，120 min脫除率平均為99.7%，180 min脫除率平均為99.8%。低pH樣品的60 min的脫除率與高pH的60 min的脫除率已經非常接近。見圖3

表2 氨氮脫除率的統計

圖3 脫除率隨p H變化的比較圖

6 結論

6.1 氣體分離膜對水中高氨氮的脫除有明顯的效果。

6.2 氣體分離膜對水中氨氮的脫除率主要受二個因素條件的影響，一是運行的時間，二是廢水的pH。

6.3 氣體分離膜對廢水預處理要求不高，同時工藝流程簡單，系統常壓運行，運行成本低，操作方便。

[參 考 文 獻]

[1]何松波.氨氮廢水處理技術進展[OL]中國科學研究院 環境催化2004.11