氨氮吹脱塔

产品简述

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2017年09月13日

地埋式医院污水处理设备

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  概述

 

高浓度氨氮废水来源甚广且排放量大。如化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等均产生大量高浓度氨氮废水。大量氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭,而且将增加给水处理的难度和成本,甚至对人群及生物产生毒害作用。

 

氨氮废水对环境的影响已引起环保领域和全球范围的重视,近20 年来,国内外对氨氮废水处理方面开展了较多的研究。其研究范围涉及生物法、物化法的各种处理工艺,如生物方法有硝化及藻类养殖;物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉;化学法有离子交换法、氨吹脱、化学沉淀法、折点氯化、电化学处理、催化裂解等。新的技术不断出现,在处理氨氮废水的应用方面展现出诱人的前景。

 

本说明重点介绍我单位广泛使用的吹脱法。

 

二.技术说明

 

吹脱法的基本原理是将空气通入废水中,使废水中溶解性气体和易挥发性溶质由液相转入气相,使废水得到处理的过程称为吹脱。被吹脱物质在液相和气相中的浓度差是其由液相转入气相的推动力。吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。

 

吹脱法用于脱除水中氨氮,即将气体通入水中,使气液相互充分接触,使水中溶解的游离氨穿过气液界面,向气相转移,从而达到脱除氨氮的目的。常用空气作载体(若用水蒸气作载体则称汽提)。

 

  水中的氨氮,大多以氨离子(NH4+)和游离氨(NH3)保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下:

 

  NH4++OH-NH3+H2O (1)

 

  氨与氨离子之间的百分分配率可用下式进行计算:

 

  Ka=Kw /Kb=(CNH3·CH+)/CNH4+ (2)

 

 

 

式中:Ka——氨离子的电离常数;

 

   Kw——水的电离常数;

 

   Kb——氨水的电离常数;

 

   C——物质浓度。

 

  式(1)受pH 值的影响,当pH值高时,平衡向右移动,游离氨的比例较大,当pH 值为11 左右时,游离氨大致占90%。

 

  由式(2)可以看出,pH 值是影响游离氨在水中百分率的主要因素之一。另外,温度也会影响反应式(1)的平衡,温度升高,平衡向右移动。表1 列出了不同条件下氨氮的离解率的计算值。表中数据表明,当pH值大于10 时,离解率在80%以上,当pH 值达11时,离解率高达98%且受温度的影响甚微。

 

不同pH、温度下氨氮的离解率%,详见下表:

 

pH

20

30

35

9.0

25

50

58

9.5

60

80

83

10.0

80

90

93

11.0

98

98

98

 

  

 

 

 

影响吹脱率的因素很多。除了气液接触的面积和方式、气液交换设备外,还有废水性质、 水温、pH值、气液比等。

 

氨吹脱一般采用吹脱池和吹脱塔2 类设备,但吹脱池占地面积大,而且易造成二次污染,所以氨气的吹脱常采用塔式设备。(如图)

 

          

 

吹脱塔常采用逆流操作,塔内装有一定高度的填料,以增加气—液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸。废水自上而下流过筛孔,自下而上鼓吹空气,速度为2米/秒左右.空气能把流经筛孔的部分废水吹成泡沫状,从而大大增加气液二相接触表面积,提高气液交换效率。常用填料有拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填料塔的塔顶,并分布到填料的整个表面,通过填料往下流,与气体逆向流动,空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加,随气液比增加而减少。废水经喷嘴或淋喷头喷洒成微小水滴自上而下降落,在降落过程中与空气充分接触。水为分散相,空气为连续相。此种曝气方式常用于去除易氧化的可溶性污染物和废水中的有毒气体。

 

经气液交换后的气体从吹脱塔顶部到气液分离器分离后,根据具体情况进行有用物质的回收或处理。集于塔底的废水回用或排放。

 

*设备外形根据废水处理量、水质、地域设计制作

 

 

 

三、 影响因素及液气比的确定

 

  影响游离氨在水中分布的pH 值、温度等因素都会影响吹脱效率。另外气液比、喷淋密度等操作条件也是影响吹脱效率的主要因素。下面以逆流塔为例分析液气比的确定及其影响。

 

  氨吹脱是一个相转移过程,推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差,由物料守衡可得吹脱塔操作线方程。

 

  在逆流吹脱塔中,对确定的废水量而言,增大气体量,传质推动力相应增大,有利于氨氮吹脱去除。但气量太大,气速过高,将影响废水沿填料正常下流甚至不能流下,即引起液泛现象。因此,对一定废水量,最小液气比受液泛气速控制。液泛气速与塔式结构、填料种类和液体物性等因素都有关。  

 

四、 吹脱工艺的应用

 

 

 

吹脱法已广泛用于化肥厂废水、垃圾渗滤液、石化、炼油厂等含氨氮废水。低浓度废水通常在常温下用空气吹脱,而高浓度废水则常用蒸汽进行吹脱。有些高浓度废水经吹脱处理后,仍含有较高的氨,因而常与其它工艺相结合。              

 

 

 

 4.1 吹脱法+ 生物法

 

  采用吹脱一缺氧一两级好氧工艺处理垃圾渗滤液,其中氨氮含量达1 400 mg/L,COD浓度为4 000~5 000 mg/L。选定pH 值为9.5,吹脱时间12 h,经吹脱后氨氮去除率为60%,经生化处理后氨氮去除率达95%,同时取得90%以上的COD 去除效果。采用吹脱法与生物法相结合处理垃圾渗滤液取得了成功的效果,其工艺流程如图3。

 

 

                    垃圾渗滤液处理工艺流程

 

  某油墨厂采用吹脱法与生物法相结合的工艺处理酞菁蓝生产废水,其工艺流程如图4 所示。吹脱pH值为11,经空气吹脱后,废水中氨氮浓度从1 034 mg/L降到140 mg/L。再经两级生化处理后,出水中污染物浓度可以达到排放标准。

 

 

                 酞菁蓝生产废水处理工艺

 

  折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠,使废水中氨完全氧化为N2或硝酸盐的方法,可用以下反应式表示:

 

  NH4++HOCl→NH2Cl+H2O+H+(8)

 

  NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O(9)

 

  NHCl2+HOCl→NCl3+H2O(10)

 

  一氯胺进一步氧化为氮:

 

  2NH2Cl+HOCl→N2+H2O+3H++3Cl-(11)

 

  二氯胺经下列反应生成硝酸盐:

 

  NHCl2+H2O→NH(OH)Cl+H++Cl- (12)

 

  NH(OH)Cl+2HOCl→NO3-+4H++3Cl-(13)

 

氯化法处理率达90%~100%,效果稳定,不受水温影响、操作方便、投资省,但对于高浓度氨氮废水的处理运行成本很高。若在此之前用吹脱法降低废水中氨氮含量,可以减少加氯量,极大地降低处理成本。

 

也可循环吹脱。

 

工 艺 流 程 图

 

 

 

                      氨氮废水

 

                          

 

                集水池(兼循环水池)←

 

                          ↓           ↑循环水泵

 

  废气排放或回收   ← 吹脱塔      →

 

                          

 

进入后续处理系统

 

  说明:

 

1.集水池的有效容积可根据废水处理量而定,钢砼结构,内壁采用磺化煤沥青三度防腐。
主要设备包括液下提升泵、液位传感器。

     2.吹脱塔   为地上构筑物,采用A3钢制作玻璃钢防腐。主要设备包括组合填料、布气系统、布水系统。


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