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电渗析工艺去除废水中氨氮

 

        废水中氨氮的处理技术一直是各国学者研究的热门课题。脱氨方法有很多,目前在工业上应用的主要有生物脱氮法、吹脱法、折点加氯法、离子交换法等。生物脱氮法适用于处理含有机物的低氨氮浓度废水,该法技术可靠,处理效果好,主要应用于化工废水和生活污水的处理,但运行维护不易⑴。对于高浓度无机氨氮废水,如化肥废水、催化剂废水,目前工业应用较多采用吹脱法。折点加氯法和离子交换法适用于不含有机物的低浓度氨氮的废水处理,两种方法都具有一定的局限性,前者氯的投量大,产生大量消毒副产物,增加了饮用者的致癌危险,现在已经很少使用;后者一般采用沸石作为离子交换介质,需要用食盐进行再生,成本较髙,宜于小型水厂采用。因此有必要开发新的除氨氮技术,而采用ED技术除氨氮在国内外文献资料中鲜有报道。

        电渗析的原理是在外加直流电场的作用下,利用阴阳离子交换膜对水中离子的选择透过性,阳离子透过阳膜迁移到阴极液中,阴离子透过阴膜迁移到阳极液中,从而达到浓缩、纯化与分离的目。ED在食品和除盐工业中已被大量采用,比如,乳淸和白酒稳定化,蛋白质溶液的提纯,有机和无机酸的回收利用,分离氨基酸和蛋白质等。近年来在水处理领域中ED的应用也得到不断的研发,比如,电镀废水中金厲的回收利用,矿业工艺废水重金属回收,放射性废水的处理,去除饮用水中硝酸盐,污水中硝酸铵的处理,污水中铅离子的去除,去除苦咸水中的氟化物等。本试验采用ED去除不含有机物的水中的低浓度氨氮,在适宜的条件下,可达到90%以上的去除率。同时优化运行参数,对几个重要的影响因子进行考査分析,得出最优化的整体运行参数。这些影响因子包括原水pH值、离子浓度、氨氮浓度、流速、温度、电压等,试验分析结果显示,一般情况下,除了离子浓度,其他因索的影响近乎可以忽略。试验表明,ED除氨氮是可行的,它具有工艺简便、无需投加化学药剂⑴、去除效率高、运行稳定、维护费用低、影响因素少等优点。

1 试验装置及方法

        电渗析器的性能参数为:尺寸规格为200mmx200mm;组装方式为卧式组装,一级一段,每段6对膜;极板为钛镀钌网电极;膜为聚丙烯异相膜。电渗析器由极板、离子交换膜和隔板组成。

        当含NH3-N的废水通入时,在直流电场作用下,产生NH4+和OH-的定位迁移。离子迁移结果使废水得到净化,NH3得到浓缩。试验装置如图1所示。试验前,先将自来水在水箱里陈化1d,以防止自来水中余氯对电渗析膜的腐蚀。陈化后,往水中加人一定量的氯化铵,充分搅拌,使之完全溶解并分布均匀。再将配好的含氨氮水用潜水泵压入处理设备,由于电渗析对进水要求比较高,在原水进人ED装置之前,先
经过一个过滤装置。淡水和浓水的出水都回流进入水箱,循环流动。

进出水氨氮浓度及去除率变化

        为防止膜堵塞,试验中间歇轮换阴阳极(EDR),换极时间间隔为30min~40min,并且在试验过程中密切关注出水流量变化。试验中,电流保持在0.3A~0.45A之间,水温保持在17.3℃~22.0℃之间。

2 结果与讨论

        去除效率以及浓度影响因子。

        本试验考查的浓度变化范围为2.5 mg/L~10mg/L,可以看出,除了刚开始试验时,设备未达到稳定运行的状态使去除率较低,其他时候ED对氨氮的去除率都达到稳定而较高的水平,平均去除率达89.92%;如果除去前两天的试验数据,平均去除率可达92.70%??杉?,在试 验的浓度范围内(<10mg/L),ED对氨氮具有较高的去除效率。

        浓度对去除率的影响主要体现在浓度差对扩散系数的影响上,而扩散系数又会影响表观迁移率,最后反映到对总迁移率的影响上。很多研究人员用ED除盐或者去除其他离子(如氟离子、铅离子等),一般规律为:浓度增大,去除率随之上升,当浓度上升到一定程度后,去除率上升不明显,趋于稳定。T.Mohammadi等认为,高浓度时易发生浓差极化,妨碍了去除率的进一步上升。

        在本试验考查的氨氮浓度范围内,进水氨氮浓度对氨氮去除效果几乎没有影响。极限电流密度(LCD)是ED研究和运行中最为重要的一个参数,除了受膜结构的影响外,LCD还受原水值、浓度、离子浓度等的影响,而这些也正是影响ED分离效率的主要因素。

3 试验结论

        ED处理低浓度氨氮(<10mg/L)废水时,具有较高的去除效率,平均去除率可高达90%以上;在试验范围之内,ED几乎不受进水氨氮浓度(2.5 mg/L~10 mg/L)的影响。采用ED工艺去除废水中的氨氮是可行的,它具有工艺简便、无需投加化学药剂、去除效率高、运行稳定、维护费用低、影响因素少等优点,是一项值得期待的全新的除氨氮技术。

 


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