紀(jì)宏巍，肖連生，呂建軍

（中南大學(xué) 冶金科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410083）

氨氮（NH3-N）是植物和微生物的主要營養(yǎng)物質(zhì)，水體中氨氮含量的增加會造成水體的富營養(yǎng)化，使水體發(fā)黑變臭引起水質(zhì)的惡化。因此，水體中氨氮的濃度是評價水體污染程度的一個重要指標(biāo)［1］。

在鎢鉬冶金過程中會產(chǎn)生大量的氨氮工業(yè)廢水，其中鎢冶金過程中氨氮廢水濃度在20g/L以下，鉬冶金過程氨浸出和結(jié)晶過程中氨氮廢水濃度在30～60g/L，不能直接排放，需要經(jīng)過處理后才能排放。在現(xiàn)行的氨氮廢水處理工藝中，只有吹脫法能夠比較經(jīng)濟(jì)的處理高濃度氨氮工業(yè)廢水［2］，然后再聯(lián)合其他方法進(jìn)行處理，此類廢水才可能達(dá)標(biāo)排放。

為了提高吹脫法脫氨效率和脫氨程度，本試驗在吹脫法的基礎(chǔ)上采用了一種新的脫氨裝置，進(jìn)行了噴射釋放脫氨試驗。選擇鎢鉬冶金過程中產(chǎn)生的高濃度氨氮廢水為原料液，考察了噴射脫氨時間、料液溫度、料液pH值和脫氨瓶內(nèi)真空度等因素對氨氮脫除率的影響。試驗獲得了比較滿意的結(jié)果。

1 實驗方法

1.1 實驗原理和裝置

廢水中的氨氮通常以銨離子（NH4+）和游離氨（NH3）的狀態(tài)保持平衡而存在，平衡反應(yīng)式為：NH3+H2O=NH4++OH-。在弱酸性和酸性條件下，溶液中的氨主要以NH4+離子形態(tài)存在，對應(yīng)的陰離子為酸根離子（Cl-、SO42-或NO3-）。而在堿性條件下，溶液中存在OH-，pH值越高，OH-濃度越大，在較高的pH值下，溶液中的氨以NH3存在，廢水中的銨離子（NH4+）轉(zhuǎn)化為游離氨（NH3），脫氨法是通過空氣進(jìn)行吹脫夾帶，將廢水中的氨吹脫進(jìn)入氣相而除去［3］。本試驗的噴射脫氨法是將轉(zhuǎn)化后的堿性溶液用泵噴入脫氨瓶內(nèi)，在噴嘴中噴出的溶液形成微小的液滴，在脫氨瓶內(nèi)存在一定的負(fù)壓條件下，氨很容易從液滴中釋放至氣相中，經(jīng)引風(fēng)進(jìn)入氨回收裝置。溶液中的氨可以快速脫除，溶液體積在循環(huán)以后基本保持不變。

圖1 噴射脫氨實驗裝置

噴射脫氨過程實驗裝置見圖1，主要由脫氨瓶（容量300mL）、增壓泵、HSY-2MB型恒溫水浴槽、水力噴射真空泵及真空表等組成。

1.2 原廢水水質(zhì)

某廠APT二次結(jié)晶母液，主要成分為NH4Cl，氨含量15.737g/L，pH值6.1。

1.3 實驗方法

廢水加NaOH調(diào)pH值，過濾后，取250mL濾液，用增壓泵控制料液噴射流速10L/h，通過水浴恒溫控制溫度，采用針型調(diào)節(jié)閥和節(jié)流閥控制吹脫瓶內(nèi)壓強(qiáng)?？疾煸诓煌臏囟取H值、廢液循環(huán)脫氨時間以及脫氨瓶內(nèi)真空度條件下的脫氨效果。

1.4 分析方法

氨氮：納氏試劑比色法；pH值：玻璃電極法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)下式計算脫氨率：

2 實驗結(jié)果

2.1 pH值對脫氨率的影響

取適量廢水，用NaOH將廢水的pH值分別調(diào)到11、12、12.5，過濾后各取250mL濾液，在60℃水浴恒溫，料液噴射流速10L/h，脫氨瓶內(nèi)真空度0.001 8MPa，脫氨80min，第40min開始取樣分析溶液中氨氮濃度，10min一次，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同pH值對脫氨效果的影響

由圖2可知，脫氨率隨pH值的增大而提高，因為pH值增大，反應(yīng)向生成游離氨的方向進(jìn)行得越徹底，液體中游離氨濃度增大，提高了脫氨率。到70min后，pH=12和pH=12.5的脫氨效果越來越接近，因為游離氨數(shù)量已經(jīng)不多。

取40mL廢水，加NaOH調(diào)pH值，考察從pH=10到pH=12.5的耗堿量，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，pH值從10到11的耗堿量較大，從11到12的耗堿量很小，但是從12調(diào)到12.5時耗堿量陡增，而根據(jù)圖2的結(jié)果，當(dāng)脫氨到80min后，溶液pH=12與pH=12.5的脫氨率接近。考慮到脫氨成本，以及pH值與對脫氨率的影響，確定實驗過程廢水pH調(diào)到12。

圖3 40mL廢水調(diào)pH值所用NaOH用量

2.2 真空度對脫氨率的影響

取適量廢水，用NaOH將廢水的pH值調(diào)到12，過濾后取250mL濾液，在50℃水浴恒溫，料液噴射流速10L/h，通過調(diào)節(jié)針型調(diào)節(jié)閥的開閉程度控制脫氨瓶內(nèi)真空度分別為0.001 1MPa、0.001 5MPa、0.001 8MPa，以及常壓對比試驗，脫氨70min，第30min開始取樣分析溶液中氨氮濃度，10min一次，結(jié)果如圖4所示。

圖4 真空度對脫氨率的影響

由結(jié)果可知，脫氨瓶內(nèi)真空度對脫氨率影響較小，控制較高的真空度，脫氨效率雖有所提高，但是真空度增大時，脫氨瓶內(nèi)溶液會被真空泵抽出。所以，本實驗確定實驗過程中脫氨瓶內(nèi)壓力為0.0018MPa已可獲得良好的脫氨效果。

2.3 溫度對脫氨率的影響

取適量廢水，用NaOH將廢水的pH值調(diào)到12，過濾后取250mL濾液，控制原料液不同的溫度，料液噴射流速10L/h，控制脫氨瓶內(nèi)真空度為0.0018MPa，脫氨70min，第40min開始取樣分析溶液中氨氮濃度，10min一次，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知，溫度越高，脫氨率越高，這是因為溫度升高時，游離氨在液體中的溶解度下降，有利于氨從液相向氣相傳遞，提高了脫氨率。但是到60min后，脫氨效果接近。從綜合能耗考慮，確定實驗溫度為60℃。

圖5 溫度對脫氨率的影響

2.4 溶液循環(huán)時間對脫氨率的影響

綜合以上確定的最佳實驗條件，進(jìn)行連續(xù)循環(huán)噴射脫氨實驗，取適量廢水，用NaOH將廢水的pH值調(diào)到12，過濾后取250mL濾液，料液噴射流速10L/h，脫氨瓶內(nèi)真空度為0.001 8MPa，水浴恒溫60℃，脫氨100min，第40min開始取樣分析溶液中氨氮濃度，10min一次，結(jié)果如圖6所示。

圖6 連續(xù)脫氨實驗

由實驗結(jié)果可知，吹脫到80min后脫氨率趨于平緩，80min時氨氮濃度約為200mg/L，繼續(xù)脫氨會消耗大量的動能。含200mg/L氨氮的廢水為低濃度的氨氮廢水，可以用化學(xué)沉淀法［4］、折點氯化法、離子交換法、生物法等［5］進(jìn)一步處理廢水，達(dá)標(biāo)后排放。

3 結(jié)論

對氨氮質(zhì)量濃度為15.737g/L的APT二次結(jié)晶母液，在自制的脫氨裝置中進(jìn)行脫氨實驗，在廢水流量10L/h，pH值為12，脫氨瓶內(nèi)真空度0.0018MPa，溫度60℃，循環(huán)噴射脫氨80min的條件下，可以將廢水中氨氮濃度脫除至200mg/L，脫氨率達(dá)98.7％。

此試驗還未考慮脫氨能耗等工業(yè)指標(biāo)，有待在較大的設(shè)備中進(jìn)行工業(yè)試驗才能確定。

［1］姚麗華，陳樹茂，楊 紅.鎢冶煉離子交換工藝廢水的治理［J］.湖南有色金屬，2007，23（1）：42-44.

［2］王莉萍，曹國平，周小虹.氨氮廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2009，7（3）：26-32.

［3］袁 捷，楊 寧，周艷軍.吹脫法處理高濃度氨氮廢水的研究［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2009，30（4）：55-57.

［4］馬倩玲，林星杰，肖沃輝.化學(xué)沉淀法處理含氨氮廢水的研究［J］.礦業(yè)，2008，17（4）：71-74.

［5］何 巖，趙由才，周恭明.高濃度氨氮廢水脫氮技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工業(yè)水處理，2008，28（1）：1-4.