田原 鐘振宇 鄒冬生 秦普豐 付廣義

摘要 采用自來水對電滲析工藝參數(shù)進行優(yōu)化試驗，研究電滲析工藝處理聯(lián)堿工業(yè)高濃度氨氮廢水。結果發(fā)現(xiàn)，當電壓為50 V、進水流量為25 L/h時，水樣中導電率達到最佳；高濃度氨氮廢水進水電導率為2 980 μs/cm，氨氮濃度為 648.23 mg/L ；出水室濃水和淡水各占總出水的14%和86%，濃水和淡水的電導率分別為 15 000.0和12.1 μs/cm；氨氮含量分別為3 400.0和11.5 mg/L 。

關鍵詞 高濃度氨氮廢水；廢水處理；電滲析；聯(lián)堿工業(yè)

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05193-02

氨氮是導致廢水富營養(yǎng)化的主要原因，容易引起水中藻類及其他微生物大量繁殖，從而導致水中的溶解氧下降，嚴重時會引起湖泊的干枯滅亡。高濃度氨氮廢水是指水中氨氮含量>500 mg/L的廢水，主要來源于石油化工、有色金屬冶煉、化肥、味精、肉類加工和養(yǎng)殖等行業(yè)生產(chǎn)排放的廢水以及垃圾滲液等。廢水中含有大量的酚類、芳香族化合物、堿和重金屬等物質(zhì)，具有成分復雜、毒性強、可生化性差、難以被微生物降解等特點，因此處理這類廢水難度較大[1-2]。隨著水體富營養(yǎng)化問題的日益嚴重以及人們對氨氮對水體危害的認識的深入，提供經(jīng)濟高效的處理技術去除廢水中的氨氮已成為處理高濃度氨氮廢水凾待解決的問題之一[3]。電滲析以電能為驅(qū)動力，使離子氨定向遷移，同時通過交替安置的陰、陽離子交換膜實現(xiàn)離子的富集，從而達到收集濃縮氨水的目的。電滲析處理氨氮廢水效果好，設備調(diào)試靈活，可回收氨，無二次污染[4]。該試驗對高濃度氨氮廢水采取電滲析法進行研究，分析聯(lián)堿高濃度氨氮廢水成分，篩選合適的離子膜。

1 材料與方法

1.1 電滲析原理、流程圖

1.1.1 電滲析裝置原理。 電滲析裝置由機板、陰、陽離子交換膜和隔板組成。通過直流電場的作用，陰離子向陽極方向遷移，穿過陰離子膜，進入濃水室，進一步向陽極方向移動，碰到陽離子膜而被擋在濃水室；而陽離子向陰極方向遷移，由淡水室進入濃水室，同樣受到陰離子膜的阻擋，這樣陰、陽離子同時富集于濃水室，由進入濃水室中的濃水帶出，于是進入電滲析器的廢水中的陰、陽離子就被脫除[5]。

1.1.2 電滲析試驗流程圖。試驗對高濃度氨氮廢水采取電滲析法進行研究，分析聯(lián)堿高濃度氨氮廢水成分，篩選合適的離子膜。電滲析以電能為驅(qū)動力，使離子氨定向遷移，同時通過交替安置的陰、陽離子交換膜實現(xiàn)離子的富集，從而達到收集濃縮氨水的目的。具體研究的技術路線圖如圖1所示。

1.2 試驗材料和方法

1.2.1 試驗材料。以株洲某化肥廠收集所得高濃度氨氮廢水為試驗對象，通過檢測分析，發(fā)現(xiàn)其水質(zhì)的電導率為2 980 μs/cm，pH為9.2呈堿性，氨氮濃度為648.23 mg/L，揮發(fā)酚含量0.24 g/L，懸浮物含量110.7 mg/L，COD含量57.13 mg/L，色度為4，硫化物含量0.623 mg/L。

1.2.2 試驗方法。

1.2.2.1 氨氮廢水預處理。在每15 L采集水樣中加入150 ml 10%的硫酸鋅溶液和15～20 ml 25%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至10.5左右，攪拌搖勻，放置使沉淀，經(jīng)過濾后進行電滲析處理。

1.2.2.2 試驗參數(shù)。對電滲析器要經(jīng)過一段時間的調(diào)試才能制定出最佳運行參數(shù)，這對實現(xiàn)穩(wěn)定和長周期運行關系很大。需要確定的參數(shù)主要有：①流速和壓力。電滲析器有一定的額定流量，不能過大或過小。過大，使進水壓力過高，會發(fā)生裝置的泄漏和變形；過小，懸浮物會黏附于電滲析器中，造成水流壓力上升，雷諾數(shù)減小，鹽脫率下降，造成水流死角和局部極化結垢。因此水流過管的線速度控制在50～200 mm/s。②電流和電壓。工作電流應低于極限電流。工作電流過高，有利于提高設備效率；工作電流過低，有利于防止極化。一般控制工作電流為極限電流的90%。③pH。通過對水樣pH的測定，同時對水樣的pH進行調(diào)節(jié)，確定電滲析中pH控制量。④淡液水質(zhì)。檢測水樣中的淡液水體質(zhì)量，為進一步吸附處理提供有效數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 運行參數(shù)確定 試驗以自來水為測試對象，在電壓50 V、控制自來水進水流量10～35 L/h時，對淡水室出水的電導率進行測定。由圖2a可知，當進水流量<25 L/h時，電導率變化并不明顯且值較低，說明出水水質(zhì)最好；當進水流量>25 L/h時，電導率值隨著進水流量的增加而逐漸變大，說明出水水質(zhì)變差，考慮到綜合因數(shù)影響，當進水流量達 25 L/h效果為最佳，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)淡水出水電導率為 6.92 μs/cm。

保持自來水的進水流量為25 L/h，控制電滲析裝置電壓10～70 V，對淡水室出水的電導率進行測定。由圖2b可見，淡水室出水的電導率與電壓成反比變化，當電壓低于 50 V時，淡水出水電導率達最小值，為7.03 μs/cm；而后隨著電壓的提高，淡水室出水的電導率變化不再明顯。由此可得出電滲析裝置的最佳工藝參數(shù)電滲電壓50 V、進水流量為 25 L/h。

2.2 實際氨氮廢水的處理 將株洲某化肥廠收集高濃度氨氮廢水經(jīng)過預處理，放入控制電壓50 V、進水流量為25 L/h的電滲析裝置。經(jīng)過處理出水分為淡水及濃水，檢測得知濃水出水占總出水的14%，淡水出水占總出水的86%，其中濃水出水氨氮含量3 400.0 mg/L，其電導率為15 000.0 μs/cm；淡水出水的氨氮含量為11.5 mg/L，其電導率為12.1 μs/cm。對比分析試驗出水水質(zhì)與排放標準（表1）發(fā)現(xiàn)，高濃度氨氮廢水經(jīng)電滲析裝置處理后，不僅可以達到排放標準，且還可以滿足回用要求，其去除率達 97%以上[6]。

3 結論

（1）通過試驗得知，當試驗所用電滲析設備調(diào)試參數(shù)電壓為50 V、進水流量為25 L/h時，水樣中導電率達到最佳。

（2）采用該設備對進水電導率為2 980 μs/cm、氨氮濃度為648.23 mg/L高濃度氨氮廢水進行處理，結果發(fā)現(xiàn)該設備出水室濃水和淡水各占總出水的14%和86%，濃水和淡水的電導率分別為15 000.0和12.1 μs/cm，氨氮含量分別為3 400.0和11.5 mg/L 。

（3）試驗表明合理設計電滲析裝置和正確選擇電滲析材料可以有效處理高濃度氨氮廢水。電滲析法處理氨氮廢水不僅可使出水水質(zhì)達到國家排放標準，且出水可以回用，同時處理后廢水中的氨氮可重復利用。

參考文獻

[1] 周彤.污水的零費用脫氮 [J].給水排水，2000，26（2）：37-40.

[2] 馮旭東，王崴，董藜明，等.高濃度氨氮廢水處理技術[J].北京工商大學學報，2004，22（2）：5-8

[3] 許國強，曾光明.氨氮廢水處理技術現(xiàn)狀與發(fā)展[J].湖南有色金屬，2002，26（2）：37-40.

[4] 凌云.酵 母菌-光合 細菌連用處理皂素廢水的實驗研究[J].西北農(nóng)業(yè)學報，2006，15（1）：109-112.

[5] 鐘理，譚春偉.高濃度氨氮廢水處理技術[J].北京工商大學學報，2004，22（2）：5-8.

[6] 國家環(huán)境保護總局.合成氨工業(yè)水污染物排放標準.GB 13458-2001[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，2001.