联碱工业高浓度氨氮废水电渗析处理技术研究

田原 钟振宇 邹冬生 秦普丰 付广义

摘要 采用自来水对电渗析工艺参数进行优化试验，研究电渗析工艺处理联碱工业高浓度氨氮废水。结果发现，当电压为50 V、进水流量为25 L/h时，水样中导电率达到最佳；高浓度氨氮废水进水电导率为2 980 μs/cm，氨氮浓度为 648.23 mg/L ；出水室浓水和淡水各占总出水的14%和86%，浓水和淡水的电导率分别为 15 000.0和12.1 μs/cm；氨氮含量分别为3 400.0和11.5 mg/L 。

关键词 高浓度氨氮废水；废水处理；电渗析；联碱工业

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05193-02

氨氮是导致废水富营养化的主要原因，容易引起水中藻类及其他微生物大量繁殖，从而导致水中的溶解氧下降，严重时会引起湖泊的干枯灭亡。高浓度氨氮废水是指水中氨氮含量>500 mg/L的废水，主要来源于石油化工、有色金属冶炼、化肥、味精、肉类加工和养殖等行业生产排放的废水以及垃圾渗液等。废水中含有大量的酚类、芳香族化合物、碱和重金属等物质，具有成分复杂、毒性强、可生化性差、难以被微生物降解等特点，因此处理这类废水难度较大[1-2]。随着水体富营养化问题的日益严重以及人们对氨氮对水体危害的认识的深入，提供经济高效的处理技术去除废水中的氨氮已成为处理高浓度氨氮废水凾待解决的问题之一[3]。电渗析以电能为驱动力，使离子氨定向迁移，同时通过交替安置的阴、阳离子交换膜实现离子的富集，从而达到收集浓缩氨水的目的。电渗析处理氨氮废水效果好，设备调试灵活，可回收氨，无二次污染[4]。该试验对高浓度氨氮废水采取电渗析法进行研究，分析联碱高浓度氨氮废水成分，筛选合适的离子膜。

1 材料与方法

1.1 电渗析原理、流程图

1.1.1 电渗析装置原理。 电渗析装置由机板、阴、阳离子交换膜和隔板组成。通过直流电场的作用，阴离子向阳极方向迁移，穿过阴离子膜，进入浓水室，进一步向阳极方向移动，碰到阳离子膜而被挡在浓水室；而阳离子向阴极方向迁移，由淡水室进入浓水室，同样受到阴离子膜的阻挡，这样阴、阳离子同时富集于浓水室，由进入浓水室中的浓水带出，于是进入电渗析器的废水中的阴、阳离子就被脱除[5]。

1.1.2 电渗析试验流程图。试验对高浓度氨氮废水采取电渗析法进行研究，分析联碱高浓度氨氮废水成分，筛选合适的离子膜。电渗析以电能为驱动力，使离子氨定向迁移，同时通过交替安置的阴、阳离子交换膜实现离子的富集，从而达到收集浓缩氨水的目的。具体研究的技术路线图如图1所示。

1.2 试验材料和方法

1.2.1 试验材料。以株洲某化肥厂收集所得高浓度氨氮废水为试验对象，通过检测分析，发现其水质的电导率为2 980 μs/cm，pH为9.2呈碱性，氨氮浓度为648.23 mg/L，挥发酚含量0.24 g/L，悬浮物含量110.7 mg/L，COD含量57.13 mg/L，色度为4，硫化物含量0.623 mg/L。

1.2.2 试验方法。

1.2.2.1 氨氮废水预处理。在每15 L采集水样中加入150 ml 10%的硫酸锌溶液和15～20 ml 25%氢氧化钠溶液，调节pH至10.5左右，搅拌摇匀，放置使沉淀，经过滤后进行电渗析处理。

1.2.2.2 试验参数。对电渗析器要经过一段时间的调试才能制定出最佳运行参数，这对实现稳定和长周期运行关系很大。需要确定的参数主要有：①流速和压力。电渗析器有一定的额定流量，不能过大或过小。过大，使进水压力过高，会发生装置的泄漏和变形；过小，悬浮物会黏附于电渗析器中，造成水流压力上升，雷诺数减小，盐脱率下降，造成水流死角和局部极化结垢。因此水流过管的线速度控制在50～200 mm/s。②电流和电压。工作电流应低于极限电流。工作电流过高，有利于提高设备效率；工作电流过低，有利于防止极化。一般控制工作电流为极限电流的90%。③pH。通过对水样pH的测定，同时对水样的pH进行调节，确定电渗析中pH控制量。④淡液水质。检测水样中的淡液水体质量，为进一步吸附处理提供有效数据。

2 结果与分析

2.1 运行参数确定 试验以自来水为测试对象，在电压50 V、控制自来水进水流量10～35 L/h时，对淡水室出水的电导率进行测定。由图2a可知，当进水流量<25 L/h时，电导率变化并不明显且值较低，说明出水水质最好；当进水流量>25 L/h时，电导率值随着进水流量的增加而逐渐变大，说明出水水质变差，考虑到综合因数影响，当进水流量达 25 L/h效果为最佳，经测试发现淡水出水电导率为 6.92 μs/cm。

保持自来水的进水流量为25 L/h，控制电渗析装置电压10～70 V，对淡水室出水的电导率进行测定。由图2b可见，淡水室出水的电导率与电压成反比变化，当电压低于 50 V时，淡水出水电导率达最小值，为7.03 μs/cm；而后随着电压的提高，淡水室出水的电导率变化不再明显。由此可得出电渗析装置的最佳工艺参数电渗电压50 V、进水流量为 25 L/h。

2.2 实际氨氮废水的处理 将株洲某化肥厂收集高浓度氨氮废水经过预处理，放入控制电压50 V、进水流量为25 L/h的电渗析装置。经过处理出水分为淡水及浓水，检测得知浓水出水占总出水的14%，淡水出水占总出水的86%，其中浓水出水氨氮含量3 400.0 mg/L，其电导率为15 000.0 μs/cm；淡水出水的氨氮含量为11.5 mg/L，其电导率为12.1 μs/cm。对比分析试验出水水质与排放标准（表1）发现，高浓度氨氮废水经电渗析装置处理后，不仅可以达到排放标准，且还可以满足回用要求，其去除率达 97%以上[6]。

3 结论

（1）通过试验得知，当试验所用电渗析设备调试参数电压为50 V、进水流量为25 L/h时，水样中导电率达到最佳。

（2）采用该设备对进水电导率为2 980 μs/cm、氨氮浓度为648.23 mg/L高浓度氨氮废水进行处理，结果发现该设备出水室浓水和淡水各占总出水的14%和86%，浓水和淡水的电导率分别为15 000.0和12.1 μs/cm，氨氮含量分别为3 400.0和11.5 mg/L 。

（3）试验表明合理设计电渗析装置和正确选择电渗析材料可以有效处理高浓度氨氮废水。电渗析法处理氨氮废水不仅可使出水水质达到国家排放标准，且出水可以回用，同时处理后废水中的氨氮可重复利用。

参考文献

[1] 周彤.污水的零费用脱氮 [J].给水排水，2000，26（2）：37-40.

[2] 馮旭东，王崴，董藜明，等.高浓度氨氮废水处理技术[J].北京工商大学学报，2004，22（2）：5-8

[3] 许国强，曾光明.氨氮废水处理技术现状与发展[J].湖南有色金属，2002，26（2）：37-40.

[4] 凌云.酵 母菌-光合 细菌连用处理皂素废水的实验研究[J].西北农业学报，2006，15（1）：109-112.

[5] 钟理，谭春伟.高浓度氨氮废水处理技术[J].北京工商大学学报，2004，22（2）：5-8.

[6] 国家环境保护总局.合成氨工业水污染物排放标准.GB 13458-2001[S].北京：中国环境科学出版社，2001.