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        江苏铭盛环境

        高浓度氨氮工业废水处理工艺案例解析

        文章出处:未知发表时间:2021-12-09 14:36:26



        图片1 

         

          目前,工业废水、渣滓渗滤液、城市污水等高浓度氨氮废水对水体形成的危害已成为全世界关注的环境问题。绝大多数含氨氮的废水在未经任何处置或处置不达标的状况下直接排入水体,造成水体污染及富营养化,进而影响土壤、空气等。常见的含氮化合物主要包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮以及硝酸盐氮。其中氨氮是造成水体富营养化的主要污染物,其排放控制已成为目前水处置范畴的重点和难点。

         

          氨氮工业废水处理办法有很多种,国内外学者针对该问题展开了大量研讨。其中吹脱法是传统的高浓度氨氮废水处置办法,其设备占空中积小,操作灵敏便利,但也存在耗能大、处置本钱高等缺陷。成泽伟等采用超声波强化吹脱去除氨氮,去除率明显高于通常吹脱技术,且升幅超越50%。彭人勇等的研讨也显现,超声波对吹脱的强化作用能够让氨氮去除率提升30%~40%

         

          沸石是含水多孔铝硅酸盐的总称,其晶体结构主要由(SiO)四面体组成,其中的局部Si4+Al3+取代,造成负电荷过剩,故其构造中有碱金属(碱土金属)等均衡电荷的离子,同时沸石构架中存在较多的空腔和孔道。上述构造决议了沸石具有吸附、离子交流等性质,因而其对氨氮具有很强的选择性吸附才能。

         

          本研讨在超声吹脱工艺的根底上,应用改性沸石对超声吹脱后的高浓度氨氮废水实行超声强化吸附处置,调查了沸石粒度、吸附时间、沸石投加量、吸附温度、吸附超声功率等要素对处置效果的影响,以期为高浓度氨氮废水的处置提供参考。

         

          一、实验局部

         

          1.1资料和仪器

         

          实验所处置废水为模仿高浓度氨氮废水,为NH4Cl和超纯水配制的NH4Cl溶液,氨氮质量浓度约为1200mg/L的,实验中以实测浓度为准。

         

          吸附剂选用浙江省缙云县产自然沸石经复合改性后得到的改性沸石,密度2.16g/cm3,硬度3~4,硅铝比4.25~5.25,孔隙率30%~40%

         

          D-51pH计:日本HORIBA有限公司;UV765型紫外-可见分光光度计:上海精细化学仪器有限公司;JJ50型精细电子天平:美国双杰兄弟(集团)有限公司;EVOMA15/LS15型扫描电子显微镜:北京欧波同有限公司。

         

        图片15 

          1.2实验办法

         

          1.2.1超声吹脱

         

          实验设备如图1所示。超声波发作器经过将工频电转变为20kHz以上(通常20kHz~10MHz)的高频电信号保送至超声波换能器,产生强有力的超声波震动,进而传播到废水中,产生一系列的物理和化学效应,促进废水中污染物的去除。

         

          将1L废水参加反响室中,调理pH8.5,调理温度至28℃(经过下部进水上部出水的夹层完成温度控制),经过分液漏斗控制促脱剂(乙酸乙酯与外表活性剂AOS3∶4的质量比配制)的投加,投加量为25mg/L,投加速率为5mg/h。经过气泵泵入外界空气,调理气液比为600∶1;开启超声设备,调理超声功率为70W实行连续超声吹脱。每隔1h取水样测定氨氮的剩余浓度,待浓度到达稳定,即吹脱已达均衡状态后,中止吹脱。

         

          1.2.2超声吸附

         

          应用超声波的空化作用,可对吸附剂的吸附功用实行改善。气泵泵入外界空气,作为空化气源。超声波产生的气泡随着声波震动疾速收缩爆破,借助于气泡的疾速爆破,吸附剂孔隙内的杂质被清算,增大了孔隙的运用空间,减小了其位阻,使其内部的扩散加快,从而提升与离子的交流速率。超声波空化强化传质主要包括4种效应,即湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应。经过空化作用可减小氨氮离子的水合半径,克制多孔介质(沸石)的孔隙效应,增加吸附剂外表的活性位点。

         

          旋开密封塞,将一定量的、一定粒度的沸石投入超声吹脱处置后的反响室中。调理超声吹脱后废水的pH至设定值,设置吸附温度,启动超声波发作器,开端计时,实行超声吸附。每隔20min取水样待测,反响一段时间后关闭超声波发作器。

         

          1.3剖析办法

         

          采用纳氏试剂分光光度法测定废水中氨氮的质量浓度,测定波长420nm,运用光程10mm的玻璃比色皿。采用pH计测定废水pH

         

          应用SEM技术察看沸石的微观形貌。

         

          二、结果与讨论

         

          经超声吹脱处置后,废水的氨氮去除率约为41.98%。在此根底上,调查超声吸附工段各要素对总氨氮去除率的影响。

         

          2.1沸石粒度和吸附时间的影响

         

          在沸石投加量为2g/L、吸附pH8.5、吸附温度为28℃、吸附超声功率为100W的条件下,沸石粒度和吸附时间对总氨氮去除率的影响见图2

         

        图片16 

          由图2可见,沸石粒度对氨氮废水的吸附处置过程有着一定的影响。随着沸石粒度的增大,氨氮的去除率降落,其中0.198~0.245mm的沸石吸附效果最好,氨氮去除率最高,0.350~0.833mm0.245~0.350mm的沸石氨氮去除率相对较低。3种不同粒度沸石的氨氮去除率固然不同,但是随着吸附时间的延长其氨氮去除率的变化趋向类似,阐明其离子交流形式相同,只是因粒度不同造成吸附量的差别。沸石的粒度越小,其总的比外表积越大,故其吸附效果也最好。

         

          由图2还可见,吸附60min后,一切粒度沸石的氨氮去除率随时间的变化幅度均很小,阐明氨氮的吸附已根本到达均衡。随着吸附时间的延长,废水中氨氮浓度降落,沸石对氨氮的吸附和解吸逐步到达一个均衡点,继续延长吸附时间,沸石处置氨氮的效能不再增加。综上,选择吸附时间为60min

         

          2.2沸石投加量的影响

         

          在沸石粒度为0.198~0.245mm、吸附时间为60min、吸附pH8.5、吸附温度为28℃、吸附超声功率为70W的条件下,沸石投加量对总氨氮去除率的影响见图3

         

        图片17 

          由图3可见:随着沸石投加量的增加,氨氮的去除率持续上升;当沸石投加量到达4g/L后,氨氮去除率的增幅很小。随着投加量的增加,去除率可以在短时间内到达较高值。当投加量超越4g/L时,沸石的吸附量会随着其投加量的增加而减少,氨氮去除率也趋于稳定。综合思索沸石的吸附效果和处置本钱,选择沸石投加量为4g/L较适合。

         

          2.3吸附pH的影响

         

          在沸石粒度为0.198~0.245mm、吸附时间为60min、沸石投加量为4g/L、吸附温度为28℃、吸附超声功率为70W的条件下,吸附pH对总氨氮去除率的影响见图4

         

        图片18 

          沸石对氨氮的吸附过程主要包括离子交流与单纯的物理孔洞吸附两种方式。氨氮在水中以NH4+离子状态和NH3分子状态存在,随着溶液pH的变化,两种状态之间能够互相转化。沸石对水中氨氮的吸附以离子交流为主,因而受pH的影响较大。由图4可见:废水呈中性的状况下,沸石对氨氮的吸附效果最佳;pH高于或低于7.0时,氨氮的去除率均降落。

         

          2.4吸附温度的影响

         

          在沸石粒度为0.198~0.245mm、吸附时间为60min、沸石投加量为4g/L、吸附pH7.0、吸附超声功率为70W的条件下,吸附温度对总氨氮去除率的影响见图5

         

        图片19 

          由图5可见,当温度在20~30℃之间时,沸石对氨氮的去除率随温度的升高逐步增大,阐明提升吸附温度有利于沸石对氨氮的吸附;但当温度超越30℃时,氨氮的去除率却随温度的升高而降低;当温度为30℃时,氨氮的去除率最高,达77.39%。废水中氨氮分子的运动形式是布朗运动,当处置环境的温度升高时,氨氮分子的运动速度加快,与吸附剂颗粒的接触频率增加,有利于吸附的实行。但吸附机理的研讨标明,沸石吸附氨氮的过程是一个放热反响,因而在温渡过高时,沸石对氨氮的吸附量反而会降落。综上,选择吸附温度为30℃左右较适合。

         

          2.5超声功率的影响

         

          在沸石粒度为0.198~0.245mm、吸附时间为60min、沸石投加量为4g/L、吸附pH7.0、吸附温度为30℃的条件下,吸附超声功率对总氨氮去除率的影响见图6

         

        图片20 

          由图6可见,超声功率越大,氨氮的去除率越高。这是由于,随着超声功率的加大,超声波产生的能量也增加,使得超声波的空化效应加强,有利于氨氮的去除。综合思索能耗本钱和处置效果,本实验选择吸附超声功率为100W

         

          2.6沸石的SEM照片

         

          不同放大倍数下沸石的SEM照片见图7。由图7可见,沸石外表具有十分明显的空泛构造,5μm的长度会有一到两个大孔洞,而在10000倍的镜头下,可见呈蜂窝状的细小孔洞遍及于沸石中,且沸石外表整体比拟粗糙,凹凸不平。这些微观构造是沸石具有较强吸附和离子交流才能的关键。

         

        图片21 

          为了进一步研讨超声波的空化作用,将沸石实行60min的超声处置,超声处置前后沸石的SEM照片见图8。由图8可见:超声处置后,沸石外表的孔隙构造更为稠密,可能是超声处置清算了一些杂质所致。超声处置后,沸石的孔隙率增大,位阻减少,加快了离子的交流速率,有利于氨氮的吸附。

         

        图片22 

          三、结论

         

          a)超声吸附处置氨氮废水的优化工艺条件为:沸石粒度0.198~0.245mm,吸附时间60min,沸石投加量4g/L,吸附pH7.0,吸附温度30℃,吸附超声功率100W。在该条件下,超声吹脱吸附工艺的总氨氮去除率可达77.39%,较单独超声吹脱工艺的41.98%大幅提升

         

          b)超声吸附处置在进一步提升超声吹脱工艺对氨氮废水处置效果的同时,对处置条件的请求降低,pH只需中性即可,具有一定的工业应用前景。

         


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