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高濃度氨氮工業廢水處理工藝案例解析

文章出處:未知發表時間:2021-12-09 14:36:26



圖片1 

 

  目前,工業廢水、渣滓滲濾液、城市污水等高濃度氨氮廢水對水體形成的危害已成為全世界關注的環境問題。絕大多數含氨氮的廢水在未經任何處置或處置不達標的狀況下直接排入水體,造成水體污染及富營養化,進而影響土壤、空氣等。常見的含氮化合物主要包括有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮。其中氨氮是造成水體富營養化的主要污染物,其排放控制已成為目前水處置范疇的重點和難點。

 

  氨氮工業廢水處理辦法有很多種,國內外學者針對該問題展開了大量研討。其中吹脫法是傳統的高濃度氨氮廢水處置辦法,其設備占空中積小,操作靈敏便利,但也存在耗能大、處置本錢高等缺陷。成澤偉等采用超聲波強化吹脫去除氨氮,去除率明顯高于通常吹脫技術,且升幅超越50%。彭人勇等的研討也顯現,超聲波對吹脫的強化作用能夠讓氨氮去除率提升30%~40%

 

  沸石是含水多孔鋁硅酸鹽的總稱,其晶體結構主要由(SiO)四面體組成,其中的局部Si4+Al3+取代,造成負電荷過剩,故其構造中有堿金屬(堿土金屬)等均衡電荷的離子,同時沸石構架中存在較多的空腔和孔道。上述構造決議了沸石具有吸附、離子交流等性質,因而其對氨氮具有很強的選擇性吸附才能。

 

  本研討在超聲吹脫工藝的根底上,應用改性沸石對超聲吹脫后的高濃度氨氮廢水實行超聲強化吸附處置,調查了沸石粒度、吸附時間、沸石投加量、吸附溫度、吸附超聲功率等要素對處置效果的影響,以期為高濃度氨氮廢水的處置提供參考。

 

  一、實驗局部

 

  1.1資料和儀器

 

  實驗所處置廢水為模仿高濃度氨氮廢水,為NH4Cl和超純水配制的NH4Cl溶液,氨氮質量濃度約為1200mg/L的,實驗中以實測濃度為準。

 

  吸附劑選用浙江省縉云縣產自然沸石經復合改性后得到的改性沸石,密度2.16g/cm3,硬度3~4,硅鋁比4.25~5.25,孔隙率30%~40%

 

  D-51pH計:日本HORIBA有限公司;UV765型紫外-可見分光光度計:上海精細化學儀器有限公司;JJ50型精細電子天平:美國雙杰兄弟(集團)有限公司;EVOMA15/LS15型掃描電子顯微鏡:北京歐波同有限公司。

 

圖片15 

  1.2實驗辦法

 

  1.2.1超聲吹脫

 

  實驗設備如圖1所示。超聲波發作器經過將工頻電轉變為20kHz以上(通常20kHz~10MHz)的高頻電信號保送至超聲波換能器,產生強有力的超聲波震動,進而傳播到廢水中,產生一系列的物理和化學效應,促進廢水中污染物的去除。

 

  將1L廢水參加反響室中,調理pH8.5,調理溫度至28℃(經過下部進水上部出水的夾層完成溫度控制),經過分液漏斗控制促脫劑(乙酸乙酯與外表活性劑AOS3∶4的質量比配制)的投加,投加量為25mg/L,投加速率為5mg/h。經過氣泵泵入外界空氣,調理氣液比為600∶1;開啟超聲設備,調理超聲功率為70W實行連續超聲吹脫。每隔1h取水樣測定氨氮的剩余濃度,待濃度到達穩定,即吹脫已達均衡狀態后,中止吹脫。

 

  1.2.2超聲吸附

 

  應用超聲波的空化作用,可對吸附劑的吸附功用實行改善。氣泵泵入外界空氣,作為空化氣源。超聲波產生的氣泡隨著聲波震動疾速收縮爆破,借助于氣泡的疾速爆破,吸附劑孔隙內的雜質被清算,增大了孔隙的運用空間,減小了其位阻,使其內部的擴散加快,從而提升與離子的交流速率。超聲波空化強化傳質主要包括4種效應,即湍動效應、微擾效應、界面效應和聚能效應。經過空化作用可減小氨氮離子的水合半徑,克制多孔介質(沸石)的孔隙效應,增加吸附劑外表的活性位點。

 

  旋開密封塞,將一定量的、一定粒度的沸石投入超聲吹脫處置后的反響室中。調理超聲吹脫后廢水的pH至設定值,設置吸附溫度,啟動超聲波發作器,開端計時,實行超聲吸附。每隔20min取水樣待測,反響一段時間后關閉超聲波發作器。

 

  1.3剖析辦法

 

  采用納氏試劑分光光度法測定廢水中氨氮的質量濃度,測定波長420nm,運用光程10mm的玻璃比色皿。采用pH計測定廢水pH

 

  應用SEM技術察看沸石的微觀形貌。

 

  二、結果與討論

 

  經超聲吹脫處置后,廢水的氨氮去除率約為41.98%。在此根底上,調查超聲吸附工段各要素對總氨氮去除率的影響。

 

  2.1沸石粒度和吸附時間的影響

 

  在沸石投加量為2g/L、吸附pH8.5、吸附溫度為28℃、吸附超聲功率為100W的條件下,沸石粒度和吸附時間對總氨氮去除率的影響見圖2

 

圖片16 

  由圖2可見,沸石粒度對氨氮廢水的吸附處置過程有著一定的影響。隨著沸石粒度的增大,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對較低。3種不同粒度沸石的氨氮去除率固然不同,但是隨著吸附時間的延長其氨氮去除率的變化趨向類似,闡明其離子交流形式相同,只是因粒度不同造成吸附量的差別。沸石的粒度越小,其總的比外表積越大,故其吸附效果也最好。

 

  由圖2還可見,吸附60min后,一切粒度沸石的氨氮去除率隨時間的變化幅度均很小,闡明氨氮的吸附已根本到達均衡。隨著吸附時間的延長,廢水中氨氮濃度降落,沸石對氨氮的吸附和解吸逐步到達一個均衡點,繼續延長吸附時間,沸石處置氨氮的效能不再增加。綜上,選擇吸附時間為60min

 

  2.2沸石投加量的影響

 

  在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時間為60min、吸附pH8.5、吸附溫度為28℃、吸附超聲功率為70W的條件下,沸石投加量對總氨氮去除率的影響見圖3

 

圖片17 

  由圖3可見:隨著沸石投加量的增加,氨氮的去除率持續上升;當沸石投加量到達4g/L后,氨氮去除率的增幅很小。隨著投加量的增加,去除率可以在短時間內到達較高值。當投加量超越4g/L時,沸石的吸附量會隨著其投加量的增加而減少,氨氮去除率也趨于穩定。綜合思索沸石的吸附效果和處置本錢,選擇沸石投加量為4g/L較適合。

 

  2.3吸附pH的影響

 

  在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時間為60min、沸石投加量為4g/L、吸附溫度為28℃、吸附超聲功率為70W的條件下,吸附pH對總氨氮去除率的影響見圖4

 

圖片18 

  沸石對氨氮的吸附過程主要包括離子交流與單純的物理孔洞吸附兩種方式。氨氮在水中以NH4+離子狀態和NH3分子狀態存在,隨著溶液pH的變化,兩種狀態之間能夠互相轉化。沸石對水中氨氮的吸附以離子交流為主,因而受pH的影響較大。由圖4可見:廢水呈中性的狀況下,沸石對氨氮的吸附效果最佳;pH高于或低于7.0時,氨氮的去除率均降落。

 

  2.4吸附溫度的影響

 

  在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時間為60min、沸石投加量為4g/L、吸附pH7.0、吸附超聲功率為70W的條件下,吸附溫度對總氨氮去除率的影響見圖5

 

圖片19 

  由圖5可見,當溫度在20~30℃之間時,沸石對氨氮的去除率隨溫度的升高逐步增大,闡明提升吸附溫度有利于沸石對氨氮的吸附;但當溫度超越30℃時,氨氮的去除率卻隨溫度的升高而降低;當溫度為30℃時,氨氮的去除率最高,達77.39%。廢水中氨氮分子的運動形式是布朗運動,當處置環境的溫度升高時,氨氮分子的運動速度加快,與吸附劑顆粒的接觸頻率增加,有利于吸附的實行。但吸附機理的研討標明,沸石吸附氨氮的過程是一個放熱反響,因而在溫渡過高時,沸石對氨氮的吸附量反而會降落。綜上,選擇吸附溫度為30℃左右較適合。

 

  2.5超聲功率的影響

 

  在沸石粒度為0.198~0.245mm、吸附時間為60min、沸石投加量為4g/L、吸附pH7.0、吸附溫度為30℃的條件下,吸附超聲功率對總氨氮去除率的影響見圖6

 

圖片20 

  由圖6可見,超聲功率越大,氨氮的去除率越高。這是由于,隨著超聲功率的加大,超聲波產生的能量也增加,使得超聲波的空化效應加強,有利于氨氮的去除。綜合思索能耗本錢和處置效果,本實驗選擇吸附超聲功率為100W

 

  2.6沸石的SEM照片

 

  不同放大倍數下沸石的SEM照片見圖7。由圖7可見,沸石外表具有十分明顯的空泛構造,5μm的長度會有一到兩個大孔洞,而在10000倍的鏡頭下,可見呈蜂窩狀的細小孔洞遍及于沸石中,且沸石外表整體比擬粗糙,凹凸不平。這些微觀構造是沸石具有較強吸附和離子交流才能的關鍵。

 

圖片21 

  為了進一步研討超聲波的空化作用,將沸石實行60min的超聲處置,超聲處置前后沸石的SEM照片見圖8。由圖8可見:超聲處置后,沸石外表的孔隙構造更為稠密,可能是超聲處置清算了一些雜質所致。超聲處置后,沸石的孔隙率增大,位阻減少,加快了離子的交流速率,有利于氨氮的吸附。

 

圖片22 

  三、結論

 

  a)超聲吸附處置氨氮廢水的優化工藝條件為:沸石粒度0.198~0.245mm,吸附時間60min,沸石投加量4g/L,吸附pH7.0,吸附溫度30℃,吸附超聲功率100W。在該條件下,超聲吹脫吸附工藝的總氨氮去除率可達77.39%,較單獨超聲吹脫工藝的41.98%大幅提升

 

  b)超聲吸附處置在進一步提升超聲吹脫工藝對氨氮廢水處置效果的同時,對處置條件的請求降低,pH只需中性即可,具有一定的工業應用前景。

 


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