氨吹脱的基本原理.doc

1.1氨吹脱的基本原理 吹脱法的基本原理是利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下使用空气吹脱，由于在吹脱过程中不断排出气体，改变了气相中的氨气浓度，从而使其实际浓度始终小于该条件下的平衡浓度，最终使废水中溶解的氨不断穿过气液界面，使废水中的NH3-N得以脱除，常以空气作为载体。氨吹脱是一个传质过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差，气体组份在液面的分压和液体内的浓度符合亨利定理，即成正比关系。此法也叫“氨解析法”，解析速率与温度、气液比有关。 吹脱法一般采用吹脱池（也称“曝气池”）和吹脱塔两类设备。但吹脱池占地面积大，而且易污染周围环境，所以有毒气体的吹脱都采用塔式设备。塔式设备中填料吹脱塔主要特征是在塔内装置一定高度的填料层，使具有大表面积的填充塔来达到气—液间充分接触。常用填料有纸质蜂窝、拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填充塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，水通过填料往下流，与气流逆向流动，废水在离开塔前，氨组份被部分汽提，但需保持进水的值不变。空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气水比增加而减少。影响吹脱法处理氨氮废水去除率主要是值、温度、气液比／吹脱水位深度、吹脱时间等因素。 垃圾渗滤液脱氮常用的吹脱设备有曝气吹脱池、空气吹脱塔以及蒸汽蒸馏塔，采用装置的不同也将影响氨吹脱的效果，这几种吹脱装置的特性比较见下表。 表1-1 吹脱装置特性比较 吹脱装置 曝气吹脱池 空气吹脱塔 蒸汽蒸馏塔 冷却通风塔 板式塔 填料塔 外形尺寸 一般为矩形 柱状塔 柱状塔 柱状塔 柱状塔 脱氮效率 低 较高 高 高 最高 能源消耗 高 低 较高 较低 高 运行管理 装置结构简单，运行管理方便，费用高 装置结构简单，运行管理方便，费用低 装置结构较复杂，运行管理不方便，费用高 装置结构较复杂，运行管理较方便，费用较高 装置结构复杂，运行管理不方便，费用高 存在问题 占地面积大，吹脱尾气无法收集处理，造成二次污染 效率低，吹脱尾气不易收集处理，造成二次污染 适应水质水量变化能力差，塔阻较高，能耗较大 投资较大，填料容易结垢阻塞，需定期清洗 装置复杂，投资大，维护管理要求高，费用大 1.3氨吹脱的影响因素 1.3.1 pH值对吹脱效率的影响 水中的氨氮，大多以氨离子（）和游离氨（NH3）保持平衡的状态而存在，吹脱效率与水中游离氨含量直接相关。其平衡关系式如下： NH4+ + OH- ( NH3 + H2O （1） 氨与氨离子之间的百分分配率可用下式进行计算： Ka=Kw /Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+ （2） 式中：Ka———氨离子的电离常数；Kw———水的电离常数； Kb———氨水的电离常数；C———物质浓度。 式受pH值的影响，当pH 值高时，平衡向右移动，游离氨的比例较大，当pH 值为11 左右时，游离氨大致占90％。由式（2）可以看出，根据水的离子积为常数的原理，即［H+］［OH-］= Kw为一常数， pH 值是影响游离氨在水中 百分率的主要因素之一。另外，温度也会影响反应式（1）的平衡，温度升高，平衡向右移动。 不同条件下氨氮的离解率的计算值表中数据表明，当pH值大于10 时，离解率在80%以上，当pH值达11时，离解率高达98%且受温度的影响甚微。 不同pH、温度下氨氮的离解率 20℃ 30℃ 35℃ 9.0 25 50 58 9.5 60 80 83 10.0 80 90 93 11.0 98 98 98 根据一些文献资料的报道，吹脱法最适宜的pH值为11左右，保证吹脱效率的同时，降低药剂费用。 1.3.2温度对吹脱效率的影响 生成氨气的反应是一个吸热反应，当温度较高时，氨气的挥发速度大于溶解速率，平衡向右进行，但当温度大于30℃时，水分蒸发速度加快，导致废水的氨氮浓度升高，使得去除率下降。 根据一些文献资料的报道，处理不同氨氮废水需要的最佳温度不同，没有一个适合的范围，需要通过实验研究确定。 1.3.3气液比对吹脱效率的影响 吹脱设备增大供气量或气水自由接触表面积都能加速ＮＨ３的传质，然而在实际工程应用中，在用地许可的情况下，增大后者可以提高处理效果，节省运行费用。 根据文献资料的报道总结，针对不同种类废水，利用填料的不尽相同，应该增加吹脱传质面积，减少动力消耗，提高吹脱效率。 1.3.4吹脱时间对吹脱效率的影响 减小吹脱时间，有利于加快反应速度，提高处理量，减少设备的容积。 根据文献资料的报道，总结处理相同的废水最佳吹脱时间也相差很大，可能是因为采用的填料不同、装置设计的合理性等原因造成，吹脱处理后能够很好地进行后续处理和控制运行成本。