高氨氮廢水處理設(shè)備廠(chǎng)家氨氮是一種營(yíng)養(yǎng)性污染物，它在水體中的過(guò)量存在會(huì)對(duì)生物及其生存環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，工業(yè)廢水排放之前的脫氨工作尤為重要。氨氮廢水的處理技術(shù)［1］主要有: 選擇性離子交換法［2］、生物脫氮法［3，4］、吹脫法［5］、折點(diǎn)加氯法［6］、化學(xué)沉淀法［7］、催化濕式氧化法［8］、膜法［9］、電滲析法［10］和蒸氣氣提法［11］等。以上廢水氨氮脫除的方法各有優(yōu)點(diǎn)，也存在一定的缺點(diǎn)和應(yīng)用局限，如處理成本高，條件控制嚴(yán)格，易造成二次污染等［12］。膜脫氨技術(shù)是一種更加有效的接觸傳質(zhì)過(guò)程，其中有代表性的主要有VMD［13，14］及MA［15，16］等過(guò)程。VMD 與MA 脫氨均是膜蒸餾脫氨的2 種形式。VMD 是利用真空技術(shù)使膜界面形成氨分壓差從而達(dá)到脫氨目的; MA 脫氨是利用酸性溶液作吸收劑，其快速的化學(xué)反應(yīng)使界面氨分壓差增大明顯，具有較高的脫氨效率。

脫氨效率與起始氨氮濃度、溫度、真空度、pH、脫氨時(shí)間及膜性能等有直接的關(guān)系。VMD 過(guò)程脫氨效率不高，脫氨后廢水難以達(dá)到排放或回用標(biāo)準(zhǔn)，但其脫除的氨可回收制成氨水回用于工業(yè)生產(chǎn)，從而可以降低含氨廢水處理成本。故VMD 可以用于高濃氨氮廢水的初步脫氨。

相對(duì)VMD 而言，MA 脫氨過(guò)程脫氨效率較高，但膜吸收脫氨后形成的硫酸銨、氯化銨等副產(chǎn)物，由于濃度低，pH 值低不能直接作為肥料加以利用，需要解決廢吸收液的回收問(wèn)題。

若將VMD 和MA 結(jié)合起來(lái)，有望實(shí)現(xiàn)高氨氮廢水的高效脫氨并解決廢吸收液的二次處置難題。本文在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下對(duì)VMD 和MA 脫除水溶液中的氨氮進(jìn)行了研究，并建立了一套全新的高效處理高氨氮廢水的集成膜工藝體系。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)用pp 中空纖維膜組件采用美國(guó)MEMBRANA公司的Liqui-cel MiniModule，膜基本參數(shù)為孔徑0. 2 μm，孔隙率40%，內(nèi)徑220 nm，外徑300nm，有效膜面積0. 18 m2。

模擬廢水和調(diào)節(jié)模擬廢水pH 值的堿溶液分別由氯化銨、氫氧化鈉(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司) 與去離子水配制而成。

1．2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

本研究采用真空膜蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置和直接接觸式膜吸收裝置。如圖1 所示VMD 工藝流程，熱循環(huán)始于料液，料液被泵入恒溫槽升溫后經(jīng)過(guò)流量計(jì)和溫度計(jì)，流經(jīng)膜組件后返回料液瓶; 冷側(cè)則由真空泵將透過(guò)膜孔的揮發(fā)態(tài)氨抽出并冷凝回收。

如圖2 所示MA 工藝流程，料液通過(guò)恒溫水浴加熱，泵入中空膜組件的內(nèi)側(cè)，產(chǎn)水和過(guò)膜氨分子被稀硫酸吸收液吸收，通過(guò)磁力循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)膜吸收兩側(cè)的循環(huán)。膜組件的兩側(cè)進(jìn)出口裝有溫度計(jì)記錄料液和吸收液進(jìn)出口溫度，冷側(cè)和熱側(cè)流速測(cè)定采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)記錄和控制。

1．3 分析方法

料液為分析純NH4Cl 與去離子水配制而成，每次配制料液1. 5 L。設(shè)定條件運(yùn)行脫氨過(guò)程，每隔一定時(shí)間從料液槽中取樣并測(cè)試分析其中氨氮的濃度，通過(guò)納氏試劑比色法檢測(cè)不同時(shí)刻料液中NH3-N 濃度來(lái)繪制ln(C0 /Ct) -t 圖，根據(jù)公式(1) 和(2)求出氨的去除率和傳質(zhì)系數(shù)。

R = (C0-Ct)/C0 × (1)

式中: C0為氨的初始濃度(mg /L) ; Ct為t 時(shí)刻剩余氨的濃度(mg /L) 。

ln(C0/Ct) = KAt/V (2)

式中: C0和Ct分別是溶液中氨的起始濃度和t 時(shí)刻的瞬時(shí)濃度(mg /L) ; K 為氨的傳質(zhì)系數(shù)(m/s) ; A 為膜有效面積(m2 ) ; V 為氨溶液體積(L) 。

2 結(jié)果與討論

2．1 料液pH 的影響

配制濃度為1 000 mg /L 的料液，控制循環(huán)流速0. 10 m/s，進(jìn)口溫度40℃，真空度－ 90 kPa，調(diào)節(jié)料液pH 分別為9. 5、10. 0、10. 5 和11. 0 進(jìn)行VMD 實(shí)驗(yàn)

高氨氮廢水處理設(shè)備廠(chǎng)家本研究分別對(duì)VMD 和MA 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中料液pH和料液進(jìn)口溫度2 個(gè)重要操作條件對(duì)脫氨率的影響做了分析，并將VMD 技術(shù)和MA 技術(shù)集成進(jìn)行高效脫氨，得到如下結(jié)論:

(1) VMD 工藝在pH =10．5，T料液= 40℃，v 料液=0．10 m/s，真空度=-90 kPa 操作條件下脫氨率可達(dá)85%，MA 工藝在pH = 10. 5，T料液= 20℃，T硫酸=20℃，v料液= 0. 10 m/s，v硫酸= 0. 10 m/s 條件下脫氨率可達(dá)99. 6%。綜合經(jīng)濟(jì)和效率方面考慮，集成工藝操作參數(shù)也設(shè)為上述數(shù)值。

(2) 在實(shí)驗(yàn)涉及的操作條件范圍內(nèi)，料液pH 和進(jìn)口溫度對(duì)VMD 脫氨效果的影響較大，提高料液pH 和進(jìn)口溫度可以明顯提高VMD 的脫氨效率。MA 實(shí)驗(yàn)中，料液pH 對(duì)的脫氨效率影響比較顯著，料液進(jìn)口溫度的影響不大。

(3) VMD/MA 集成脫氨工藝處理不同濃度高氨氮廢水效率可達(dá)99. 96% 以上，出水符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

本集成工藝結(jié)合了VMD 和MA 工藝在脫氨實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)點(diǎn)，可以回收利用氨并且將硫酸銨廢液回流繼續(xù)脫氨從而解決硫酸銨的二次污染問(wèn)題。為高濃度氨氮廢水的經(jīng)濟(jì)有效處理提供了一條全新技術(shù)路線(xiàn)。