氨氮吹脫法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及影響因素

常用的處理氨氮廢水的方法主要有吹脫法、生化法、離子交換法、折點(diǎn)氯化法和磷酸銨鎂沉淀（MAP）法等。目前，國內多采用生化法和吹脫法，國外則多采用生化法和磷酸銨鎂沉淀法。吹脫法多用于處理中高濃度、大流量氨氮廢水，吹脫出的氨可以回收利用，但有容易結垢、低溫時(shí)氨氮去除效率低、吹脫時(shí)間長(cháng)、二次污染、出水氨氮濃度仍偏高等缺點(diǎn)，所以明確影響吹脫法的關(guān)鍵因素，提高氨氮去除率，對于氨氮處理成本控制、水污染得到控制、實(shí)現城市的可持續發(fā)展具有重要的意義。

一、吹脫原理

吹脫法的基本原理是利用廢水中所含的氨氮等揮發(fā)性物質(zhì)的實(shí)際濃度與平衡濃度之間存在的差異，在堿性條件下使用空氣吹脫，由于在吹脫過(guò)程中不斷排出氣體，改變了氣相中的氨氣濃度，從而使其實(shí)際濃度始終小于該條件下的平衡濃度，最終使廢水中溶解的氨不斷穿過(guò)氣液界面，使廢水中的NH3-N得以脫除，常以空氣作為載體。氨吹脫是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，推動(dòng)力來(lái)自空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當的平衡分壓之間的差，氣體組份在液面的分壓和液體內的濃度符合亨利定理，即成正比關(guān)系。此法也叫“氨解析法”，解析速率與溫度、氣液比有關(guān)。

吹脫法的基本原理是氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論。廢水中的NH3-N通常以銨離子（NH4+）和游離氨(NH3)的狀態(tài)把持平衡而存在的（如下圖）：

當PH為中性時(shí)，NH3-N主要以銨離子（NH4+）形式存在，當PH值為堿性，NH3-N主要以游離氨（NH3）狀態(tài)存在吹脫法是在沸水中加入堿，調節PH值至堿性，先將廢水中的NH4+轉化為NH3，然后通入蒸汽或空氣進(jìn)行解吸，將廢水中的NH3轉化為氣相，從而將NH3-N從水中去除。常用空氣或水蒸氣作載氣，前者稱(chēng)為空氣吹脫，后者稱(chēng)為蒸汽吹脫。

二、優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：吹脫法用于處理高濃度氨氮廢水具有流程簡(jiǎn)單、處理效果穩定、基建費和運行費較低等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性較強。

缺點(diǎn)：進(jìn)出水需要調整PH、如果沒(méi)有酸性吸收吹脫出來(lái)的氨氣隨空氣進(jìn)入大氣引起二次污染、硬度高的廢水結垢嚴重。

三、影響因素

吹脫法一般采用吹脫池（也稱(chēng)“曝氣池”）和吹脫塔兩類(lèi)設備。但吹脫池占地面積大，而且易污染周?chē)�環(huán)境，所以有毒氣體的吹脫都采用塔式設備。塔式設備中填料吹脫塔主要特征是在塔內裝置一定高度的填料層，使具有大表面積的填充塔來(lái)達到氣—液間充分接觸。常用填料有紙質(zhì)蜂窩、拉西環(huán)、聚丙烯鮑爾環(huán)、聚丙烯多面空心球等。廢水被提升到填充塔的塔頂，并分布到填料的整個(gè)表面，水通過(guò)填料往下流，與氣流逆向流動(dòng)，廢水在離開(kāi)塔前，氨組份被部分汽提，但需保持進(jìn)水的pH值不變。空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣水比增加而減少。影響吹脫法處理氨氮廢水去除率主要是pH值、溫度、氣液比/吹脫水位深度、吹脫時(shí)間等因素。

表（一），不同pH、溫度下氨氮的離解率%

（1）PH

水中的氨氮，大多以氨離子（NH4+）和游離氨（NH3）保持平衡的狀態(tài)而存在。其平衡關(guān)系式如下：

NH4++OH↹NH3+H2O （1）

式（1）受pH 值的影響，當pH值高時(shí)，平衡向右移動(dòng)，游離氨的比例較大，當pH 值為11 左右時(shí)，游離氨大致占90％。

（2）溫度

氨與氨離子之間的百分分配率可用下式進(jìn)行計算：

Ka=Kw /Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+ （2）

式中：

Ka—— —氨離子的電離常數；

Kw—— —水的電離常數；

Kb—— —氨水的電離常數；

C—— —物質(zhì)濃度。

由式（2）可以看出，pH 值是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。另外，溫度也會(huì )影響反應式（1）的平衡，溫度升高，平衡向右移動(dòng)。表（一）列出了不同條件下氨氮的離解率的計算值。表中數據表明，當pH值大于10 時(shí)，離解率在80%以上，當pH 值達11時(shí)，離解率高達98%且受溫度的影響甚微。

（3）氣液比

氣液比： 指空氣（蒸汽）和吹脫對象（含氨廢水）的體積比。

影響氨氣從水中向大氣轉移的因素有兩個(gè)：一是水氣界面處的表面張力；二是界面處的氨濃度差表面張力最小，氣態(tài)氨釋放量就最大。如果形成水滴，氣態(tài)氨轉移量的增加將會(huì )很小。因此,反復形成水滴有助于氨的吹脫。

水和大氣中氨氮的濃度差是氣態(tài)氨轉移的動(dòng)力。為使水滴周?chē)�環(huán)境中的氨氮濃度最小，必須將空氣快速循環(huán)，用含低濃度氣態(tài)氨的空氣攪動(dòng)水滴，有助于加快氨的釋放。

對確定的廢水量而言，增大氣體量，推動(dòng)力相應增大，有利于氨氮吹脫去除。但氣量太大，氣速過(guò)高，將影響廢水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛現象。因此，對一定廢水量，最小液氣比受液泛氣速控制；但是進(jìn)水量較小時(shí)，會(huì )消耗大量的能源，所以一般氨氮吹脫工藝將氣液比控制在3000左右。

4、吹脫時(shí)間
　　

減小吹脫時(shí)間，有利于加快反應速度，提高處理量，減少設備的容積。徐穎采用吹脫法處理垃圾滲濾液，吹脫段pH值為11，氣液比在2000～2300，吹脫時(shí)間9h，反應條件達到最佳吹脫效率才達到52.0%。盧平等采用吹脫—缺氧—兩級好氧工藝處理垃圾滲濾液，垃圾滲濾液取自香港某垃圾填埋場(chǎng)，氨氮濃度1400mg/L，pH值為9.5，吹脫時(shí)間12h，經(jīng)吹脫后氨氮去除率為60%。傅金祥等采用吹脫法垃圾滲濾液，進(jìn)水氨氮濃度1800mg/L，最佳pH值為11，最佳氣液比為360∶1，空氣量為3.0L/min，吹脫時(shí)間為1h，去除效率可達88.75%。由此可看出處理相同的廢水最佳吹脫時(shí)間也相差很大，可能是因為采用的填料不同、裝置設計的合理性等原因造成，吹脫處理后能夠很好地進(jìn)行后續處理和控制運行成本。