1、用膜法处理高浓度氨氮废水的应用摘要：在高浓度氨氮废水处理中，为降低生产成本、减少污染物排放，作为新型技术的膜分离技术被积极地引入。本文简单地进行探讨了膜法处理高浓度的氨氮废水。 关键词：膜法处理；高浓度；氨氮废水；聚丙烯中空纤维膜； 中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号： 引言 水中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，焦化、合成氨等工业废水，以及农田排水等。生活污水中平均含氮量每人每年可达 2.5kg4.5kg，雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来源。另外，氨氮还来自钢铁、石化、焦化、合成氨、发电、水泥等化工厂向环境中排放工业废水、含氨的气体、粉尘和
2、烟雾；随着人民生活水平的不断提高，私家车也越来越多，大量的自用轿车和各种型号的货车等交通工具也向环境空气排放一定量含氨的汽车尾气。这些气体中的氨溶于水中，形成氨氮。目前国内外普遍采用物化法、化学法和生物法，这些方法虽各有特点，但也有一定的局限性，或是不同程度的存在着设备投资大，能耗多，运行费用高，或是废水中的氨氮不能回收利用，排放到空气中造成大气污染等问题，国内多采用物化法和生化法，国外以化学法和生物法为主。本文简单的论述了膜分离技术在高浓度氨氮废水中的应用。膜分离技术是 20 世纪中期发展起来的新型分离技术，和传统的分离技术相比，其具有设备简单、操作方便、分离效率高、温度低、能耗低、环境友好
3、等特点，被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等领域，已经成为不可替代的单元操作之一。 1、高氨氮废水的特性及危害 1.1 氨氮的特性 水体中的氮元素主要以硝酸氮、亚硝酸氮、氨氮(包括分子态氨和离子态 NH4+)和氮气。氨氮在水环境中将参与分解转化环节，如图 1。 1.2 氨氮的危害 氮在自然环境中会进行氨的硝化过程，即有机物的生物分解转化环节，氨化作用将复杂有机物转换为氨氮，速度较快；硝化作用是在亚硝化菌、硝化菌作用下，在好氧条件下，将氨氮氧化成硝酸盐和亚硝酸盐；反硝化作用是在外界提供有机碳源情况下，由反硝化菌把硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气。氨氮在水体中
4、硝化作用的产物硝酸盐和亚硝酸盐对饮用水有很大危害。硝酸盐和亚硝酸盐浓度高的饮用水可能对人体造成两种健康危害，长期饮用对身体极为不利，即诱发高铁血红蛋白症和产生致癌的亚硝胺。硝酸盐在胃肠道细菌作用下，可还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐可与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白，造成缺氧。而水体中的分子氨可经过渗透作用进入生物体内，将血红蛋白中的 Fe2+氧化成 Fe3+，从而降低血液的载氧能力。其次，氨还能影响水生动物的神经系统与肝肾系统，水生动物的肝肾系统遭受破坏，引起体表及内脏充血、肌肉增生及出现肿瘤，严重的发生肝昏迷以致死亡1。 1.1 膜分离技术的特点和发展 膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量
5、或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩。与蒸馏、分馏、沉淀、萃取、吸附等传统的分离方法相比，该技术具有如下特点：(1)膜分离过程未发生相变，因而它是一种能耗低的技术。(2)膜分离过程是在常温下：进行分离，适合于热敏感物质，如酶、果汁等。(3)该技术分离范围广，对无机物、有机物及生物制品都可适用，从微粒级到离子级都适用。(4)膜分离技术是以压力差作为驱动力，该技术所用装置简单，操作方便。 2、用膜处理高浓度氨氮废水方法 2.1 以氨水形式回收氨氦的废水处理技术 去除氨氮的同时可获得浓氨水的氨氮回收技术，不仅可经济有效地分离与回收氨氮，而且能使处理后废水达标排放。杨晓
6、奕2等人通过电渗析法处理高浓度氨氮废水，氨氮浓度 2000-3000mg/L，氨氮去除率可达到 87.5%，同时可获得 89%的浓氨水；电渗析法处理氨氮废水的原理是，电渗析器由极板、离子交换膜和隔板组成。当含氨氮废水通入时，在直流电场作用下，产生 NH4+和 OH-的定位迁移。离子迁移结果使废水得到净化，氨水得到浓缩。此法工艺流程简单、处理废水不受 pH 与温度的限制、操作简便、投资省、回收率高、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。以氨水形式回收氨氮的污水处理技术，可使氨氮得到充分的回收利用，发挥良好的经济效益。 采用离子膜电解法对高浓度氨氮废水进行脱氨预处理是可行性的，其
7、处理原理是：离子膜电解技术在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，有选择地使部分离子通过离子交换膜，进而与原溶液分离。张梅玲等人3将一定量氨氮废水过滤澄清作为阳极区电解液，NaOH 溶液作为阴极区支持电解质，在直流电场作用下，NH4+、H+等能通过阳离子交换膜，由阳室向阴室迁移，与阴室的 OH-结合，分别生成 NH3H2O 和水；同时，在两个电极上发生电化学反应，阳极生成 H+以补充阳室迁移出去的阳离子，阴极生成 OH-以补充阴室由于与阳室迁移来的 NH4+等结合所消耗的 OH-。对于氨氮浓度高达7500mg/L 的废水，在 4V、11L/h、60的操作条件下，电解 1
8、.5h 平均去除率可稳定在 58.1%左右，3h 去除率接近 63.8%，脱除的氨氮可以以浓氨水形式回收，降低处理成本，实现了废物资源化利用。 2.2 将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术 将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术，是向富含氨氮的废水中加入碱液，使废水中的氨以游离态的氨存在，然后采用硫酸吸收氨，以(NH4)2S04 的形式回收氨氮。采用空气吹脱加硫酸吸收的闭气氨氮汽提系统是将废水中的氨氮去除，并将氨氮制成硫酸铵回收利用的废水治理技术4。此法不但有效地治理了高氨氮废水，还将氨氮回收利用。硫酸吸收系统主要由汽提塔、洗涤塔、风机及相关附属设备组成。其工作原理是：向富含氨氮的废水中加入
9、碱液将废水 pH 值调为 12，加热到一定的温度后，NH4+由废水中释放出来，与废水一起由汽提塔顶进入塔内，可循环使用的净化空气由风机推动从汽提塔下部进入塔内，在汽提塔内形成逆向对流，气、液相在塔内填料层发生传质，废水中的氨氮被从塔底进入的净化空气所吹脱，并随空气携带着从汽提塔顶排出，进入洗涤塔，使到达汽提塔塔底的废水中氨氮含量大为减少，达到污水排放条件。废水中氨氮浓度为 50008500mg/L，用闭式硫酸吸收法处理后，废水中氨氮脱出率约为 99，排入水沟与不含氨氮的污水混合，进一步降低污水中的氨氮含量，送往污水处理厂进一步处理，有效地解决了原污水排放不合格的问题，极大地缓解了污水处理场的压
10、力。闭式硫酸吸收法处理技术的使用，也减少了氨气的外泄，改善了现场环境，同时得到硫酸铵溶液可回用利用。 聚丙烯(PP)中空纤维膜法处理高浓度氨氮废水，也可将氨氮制成硫酸铵同收利用5。疏水微孔膜把含氨氮废水和 H2S04。吸收液分隔于膜两侧，通过调节 pH 值，使废水中离子态的 NH4+转变为分子态的挥发性NH3。聚丙烯塑料在拉丝过程中，将抽出的中空纤维膜拉出许多小孔，气体可以从孔中溢出，而水不能通过。当废水从中空膜内侧通过时，氨分子从膜壁中透出，被壁外的稀 H2S04 吸收，而废水中的氨氮得以去除，同时氨以(NH4)2S04 的形式回收。聚丙烯中空纤维膜法脱氨技术先进，二级脱除率99.4，适用于
11、处理高浓度氨氮废水，处理后废水能够达标排放。采用酸吸收的方法，可以(NH4)2S04 的形式回收氨氮，且不产生二次污染。膜法脱氨工艺设备简单，能耗低，占地面积小，操作方便。 结束语 综上所述，膜分离技术是 20 世纪中期发展起来的一项新型分离技术。和传统的分离技术相比，其具有设备简单、操作方便、分离效率高、温度低、能耗低、环境友好等特点，在氨氮废水的处理方面有着广泛应用，这将对传统工业的快速发展起到十分重要的推动作用。 参考文献 1 杨玉珍，王婷，马文鹏.水环境中氨氮危害和分析方法及常用处理工艺J.山西建筑.2010,7 2杨晓奕， 蒋展鹏， 潘咸峰. 膜法处理高浓度氨氮废水的研究J.水处理技术. 2003， (2): 85-88. 3张梅玲， 蔚东升， 顾国锋等.离子膜电解去除味精废水中氨氮的研究J. 膜科学与技术. 2007， (2): 61-65. 4 郝大明，谢进宁. 高氨氮污水处理技术的应用J. 石油化工安全环保技术. 2008， 24(3): 39-42. 5 陈池;中空纤维膜分离技术在石化工业中的应用J;化工时刊;2004 年 02 期
