一、工业氨氮废水的来源

目前的全球污染已经引起了广泛关注，如果在污染之后进行相关处理才是当下值得关注和研究的重要问题，例如工业废水的处理方式就在不断的被革新，其中高浓度氨氮废水处理方法的探索就是其中一项，如何寻求高效率、低成本的处理方式关系到工业产业未来的发展。对于传统的单段吹脱法，随着空气在吹脱塔中由下至上运动，空气吹脱NH₃的能力逐渐降低，而废水中氨氮浓度却越来越高，所以吹脱效率会逐渐下降。因此本设计要在其基础上加以改良，以达到脱氮效率更高的目标。

二、静态实验

1.1 pH值对吹脱效率影响实验结果分析

置300mlNH₃-N浓度为2000mg/L的铵液于500ml烧杯中，在室温下用空气流量为2.0L/min的气泵吹脱，通过3.5h的吹脱，气体和液体的比例将会达到1400：1。用氢氧化钠调节pH分别为9.0、10.0、11.0、12.0、13.0，测定不同pH值下处理后废水中氨氮浓度并求出吹脱效率。测定数据如表1-1所示。

表1-1  不同pH值下的吹脱效率

吹脱效率与pH关系曲线如图1-1所示。

图1-1 吹脱效率随pH变化曲线

由图1-1中可以看出，pH值越高，吹脱效率就会越高，这种提升是同时进行的，在此背景下工业废水中的氨氮排除率就会从6.57%上升到39.57%；随着pH值持续升高一直到11的时候，氨氮的排除率就会高达66.10%，由此可见虽然趋势没有变化，但是增幅却有所降低，直到pH值从11开始再继续提升，吹脱效率就不再提升，基本处于平缓的状态，排除率开始缓慢增加。

通过上图数据可以看出，pH值对于吹脱效率的影响也并不是一直都十分明显的，它会有两个拐点，基本是在pH值分别达到10和11的时候。这种变化趋势与氨的离解率和pH值的变化是十分相似的。原理可以解释如下：由于废水中铵盐属于强酸弱碱盐，提高pH将逐渐地破坏其电离平衡，当pH值为10时，将电离平衡基本破坏；当pH值小于10时，氨离解率随pH值升高增大得最快，因此pH值在10之前吹脱效率提高较快；当pH值大于11后，污水中的氨氮大多数以游离氨存在，此时提高pH仅增加少量的游离氨，故对吹脱效率影响不大。在实际操作中，建议吹脱氨氮废水的pH为10~11，以避免因碱的大量加入而增大处理成本。

本实验确定pH为11是后续动态实验的最佳吹脱条件。在实验条件下，即吹脱时间为3.5h，空气流量为2L/min，废水体积为300ml，pH为11时，氨氮的吹脱效率为66.10%。

1.2 温度对吹脱效率影响实验结果分析

置300mlNH₃-N浓度为2000mg/L的铵液于500ml烧杯中，用氢氧化钠调节pH至11，用空气流量为2.0L/min的气泵吹脱3.5h，即气液比为1400：1。用恒温水浴锅控制废水温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，改变温度做对比实验测定不同温度下处理后废水中氨氮浓度并求出吹脱效率。测定数据如表1-2所示。

表1-2 不同温度下的吹脱效率

吹脱效率与温度的关系曲线如图1-2所示。

图1-2 吹脱效率随温度变化曲线

由图1-2中可以看出，吹脱效率和温度之间也有密切的关系，基本温度在60℃的时候，吹脱率就会达到93.90%，一说效果已经非常明显，究其原因基本如下：温度上升之后，水中的氨氮扩散能力就会增强，同时传质系数也会提升。除此之外，温度提升之后，氨氮的溶解能力也会增强，从而提升传质的可能性。

本实验确定温度为60℃是后续动态实验的最佳吹脱条件。在实验条件下，即吹脱时间为3.5h，空气流量为2L/min，废水体积为300ml，pH为11，废水温度为60℃时，氨氮的吹脱效率为93.90%。

1.3 气液比对吹脱效率影响实验结果分析

对于工业废水中氨氮废水的处理方式还受到氨氮废水的影响，例如，在利用吹脱方法的时候，气液比和吹脱时间是成正比变化的。因为一定容量的工业废水中，气泵的进气量是固定的。因此二者会发生同比变化的情况。

分别将5份300ml已知氨氮浓度的铵液置于5支500ml烧杯中，用氢氧化钠调节pH至11，用空气流量为2.0L/min的气泵在室温下分别吹脱1h、2h、2.5h、3h、3.5h，即气液比分别为400：1、800：1、1000：1、1200：1、1400：1，测定不同气液比下处理后氨氮废水的浓度并求出吹脱效率，研究气液比对吹脱效率的影响。测定数据如表1-3所示。

表1-3  不同气液比下的吹脱效率

气液比与吹脱效率的关系曲线如图1-3所示。

图1-3 吹脱效率随气夜比变化曲线

由图1-3中可以看出，吹脱效率随气液比的升高而提高，气液比在800：1~1000：1时，氨氮去除率增幅最大，几乎呈直线上升。这是因为：随着气液的增加，空气中的氨氮浓度会有所降低，从而传质的效率会提升，由此可以让氨氮的吹脱效率能够进一步提升。

本实验确定气液比为1000：1是后续动态实验的最佳吹脱条件。在实验条件下，即在室温条件下，空气流量为2L/min，废水体积为300ml，pH为11，气液比为1000：1时，吹脱效率为45.15%。

1.4最佳实验条件的确定

根据以上实验结果及分析，确定了后续的动态实验的最佳吹脱条件：pH值为11，温度为60℃，气液比为1000：1，在此条件下吹脱效率达94.28%。

三、动态实验

动态实验所研究的对象是本次毕业设计的主旨，是对气吹法除氨氮的一次改革。主要考察气吹段数对吹脱效率的影响。

动态实验是在吹脱塔中进行的，塔内装有拉西环填料（30cm），使气液两相在塔内充分接触，提高吹脱效率。本实验是在前期静态实验所确定的最佳吹脱条件下，在吹脱塔的不同高度位置进行分段气吹，即不改变总进气量 ，将空气用并联的导管输送至吹脱塔内。本次实验是在最佳吹脱条件下，即pH值为11，温度为60℃，气液比为1000：1时分别进行1段、2段、3段、4段吹脱，测定不同气吹段数下的吹脱效率。

四、结论

（1）吹脱效率随pH升高不断增大；pH值对吹脱效率的影响存在2个折点，当pH值从9.0升高到10.0时，吹脱效率随pH的上升几乎呈直线提高；当pH值从10.0升高到11.0，吹脱效率增大幅度变小；当pH值大于11.0以后，吹脱效率增大幅度缓慢。

（2）吹脱效率受到温度的影响也比较明显，随着温度的升高，氨氮吹脱效率也会持续提升，基本在温度达到60℃时，吹脱效率会达到峰值——93.90%。

（3）气液比增大会提升传质能力，从而吹脱效率也会提升，可以说而这也是同比变化的。在实验条件下气液比从800：1增大到1000：1时氨氮去除率增加最快。

（4）吹脱效率随所分气吹段数的增多而升高。分段数从1段升高到3段时，吹脱效率的增大幅度最大，吹脱效率从94.28%升高到96.86%；分段数大于3段以后吹脱效率增大缓慢。