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離子交換樹脂處理低濃度氨氮廢水

2022-03-26 13:36:13 合肥鴻昇自動化科技有限公司 閱讀

《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》對氨氮指標(biāo)有嚴(yán)格的排放要求,但污水處理廠在實(shí)際運(yùn)行中仍經(jīng)常面臨出水氨氮超標(biāo)的問題。特別是當(dāng)廢水中氨氮、有機(jī)物等污染物濃度較低時,生物脫氮法、吹脫法、沉淀法的去除效果并不理想,因此低濃度氨氮廢水的處理始終難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和治理效果的兼顧。離子交換法由于投資少、工藝簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn),引起了國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注,并取得了一定的研究成果。楊少霞等人研究了pH、樹脂用量、反應(yīng)溫度對樹脂吸附量的影響,還研究了吸附等溫線和吸附熱力學(xué)。嚴(yán)偉峰等人對樹脂材料進(jìn)行了篩選,用靜態(tài)吸附法研究了陽離子交換樹脂對NH+4的吸附行為。但這些研究主要停留在機(jī)理研究階段,實(shí)際廢水中的鈣鎂、NH+4等陽離子對離子交換樹脂吸附氨氮的行為有顯著影響,但這方面的實(shí)驗(yàn)研究較少。因此,本文選用LS-40大孔弱酸陽離子交換樹脂。通過比較其在模擬氨氮廢水和實(shí)際含其他陽離子廢水中的處理效果,所得數(shù)據(jù)可為離子交換樹脂處理低濃度氨氮廢水的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器

實(shí)驗(yàn)所用樹脂為LS-40大孔弱酸性陽離子交換樹脂(陜西沈蘭特種樹脂有限公司提供),其物性見表1。

實(shí)驗(yàn)用水:實(shí)驗(yàn)用水取自本溪鋼鐵廠生產(chǎn)廢水和氨氮濃度為30 mg/L的氯化銨配水,廢水水質(zhì)分析結(jié)果見表2。

氯化銨、納氏試劑、鹽酸和氫氧化鈉都是分析純。

自制50mL離子交換樹脂柱,有效長徑比=1∶4。磁力攪拌器、分析天平、哈希紫外-可見分光光度計(DR6000)、蠕動泵、梅特勒便攜式pH計、德國Jena原子吸收光譜儀(novAA400P)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

(1)靜態(tài)離子交換吸附。

將離子交換樹脂放入250mL濃度為30mg/L的氨氮模擬廢水中,在磁力攪拌器上攪拌。考察了離子交換樹脂用量、pH值、接觸時間等因素對吸附效果的影響。取反應(yīng)后的上清液,用紫外分光光度法測定氨氮濃度。

(2)動態(tài)離子交換吸附。

量取50m L LS-40樹脂,裝入吸附柱,分別用模擬廢水和本鋼實(shí)際廢水進(jìn)行樹脂滲透實(shí)驗(yàn),用蠕動泵控制廢水按一定流量進(jìn)入樹脂吸附柱,定期檢測不同時間段處理出水的氨氮值,以出水氨氮濃度為5mg/L為穿透點(diǎn)繪制穿透曲線。

2.結(jié)果和討論

2.1樹脂靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

2.1.1樹脂用量對吸附效果的影響

取250mL模擬廢水于燒杯中,分別加入2、3、4、5mL預(yù)處理樹脂,置于磁力攪拌器上室溫攪拌,每隔一定時間測量反應(yīng)后的氨氮含量,計算樹脂用量對氨氮去除效果的影響。結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出,離子交換樹脂用量越大,氨氮去除率越高。當(dāng)樹脂用量達(dá)到4mL時,氨氮去除率可達(dá)90%以上。如果樹脂量進(jìn)一步增加,去除率變化不大。考慮到經(jīng)濟(jì)成本,實(shí)驗(yàn)所需樹脂量確定為4mL。

2.1.2接觸時間對吸附效果的影響

將4ml LS-40樹脂加入250mL模擬廢水中,在20℃下攪拌,分別在1、2、3、5、7、8、10、12、15、20、22、25和30分鐘取樣,過濾后測量氨氮濃度。結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出,氨氮的去除率隨著接觸時間的延長而增加。當(dāng)接觸時間大于15min時,氨氮去除率基本穩(wěn)定。這是因?yàn)殡x子交換樹脂對NH+4的離子交換達(dá)到飽和時,會出現(xiàn)離子交換的吸附平衡。因此,后續(xù)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的接觸時間為15分鐘。

2 . 1 . 3 pH值對吸附效果的影響

向250mL模擬廢水中加入4mL預(yù)處理過的LS-40樹脂,分別調(diào)節(jié)溶液的pH值為5,6,7,8,9,10,室溫下攪拌15min,反應(yīng)后取上清液測定氨氮濃度。結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出,pH在5.5 ~ 8.5時,氨氮去除率變化不大。當(dāng)pH大于9時,氨氮的去除率迅速下降。這是因?yàn)楫?dāng)pH升高時,能提供離子交換吸附的NH+4減少,影響離子交換吸附行為的發(fā)生??紤]到氨氮的去除率和用于調(diào)節(jié)pH的氫氧化鈉的用量,后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)水pH確定為6.5。

2.2樹脂滲透試驗(yàn)

2.2.1實(shí)際廢水處理前后的水質(zhì)變化

量取50mLLS-40樹脂,裝入吸附柱,用蠕動泵以3BV/h(BV為樹脂體積的兩倍)的流速進(jìn)入吸附柱,每1h取樣一次,當(dāng)出水氨氮達(dá)到突破濃度5mg/L時停止進(jìn)水,檢測處理前后廢水中pH、COD、鈣、鎂、鉀、鐵、氨氮的含量。具體結(jié)果見表3。

從表3中可以看出,檢測6.8L處理后廢水體積后的瞬時出水氨氮濃度為4.6 mg/L,同時水中的鈣、鎂、鉀、鐵濃度也明顯降低,說明其他離子也隨著氨氮交換到樹脂中,降低了含氨氮廢水的處理能力。

2.2.2實(shí)際廢水和模擬廢水的滲透曲線

為了更好地研究離子交換過程,采用模擬氨氮廢水(氨氮濃度30mg/L)和本鋼實(shí)際廢水(氨氮濃度31.5mg/L)同時進(jìn)行樹脂滲透實(shí)驗(yàn)。

所有實(shí)驗(yàn)均采用50m L LS-40樹脂,進(jìn)水pH=7控制為7,進(jìn)水流速為3 BV/h,當(dāng)出水氨氮濃度達(dá)到5mg/L的突破濃度時,停止進(jìn)水,繪制突破曲線。結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出,在進(jìn)水氨氮濃度相同的情況下,實(shí)際廢水處理能力比模擬廢水降低了63%。這是因?yàn)樗械拟}、鎂等陽離子也與樹脂發(fā)生離子交換,降低了樹脂對氨氮的處理能力。

2.3樹脂解吸實(shí)驗(yàn)

將用于模擬廢水和本鋼廢水動態(tài)處理的樹脂解吸和再吸附三次,并用150mL4%的4%鹽酸分析解吸的溶液。結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出,隨著處理模擬廢水的樹脂解吸和再吸附次數(shù)的增加,氨氮處理效果變化不大,但用相同體積的解吸液解吸處理本鋼廢水的樹脂,解吸兩次后氨氮處理效果降低60%。這是因?yàn)橥w積的解吸液不能完全解吸其他陽離子,導(dǎo)致處理效果降低。

3.結(jié)論

(1)在LS-40陽離子交換樹脂靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中,去除氨氮濃度為30mg/L的模擬廢水的最佳條件為:pH 6.5~7.5,樹脂用量16mL/L,反應(yīng)時間15min,氨氮去除率達(dá)90%以上。

(2)通過動態(tài)實(shí)驗(yàn)對比實(shí)際廢水和模擬廢水,發(fā)現(xiàn)由于鈣、鎂等陽離子的影響,實(shí)際廢水處理氨氮的能力比相同氨氮濃度的模擬廢水低63%。在解吸過程中,相同體積的解吸液可以完全解吸氨氮,但鈣鎂等離子體不能完全解吸氨氮。因此,用離子交換樹脂處理實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的含低濃度氨氮的廢水具有很大的局限性,影響因素很多,需要詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能應(yīng)用于實(shí)際的廢水處理過程。

(來源:沈陽化工研究院設(shè)計工程有限公司)


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