（化学工艺专业论文）吹脱助剂在煤气吹脱解吸含氨废水中的应用研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 随着工农业生产的高速发展和人民生活水平的迅速提高，含氮化合物的排放量急剧增 加，氨氮成为水体富营养化的主要污染物之一，特别是高浓度氨氮废水对水体的污染更加 严重。钢铁行业主要的水体污染源来自焦化废氨水，排放废氨水中的氨氮浓度超标，因此， 废氨水的脱氨氮已经成为当今急待解决的环保课题。 目前没有一种氨氮废水处理技术既能经济有效地处理高浓度的氨氮废水、又无二次污 染，结合当前焦化废水中氨氮不能达标排放的现状，本文采用“煤气吹脱解吸法”处理焦化 废水中高浓度氨氮，该法是建立在吹脱法基础上的一种新的氨氮脱除技术，同时引入了第 三组分表面活性剂作为吹脱助剂，此法经济有效，无二次污染，国内外鲜有报道。 吹脱助剂协同煤气吹脱解吸法处理焦化废水中氨氮的过程实质为气液传质过程，影响 氨氮脱除率的主要因素包括：废水温度、体系p h 、煤气流量、吹脱时间、吹脱助剂的投 加量等。第三组分表面活性剂作为吹脱助剂的协同作用，能通过改变界面性能、增加气 液传质面积、促进界面湍动和m a r a n g o n i 效应等来提高氨氮脱除率。 本文利用正交设计方案，分别做了吹脱助剂协同煤气吹脱解吸法处理焦化废水中氨氮 的静态和动态试验研究。通过静态试验得出：在影响因素废水温度t 、体系p h 、煤气 流量q 、吹脱时间t 一致的条件下，通过添加微量的表面活性剂便能使氨氮脱除率由9 6 提高到9 9 以上，证明吹脱助剂在煤气吹脱解吸法中有较强的协同作用：当吹脱助剂 i 的投加量为0 0 0 3 5 9 l 和吹脱助剂i i 的投加量为0 0 0 0 3 0 9 l 时，氨氮的脱除率都达9 9 以上，处理后废水中氨氮含量均小于5 0 l ，满足生化处理要求。 - 通过模拟工业化的动态试验得出：无表面活性剂协同作用时，影响氨氮脱除率的因 素主次顺序为：脚h q ；最佳操作条件为：废水温度t = 8 0 ，吹脱时间t = - 1 8 0 r a i n ， 体系p h = 1 0 6 ，煤气流量q = 1 3 o m 3 i i ，此条件下氨氮脱除率为9 0 4 5 。在上述最佳操 作条件下，引入表面活性剂作为吹脱助剂协同煤气吹脱解吸法处理焦化废水中氨氮，氨氮 脱除率从9 0 提升至9 5 ，挥发酚的脱除率由2 9 3 5 提高到4 6 0 8 ，对c o d 的脱除效 果影响不明显。出水氨氮浓度为1 9 8 m g l ，满足后续生化处理要求。 本研究中表面活性剂的投加量少、协同作用非常显著，证明了表面活性剂作为吹脱助 剂协同煤气吹脱解吸法处理高浓度氨氮废水是一种高效性、经济性、环保性的方法。 关键词：吹脱助剂；煤气吹脱解吸法；焦化废水；氨氮；表面活性剂 a b s t r a c t w i t ht h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to fa g r i c u l t u r a la n di n d u s t r i a lp r o d u c t i o na n dt h er a p i d i m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，t h ee m i s s i o no fn i t r o g e nc o m p o u n d s i n c r e a s er a p i d l y a m m o n i a - n i t r o g e nb e c o m e st h eo n eo fm a i np o l l u t a n t sc a u s i n g w a t e re u t r o p h i c a t i o n ，e s p e c i a l l y h i g hc o n c e n t r a t i o na m m o n i an i t r o g e nw a s t e w a t e ri s m o r es e r i o u st op o l l u t i o no fw a t e r t h e m a i nw a t e rp o l l u t i o ns o u r t 。eo fs t e e li n d u s t r yc o m e sf r o mc o k i n gw a s t ea m m o n i a i nw h i c ht h e 锄i s s i o nc o n c e n t r a t i o no fa m m o n i a - n i t r o g e n i so v e r - s t a n d a r d , s ot h er e m o v a lo f a m m o n i a - n i t r o g e nf r o mw a s t ea m m o n i ah a v eb e c a m et h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ns u b j e c tt o b es o l v e dn o w a d a y s a tp r e s e n t ，i nt h et r e a t m e n tt e c h n i q u e so fa m m o n i a - n i t r o g e nw a s t e w a t e rn oo n ec a nh a n d l e h i g h c o n c e n t r a t i o na m m o n i a - n i t r o g e nw a s t e w a t e re c o n o m i c a l l y a n de f f e c t i v e l yb u tc a n t p r o d u c es e c o n d a r yp o l l u t i o n a c c o r d i n gt o t h es i t u a t i o nt h a ta m m o n i a - n i t r o g e ne m i s s i o no f c o k i n gw a s t e w a t e rc a n tr e a c ht h es t a n d a r d ，t h i sp a p e ru s e s “c o a lg a ss t r i p p i n ga n da d s o r p t i o n p r o c e s s ”t ot r e a th i g h c o n c e n t r a t i o na m m o n i a - n i t r o g e n i nc o k i n gw a s t e w a t e r t h i sw a yi san e w a m m o n i a - n i t r o g e nr e m o v a lt e c h n o l o g yo nt h eb a s i so fb l o w - o f f m e t h o da n di n t r o d u c e st h et h i r d c o m p o n e n t ( s u r f a c t a n t ) a sb l o w i n g - o f fp r o m o t e r , w h i c hi se c o n o m i c a l - e f f e c t i v ea n dn o s e c o n d a r yp o l l u t i o n ，a n dw a ss e l d o mr e p o r t e di nh o m e a n da b r o a d t h ec o u r s eo fb l o w i n g - o f fp r o m o t e rc o o p e r a t e dw i t hc o o p e r a t i n gc o a lg a ss t r i p p i n ga n d a d s o r p t i o np r o c e s st ot r e a ta m m o n i a - n i t r o g e ni nc o k i n gw a s t e w a t e rw a sb e l o n g st ot h ec o u r s e o fg 嬲1 i q u i dm a s st r a n s f e ra n dt h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n ga m m o n i a - n i t r o g e nr e m o v a lr a t e w e r et h et e m p e r a t u r eo fw a s t e w a t e r , 舭p ho fs y s t e m ，t h ef l o wo fc o a lg a s ，t h et i m eo f b l o w i n g - o f f , t h ed o s i n gq u a n t i t yo fb l o w i n g - o f fp r o m o t e ra n ds oo n t h es y n e r g i s t i cm e c h a n i s m o ft h i r dc o m p o n e n t ( s u r f a c t a n t ) a sb l o w i n g - o f fp r o m o t e rc o u l di m p r o v et h er e m o v a lr a t eo f a m m o n i a n i t r o g e nb yc h a n g i n gi n t e r r a c i a lp r o p e r t i e s ，i n c r e a s i n gt h ea r e ao fg a s - l i q u i dm a s s t r a n s f e r , i ：r o m o t i n gi n t e r f a c i a lt u r b u l e n c ea n dm a r a n g o n ie f f e c t t h e n ，a c c o r d i n gt oo r t h o g o n a ld e s i g ns c h e m e ，t h i sp a p e rs t u d i e do nt h es t a t i ca n dd y n a m i c e x p e r i m e n t so fb l o w i n g - o f fp r o m o t e rc o o p e r a t e dw i t hc o a lg a ss t r i p p i n ga n da d s o r p t i o np r o c e s s t ot r e a ta m m o n i a - n i t r o g e ni nc o k i n gw a s t e w a t e r b ym es t a t i ce x p e r i m e n t si tg o tt h a t ：u n d e rt h e u n i f o n nc o n d i t i o n so ft h ew a s t e w a t e rt e m p e r a t u r e ，t h es y s t e mp h ，1 ec o a lg a sf l o w ，t h e b l o w i n g - o f ft i m e ，t h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a - n i t r o g e nc o u l di n c r e a s et o9 9 f r o m9 6 b y t h ea d d i t i o no fal i t t l es u r f a c t a n t , w h i c hp r o v e dt h a tt h es y n e r g i s t i ce f f e c to fb l o w i n g - o f f p r o m o t e ri nc o a lg a ss t r i p p i n ga n da d s o r p t i o np r o c e s sw a sv e r yo b v i o u s m e a n t i m e ，w h e nt h e t h ea m o u n to fb l o w i n g o f fp r o m o t e riw a s0 0 0 3 5 9 la n dt h e t h ea m o u n to fb l o w i n g - o f f p r o m o t e ri i w a s0 0 0 0 3 0g lt h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a - n i t r o g e nb o t hc a nr e a c ho v e r t9 9 武汉科技大学硕士学位论文第1 i i 页 a n dt h ec o n t e n to fa m m o n i a - n i t r o g e ni nw a s t e w a t e ra f t e rt r e a t m e n tc o u l db o t hb eb e l o w5 0g l t h a tc o u l ds a t i s f yt h eb i o c h e m i c a lp r o c e s s i n gr e q u i r e m e n t s b yt h ed y n a m i ce x p e r i m e n t ss i m u l a t i n gi n d u s t r i a l i z a t i o ni tg o tt h a t ：w h e nn os y n e r g i s t i c e f f e c to fs u r f a c t a n t , t h ei m p o r t a n to r d e ro fr e l e v a n tf a v o r si n f l u e n c i n gt h er e m o v a lr a t eo f a m m o n i a - n i u o g e nw a st t p h q ，a n dt h eb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o nw a st = 8 0 c ，t = 18 0 m i n , p h = 10 6 ，q = l3 0 m 3 h , i nw h i c ht h er e m o v a l r a t eo fa m m o n i a - n i t r o g e nw a s9 0 4 5 m e a n w h i l e , u n d e rt h i sb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o nt h r o u g hi n t r o d u c i n gt h es u r f a c t a n t a s b l o w i n g - o f fp r o m o t e rc o o p e r a t e dw i t ht h ec o a lg a ss t r i p p i n ga n da d s o r p t i o np r o c e s st ot r e a t a m m o n i a - n i t r o g e ni n c o k i n gw a s t e w a t e r , t h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i a - n i t r o g e n c a ni n c r e a s e dt o 9 5 f r o m9 0 4 5 ，t h er e m o v a lr a t eo fp h e n o li n c r e a s e dt o4 6 0 8 f r o m2 9 3 5 ，b u tt h e r e m o v a le f f e c t so fc o dw a sn o to b v i o u s t h ec o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n ta m m o n i a - n i t r o g e nw a s 1 9 8m 班t h a tc a ns a t i s f yt h ed e m a n d so f t h es u b s e q u e n tb i o c h e m i c a lt r e a t m e n t i nt h i ss t u d yb e c a u s et h ea d d i t i o no fs u r f a c t a n tw a sv e r yl i t t l ea n dt h es y n e r g i s t i ce f f e 宅to f s u r f a c t a n tw a sr e m a r k a b l e ，i th a dp r o v e dt h a ts u r f a c t a n ta sb l o w i n g - o f fp r o m o t e rc o o p o r a t o d w i t h 。t h ec o a lg a ss t r i p p i n ga n da d s o r p t i o np r o c e s st ot r e a ta m m o n i a - n i t r o g e ni nc o k i n g w a s t e w a t e rw a sah i g he f f e c t i v e , e c o n o m ya n de n v i r o n m e n t a lm e t h o d 。 k e y w o r d s ：b l o w i n g - o f fp i 0 m o t c o a lg a ss t r i p p i n ga n da d s o r p t i o np r o c e s s ；c o k i n g w a s t e w a t e r ；a m m o n i a - n i t r o g e n ；s u r f a c t a n t 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论支作者签名：垄盟日期：趔! 生箜自丑日 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名：签拯 指导教师签名： 王乞耸 i t 期：迦辛垂查副丛丑 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 前言 随着人口的增加和城市化进程的加快，世界范围内特别是发展中国家( 如：中国) ，用 水量激增和水污染加剧，使有限的水资源日趋紧张，已对人类生存和社会经济的可持续发 展构成越来越严重地威胁【峪】。 水体富营养化是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。我国富营养化问题更加严 重，从中国2 0 0 4 年环境状况公报中可知【3 ，4 1 ：七大水系( 长江、黄河、珠江、松花江、淮河、 海河、辽河等) 的省界断面中，v 类和劣v 类水质断面比例分别为3 3 9 和2 9 8 ，污染 较重的为海河和淮河水系的省界断面。太湖、巢湖、滇池等湖泊水库富营养化程度严重， 水质均为劣v 类。海域污染也日益严重，赤潮累计发生面积达到2 6 6 3 0 姘。富营养化的危 害大，影响深远，它不仅在经济上造成损失，而且危害人类健康。 水污染的主要来源是生活污水、农业和工业废水，其中高浓度氨氮废水的排放是引起 水质富营养化的重要原因【5 】。氨氮污染来源广且排放量大，其中极少部分为天然来源，主 要是人为来源。人为来源主要有以下几个方面：( 1 ) 城镇生活污水。城市和村镇生活污水 和生活垃圾中含有大量氮素，其中主要是氨态氮，其次是有机氮。如：上海市生活污水总 氮质量浓度最高可达9 唰l e 6 ；( 2 ) 工业废水：冶金、油漆颜料、照相、煤气、炼焦、皮 革、垃圾填埋、炼油、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业，均排 放高浓度的氨氮废水。 目前，针对各类废水的特点，国内外环境科学家竞相开发众多新型废水处理技术、工 艺和设备，以适应越来越严格的排放标准和废水回用要求。而焦化废水是严重污染环境的 废水，也是较难治理的废水。焦化废水中的酚、氰、油等严重污染水体环境，特别是氨氮 所造成的污染已引起人们的关注。因此，经济高效的脱氮技术已成为废水处理领域里研究 开发和应用的热点。 对于焦化废水中高浓度氨氮的处理，国内多采用蒸氨法、化学沉淀法和生物脱氮法， 国外则以化学沉淀法和生物法为主。由于化学沉淀法成本高，存在着二次污染的问题，国 内焦化企业普遍采用传统的直接蒸汽汽提蒸氨法，蒸氨后废水进入生化处理系统。但此法 存在着蒸汽耗量大、设备腐蚀严重和操作费用高、低温时效率低以及出水氨氮无法达到生 化处理的要求而导致生化后氨氮很难实现稳定达标排放等问趔7 1 。 吹脱工艺是最经济、高效的脱氮方法，本课题拟采用研发的“吹脱助剂协同煤气吹脱 解吸法”对焦化厂硫铵流程中除油后高浓度剩余氨水进行静态和动态吹脱试验研究，在吹 脱助剂的协同作用下，来提高其实际效率和应用性，力求得到一种高效节能的处理高浓度 氨氮废水的环保型新技术，为工业废水循环利用、节能减排、环境保护等问题提供实验基 础，无论从经济效益还是环境保护的角度，都有十分重要意义。 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 1 1 氨氮的概述 1 1 1 氨氮的危害 第一章文献综述 氮是生命有机体的重要组成元素之一，在生物生命活动中起着重要作用。水体中的氮 以无机氮和有机氮的形式存在。当水体的氮含量未超过其环境容量时，氮可以通过水体自 净作用除去，使水体保持原有的环境功能，满足人们的日常生活和工农业生产需要【引。当 水体的氮含量超过其环境容量时，水体受到污染，从而造成水体富营养化等一系列问题， 水体失去原有的环境功能和使用价值。 随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加。据有 关报道，近年我国全海域共发现赤潮11 9 次，累计面积约1 4 5 5 0 平方公里1 9 】。氨氮被认为是 水体产生富营养化的重要原因。许多工业废水中( 钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、 玻璃制造、肉类加工和饲料生产等工业) 均排放高浓度的氨氮废水。 高浓度氨氮废水对环境的危害非常大，一旦排入水体，会对环境造成严重污染。它对 水体功能和水质的影响和危害表现在：消耗水体的溶解氧：使水味变得腥臭难闻；加速水 体的富营养化过程；影响供水水质；腐蚀、堵塞管道和用水设备；增加制水成本等。氨对 生物体也会造成一定的毒害作用：氮可通过皮肤、呼吸道及消化道引起中毒；硝态氮和亚 硝态氮均为强化学致癌物质亚硝基化合物的前体物质，有致癌、致突变、致畸的性质，对 人体危害十分严重。 1 1 2 氨氮的处理技术 目前，国内外氨氮废水处理的方法很多， 活性炭吸附法、膜分离法、湿式催化氧化法、 等。其中最常用的方法有： ( 1 ) 吹脱法 如：吹脱法、离子交换法、折点氯化法、 电化学氧化、电渗析、化学沉淀法和生物法 吹脱法是将废水与气体接触，将氨氮从液相转移到气相的方法。该方法适宜用于高浓 度氨氮废水的处理。吹脱法是使水作为不动态相与吹脱介质载体接触，利用废水中组分的 实际浓度与平衡浓度之间的差异，将废水中的氨氮转移至气相而达到去除目的的方法【1 0 1 。 吹脱法分为空气吹脱法和蒸汽吹脱法，低浓度氨氮废水通常在常温下用空气吹脱法 而炼钢、石油化工、化肥、有机化工、有色金属冶炼等行业的高浓度废水则常采用蒸汽吹 脱法。因为采用蒸汽可以提高废水温度，从而提高一定p h 值时被吹脱氨的比例。吹脱法常 用于处理高浓度氨氮废水，已有应用于制药f 1 0 1 、a c 0 1 】、焦化【1 2 等高浓度氨氮废水处理的 研究。吹脱法具有工艺流程简单、易控制、处理效果稳定，并且吹脱塔气液相接触时，实 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 现氨与氧气的气液相转移，增加溶解氧，对生化有利等优点。但也存在逸出的游离氨造成 二次污染，水温降低，脱除效率降低，氨吹脱塔成本高，维护不方便等缺点。 ( 2 ) 离子交换法 是指不溶性电解质与溶液中的另一种电解质所进行的化学反应，即交换剂上的可交换 离子与溶液中其他同性离子的交换反应。用离子交换法去除氨氮必须采用对氨氮有优先性 选择的交换剂。目前离子交换法选用对氨离子有很强选择性的沸石作为去除氨氮的离子交 换树脂，具有对非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用，成本低，对n h 4 + 有很 强的选择性【乃】。 离子交换法具有投资省、工艺简单! 操作较为方便的优点，但其使用范围也仅限于中 低浓度氨氮废水( c b e d ，即t p h t q o ： ( 2 ) 晟佳操作条件为：a 4 c 4 8 4 e 2 0 4 ，即废水温度t = 7 5 c ，体系p h = 1 2 0 ，吹脱时间 t - = 1 2 0 m i n ，煤气流量q - - - 3 0 l m i n ，吹脱助剂i 的投加量p = 0 0 1 4 0 9 l 。 2 方案i 对于挥发酚的脱除效果： 第2 6 页武汉科技大学硕士学位论文 对挥发酚也有一定脱除率，其影响因素顺序为：a c d b e ，即t p h p t q ； 再对以上结果进行方差分析，可得表2 5 数据。 表2 5 方案i 正交试验结果方差分析 t a b l e 2 5v a r i a n c ea n a l y s i so fo r t h o g o n a le x p e r i n m e n tr e s u l to fp r o g r a m m ei 从表2 5 的f 比数据大小可知：方差分析与直观分析中的因素影响顺序是完全一致的， 所以试验数据可靠。 2 213 方案i 单因素试验结果与讨论 通过方案i 正交试验得出煤气吹脱解吸法脱除氨氮的最佳操作条件为：氨水温度 t = 7 5 c ，吹脱时间t = 1 2 0 m i n ，体系p h = 1 0 8 ，煤气流量q = 3 0 l m i n ，吹脱助剂i 的投加 量p = 0 0 1 4 0 9 l ，因素影响顺序为：t p h t q o ，为了便于其在实际生产中的应用，在 方案i 的基础上，对温度t 、时间t 、p h 、吹脱助剂i 的投加量p 和煤气流量q 进行单因 素影响试验研究。 ( 1 ) 温度t 影响 由正交试验知温度为最大影响因素，以最佳操作条件为基础，即：p h = 1 0 8 ，t = - 1 2 0 m i n ， q = 4 o l m i n ，p = o 0 1 4 0 9 l ，改变单因素温度t ，水平为：4 5 、5 5 、6 5 、7 5 、8 0 。 试验结果见图2 2 所示。 毋 f 簪 堑 玺 藤 撼 6 0 1 0 0 9 0 一8 0 术 一7 0 ： 一6 0 簪 一5 0 篓 一4 0 在 一3 0 鍪 一2 0 靶 一 l o o 8 5 3 54 5 5 56 57 5 废水温度t 图2 2t 对氨氮及挥发酚脱除率的影响 。： f i g 2 2t h ee f f e c to fto nt h er e m o v i n gr a t eo fn h 3 - na n dt h ep h e n o l 由图2 2 可知，氨氮脱除率随着废水温度t 的升高呈上升趋势，但上升趋势逐渐减小， p。rr，ri。l，ir 吣踮 巧伯鲒 武汉科技大学硕士学位论文第2 7 页 7 5 时氨氮脱除率达9 9 0 9 为较理想脱除效果，之后有下降趋势，而酚的脱除效果随温 度的升高呈下降趋势。由于试验过程中，部分水样随煤气带出而使吹脱器内的水样被浓缩， 使得氨氮浓度相对增高。由于吹脱瓶的体积较小，没有设置冷凝装置致使酚的脱除本应随 着t 的升高呈现上升趋势而呈现下降趋势。考虑焦化剩余氨水温度为7 肛8 0 左右，故选 择t = 7 5 ，工业化时要设冷凝器。 ( 2 ) 体系p h 影响 为使进入生化车间的废水不致于p h 太高，从而需要调节并确定一个合适的p h 。以 最佳操作条件为基础，即：t = 7 5 ，仁1 2 0 m i n ，q = 4 0 l m i n ，p = 0 0 1 4 0 9 l 为基础，改变 单因素p h ，水平为：9 6 、1 0 2 、1 0 8 、1 1 4 、1 2 0 。试验结果见图2 3 所示。 誉 f 得 篮 馨 黛 豚 99 6 1 0 21 0 81 1 4 1 21 2 6 废水p h 舞 f 褂 篮 錾 蜜 越 瓣 图2 jp h 对氨氮及挥发酚脱除率的影响 f i g 2 3t h ee f f e c to fp ho nm er e m o 、r i n go fn h 3 - na n dt h ep h e n o l 由图2 3 可知，随着p h 的增加，氨氮脱除率呈上升趋势，挥发酚脱除率呈下降趋势， 与p h 对两者在水中的解离平衡的影响一致，当p h 达到1 0 8 附近，氨氮脱除率有一峰值， 达9 9 0 9 ，因而将p h = 1 2 0 修订为1 0 8 。 ( 3 ) 吹脱时间t 影响 吹脱时间t 的长短是实际生产中废水处理量的一个重要因素。以修订后的p h 最佳操 作条件为基础，即：t = 7 5 ，p h = 1 0 8 ，q = 3 0 l m i n ，p = 0 0 1 4 0 l ，改变单因素t ，水平 为：3 0 m i n 、6 0 m i n 、9 0 m i n 、1 2 0 1 1 1 i n 、1 5 0 m i n 。试验结果见图2 4 所示。 加加加m 0佰加 第2 8 页武汉科技大学硕士学位论文 更 f 褥 餐 翟 | 凛 + 氨氮+ 挥发酚 03 06 0 9 01 2 01 5 01 8 0 吹脱时间t m i n 毋 膏 需 箧 翟 裔 越 被 图2 4t 对氨氮及挥发酚脱除率的影响 f i g 2 4t h ee f f e c to fto nt h er e m o v i n gr a t eo fn h s - na n dt h ep h e n o l 由图2 4 可知，随着吹脱时间的增加，气液接触机会增多，氨氮和挥发酚的脱除率都 呈递增趋势，1 2 0 r a i n 后氨氮脱除率上升缓慢，考虑到吹脱时间决定吹脱设备的尺寸，仍 取吹脱时间t = 1 2 0 m i n 。 ( 4 ) 煤气流量q 影响 以修订后p h 的最佳操作条件为基础，即：t = 7 5 c ，t = - 1 2 0 m i n ，p h = 1 0 8 ，p = 0 0 1 4 0 9 l 为基础，改变单因素q ，水平为：2 5 l m i n 、3 0 l m i n 、3 5 l r a i n 、4 0 l m i n 、4 5 l m i n 。 试验结果见图2 5 。 f = 葡i = 巧爱司 母 f 潞 篮 玺 履 掘 窖 膏 哥 凿 鬻 鑫 铽 鞑 煤气流量q ( l m i n 1 ) 图2 5q 对氨氮及挥发酚脱除率的影响 f i g 2 5t h ee f f e c to fq o nt h er e m o v i n gr a t eo fn h 3 - na n dt h ep h e n o l 由图2 5 可知，随着煤气流量的增加，气液比增大，气液相接触机会增大，氨氮和挥 发酚脱除率都呈递增趋势。在防止发生液泛现象的条件下，进一步提高脱除率，将最佳煤 气流量q = 3 0 l m i n 修订为q - - 4 0 l r a i n 。 ( 5 ) 吹脱助剂i 的投加量p 的影响 表面活性剂的加入能够降低溶液的表面张力，调节液面性能，有利于氨氮的脱除，一 加俺如加o踮佰加诣 加5；鲫加的的如加加o 武汉科技大学硕士学位论文第2 9 页 般为了充分发挥其性能，使用量都会比其c m c 略多。本试验中，表面活性剂的加入量非 常重要：量太少，达不到显著提高氨氮脱除率的效果；过量则会产生大量泡沫，影响试验 的进行。因此，以修订后p h 和煤气流量q 的最佳操作条件为基础，即：t = 7 5 x 2 ，p h = 1 0 8 ， t = 9 0 m i n ，q = 4 0 l m i n ，改变吹脱助剂i 的投加量p ，水平为：0 、0 0 0 3 5 9 l 、0 0 0 7 0 9 l 、 0 0 1 0 5 9 l 、0 0 1 4 0 9 l 。试验结果见图2 6 所示。 捧 f 哥 凿 翟 腻 皤 0 0 0 0 00 0 0 2 5o 0 0 5 00 0 0 7 5o 0 1 0 00 0 1 2 50 0 1 吹脱助剂i 的投加量p ( g l - 1 ) 水 r 碍 篷 鬻 蛊 越 鞋 图2 6p 对氨氮及挥发酚脱除率的影响 f i g 2 6t h ee f f e c to fp o nt h er e m o v i n gr a t eo fn h 3 - na n dt h ep h e n o l 由图2 6 可以看出，随着其用量的增加，氨氮的吹脱率先上升后下降，这是由于吹脱 助剂的投加量超过一定量后，会达到胶束浓度，并且产生过多的泡沫会增大液膜阻力，阻 碍了气液传质过程，进而使氨氮脱除率下降。在p = o 0 0 3 5 9 l 时氨氮脱除率可达9 9 以上， 因此将p = 0 0 1 4 0 9 l 修订为p = 0 0 0 3 5 9 l 为最佳用量。同时对挥发酚的脱除率也有一定的 影响，随吹脱助剂i 的投加量的增加而缓慢增加。 2 2 1 4 方案i 最佳条件下试验结果 综上所述，根据正交试验结果，通过单因素试验的修订，得出最佳操作条件为： - - 7 5 ，p h = 1 0 8 ，吹脱时间t = 9 0 m i n ，煤气流量q = 4 0 l m i n ( 即气液比约为6 0 0 ：1 - 3 7 5 ： 1 ) ，吹脱助剂i 的投加量p = 0 0 0 3 5 9 l 。最佳操作条件下的氨氮脱除率达9 9 0 9 ，氨氮含 量降到4 2 4 7 r a g l , 解决了高浓度氨氮废水进入生化处理系统因氨氮超过2 5 0 m g l 对硝化 细菌的毒害作用而引起生化出水氨氮不达标的问题，能使生化处理达到国家一级排放标 准。同时对挥发酚也有一定的脱除效果，其脱除率为1 9 0 6 。 2 2 2 试验方案 选用目前产量最大、最常用的表面活性剂阴离子型表面活性剂作为吹脱助剂l i 进 行试验。阴离子表面活性剂在整个表面活性剂生产中约占表面活性剂总产量的4 0 。主 要用作洗涤剂、润湿剂、起泡剂和乳化剂。 方案i i 同样采用五因素四水平的l 1 6 ( 4 5 ) 正交试验设计方案来确定脱除氨氮的最佳 钻们弘坜加坫m 5 o o g舛眈舌鹋8姐眈 第3 0 页武汉科技大学硕士学位论文 操作条件，选择的五个因素为：废水温度兀体系p h 、煤气流量q 、吹脱时间t 、吹脱助 剂i i 的投加量p 。根据正交试验的优选结果，在最佳操作条件下进行单因素试验影响研究， 对正交试验结果进行修正，以得到更佳操作条件。同时，测定挥发酚指标的脱除效率。 2 2 2 1 方案正交试验表头设计 试验方案i i 为l 1 6 ( 4 5 ) 正交优选试验，其表头设计如表2 6 所示。 表2 6 方案正交优选试验表头设计 t a b l e2 6t h eh e a dd e s i g no fo r t h o g o n a lo p t i m i z e de x p e r i n m e n to fp r o g r a m m ei i 2 2 2 2 方案正交试验结果及分析讨论 根据方案i i 正交试验表头设计所得正交试验设计方案表做试验，其正交试验结果及极 差分析如表2 7 所示。 武汉科技大学硕士学位论文第3 l 页 表2 7 方案正交试验结果及极差分析 t a b l e2 7o r t h o g o n a le x p e r i n m e n tr e s u l ta n dr a n g ea n a l y s i so fp r o g r a m m e1 1 对表2 7 的数据进行极差分析可知： 1 方案i i 对氨氮的脱除效果： ( 1 ) 影响因素顺序为：a b c e d ，即t t p h q p ； ( 2 ) 最佳操作条件为：a 4 8 4 c 3 e 4 d i ，即废水温度t = 7 5 。c ，吹脱时间t = 1 2 0 m i n ，体系 p h = 1 0 8 ，煤气流量q = 4 0 l r a i n ，吹脱助剂l i 的投加量p = 0 0 0 0 3 e t , 。 2 方案i i 对挥发酚的脱除效果： 第3 2 页武汉科技大学硕士学位论文 对挥发酚有一定的脱除率，影响因素顺序为：b d a e c ，即t p t q p h 。 再对以上结果进行方差分析，可得表2 8 数据。 表2 8 方案正交试验结果方差分析 t a b l e2 8v a r i a n c ea n a l y s i so fo r t h o g o n a le x p e r i n m e n tr e s u l to fp r o g r a m m e 从表2 8 中的f 比数据大小可知：使用吹脱助剂i i ，废水r 变化对脱氨氮效果影响最 大，其次是吹脱时间t ，反应体系的p h 、煤气流量q ，最后是吹脱助剂的投加量p 。由此 可见，方差分析与直观分析中的因素影响顺序是一致的。 2 2 2 3 方案单因素试验结果与讨论 通过方案i i 正交试验得出煤气吹脱解吸法脱除氨氮的最佳操作条件为：废水温度 t = 7 5 ，吹脱时间t = 1 2 0 m i n ，氨水p h = 1 0 8 ，煤气流量q = 4 0 l m i n ，吹脱助剂i i 的投加 量p = 0 0 0 0 3 9 l ，因素影响顺序为：t t p h q p ，为了便于其在实际生产中的应用，在 方案i 的基础上，在此尽对p h 和p 进行单因素影响试验研究。 ( 1 ) p h 的影响 以最佳操作条件为基础，即：t = 7 5 。c ，t = 1 2 0 m i n ，q = 4 0 l m i n ，p = 0 0 0 0 3 9 l ，改变 单因素p h ，水平为：9 6 、1 0 4 、1 0 8 、1 1 4 、1 2 。试验结果见图2 7 所示： = i i = j 稠 冰 f 爵 篮 婆 底 强 f 糌 篮 鬻 盎 然 戢c 99 61 0 zl o 81 1 41 21 2 6 废水p h 图2 7p h 对氨氮及挥发酚脱除率的影响 f i g 2 7t h ee f f e c to fp ho nt h er e m o v i n go fn h 3 - na n dp h e n o l 由图2 7 知道氨氮的吹脱率与p h 之间呈抛物线关系，在p h - 1 0 8 处得到最高吹脱率。 而且p h 再增加对氨氮的吹脱率不仅没增加，略微有点下降，可以确定p h = 1 0 8 为其最佳 m旨加的m o暑；踮2加酷 武汉科技大学硕士学位论文 第3 3 页 p h 。挥发酚的脱除率随着p h 的增加而降低，同样与p h 对两者在水中的解离平衡的影响 是一致的，当p h = 1 1 4 时，得到最低脱除率。 ( 2 ) 吹脱助剂i i 的投加量p 的影响 以最佳操作条件为基础，即：t = 7 5 c ，t = 1 2 0 m i n ，p h = 1 0 8 ，q - - 4 0 l m i n ，改变单因 素p ，水平为：0 、0 0 0 0 3 9 l 、0 0 0 3 9 l 、0 0 1 9 l 、0 0 2 9 l 。试验结果趋势如图2 8 所示： 0o 0 0 3o 0 0 60