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1、长安大学 硕士学位论文 反渗透在氨氮废水处理中的应用研究 姓名：侯燕卿 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：易秀 20100527 摘要 随着工农业的迅速发展，氨氮污染源越来越广泛，其排放量也越来越大。除了生 活污水、动物排泄物外，还有大量的工业废水，以及垃圾渗滤液中都含有大量的氨氮。 氨氮是造成水体富营养化的主要污染物。因此，经济有效地控制氨氮废水是环境工作者 研究的一项重要课题。 论文根据纳米氧化锌生产工艺中所产生的氨氮废水的特点，采用两次反渗透工艺浓 缩处理，处理后的反渗透产水返回生产工艺循环利用，浓缩液进行再处理回收氨。该工 艺为氨氮废水的处理开辟一条经济、环保、可靠的途径，
2、具有重要的理论意义和实际价 值。通过实验研究，取得了以下研究结果： ( 1 ) 一次反渗透系统运行压力稳定在1 0 M p a - 1 4 M p a ，系统进水和浓水的压差在 0 1 0 M p a 以内；二次反渗透系统运行压力稳定在4 8 5 0M p a ，系统进水和浓水的压差在 0 1 0 M p a 以内；一次反渗透的脱盐率稳定在9 8 以上，二次反渗透的脱盐率在9 9 以上； 整个反渗透系统运行状况良好。 ( 2 ) 将废水的p H 调节在7 以下，反渗透系统对氨氮的处理效果最为稳定，废水经 反渗透处理后出水的氨氮含量在2 0 m g L 以内，电导率在1 5 0 I _ t s
3、c m 以内，可以满足纳米 氧化锌生产工艺对回用水标准的要求。 ( 3 ) 反渗透系统的预处理工艺采用混凝沉淀加介质过滤的工艺完全可以满足反渗 透的进水S D I N a + B a 2 + C a 2 + M 9 2 + 。利用斜发沸石对N H ：的强选择性，可以采用交换吸 附工艺去除水中氨氮。交换吸附饱和的沸石经再生可重复利用1 。影响斜发沸石处理 效果的因素有粒径、接触时间、进水氨氮浓度、p H 值、温度、交换剂的物性等。当废 水p H i , 7 5 ，沸石粒径 2 5 ，气液体积比控 制在3 5 0 0 左右，渗滤液p H 值控制在1 0 5 左右，对于氨氮浓度高达2 0 0 0 4
4、 0 0 0m g L 的垃圾渗滤液，去除率可达到9 0 以上【2 6 】。在p H 值为1 0 5 1 1 0 ，水浴温度5 0 6 0 ，气液体积比为28 0 0 ：l “ - - 3 2 0 0 ：1 和吹脱时间为2h 的试验条件下，钨冶炼萃取 余液废水中的氨氮( 1 0 2 6 7 6 m g L ) 吹脱效率可达到9 8 以上【2 7 1 。将吹脱法运用到焦化 废水去除氨氮的预处理上，在中试中实现了氨氮去除率稳定在6 8 - - - 8 5 ，使出水中的 氨氮对后续生物处理基本不构成影响【2 8 1 。 吹脱法除氨效率稳定，操作简单，但影响因素多，不容易控制，并易使填料层结 垢，影响
5、设备的运行；水温低时，吹脱效率低；吹脱完成后还需回调废水p H 值。另 外，吹脱处理后的废水中仍含有少量氨，常常不能达标排放，故吹脱法常常用作高浓 度氨氮废水的预处理方法。如何提高吹脱效率，避免二次污染及如何控制生产过程中 水垢的生成是氨吹脱法在工业化过程中需要考虑的问题。 1 3 论文研究的主要内容 本论文主要研究反渗透膜在处理纳米氧化锌冲洗废水的处理应用及其最佳条件，提 出该类废水的处理工艺。具体研究内容包括： ( 1 ) 分析纳米氧化锌废水的来源与主要的污染物，提出采用反渗透技术处理的实 验工艺，通过对设备的运行状况以及处理水质的分析，验证反渗透系统处理该类废水的 稳定性的同时也为后期的
6、工程设计提供必要的依据。 ( 2 ) 根据纳米氧化锌回用水的水质指标要求，对产水水质进行检测和分析，验证 反渗透工艺处理出水是否达到的回用水的水质指标。 ( 3 ) 根据实验提出处理纳米氧化锌冲洗废水的经济、可靠的工艺，计算运行成本， 分析反渗透处理的经济效益。 8 长安大学硕：J ：学位论文 1 4 本项研究的创新点 在水资源日益紧缺的今天，做好城市污水和工业废水的处理和再生利用，有利于保 护水环境、保护水源，促进有限的水资源能够可持续开发利用。 本项研究的创新点是根据纳米氧化锌冲洗废水的特征，提出应用反渗透技术的处理 方案和工艺，回收利用水资源以及水中的固体物质碱式碳酸锌，达到合理利用资源
7、， 保护环境的目的。 1 5 技术路线 9 第二章研究背景及反渗透技术 2 1研究背景 第二章研究背景及反渗透技术 目前纳米氧化锌的生产规模同益扩大，废水的排放量也越来越大，这将会对环境 造成严重的污染，同时在水资源日益缺乏的现状下，怎样能够有效的处理该类废水并 回用，是本论文研究的出发点和目的。 2 1 1纳米氧化锌工艺冲洗废水中氨的主要来源 纳米氧化锌的生产工艺主要包括浸出工序、净化工序、合成工序以及干燥煅烧包 装工序。其中在合成工序中会产生合成尾液和大量的冲洗废水，这也是整个生产工艺 中产生的全部废水，合成尾液是合成过程中产生的硫酸根离子和碳酸氢氨中氨离子而 形成的产物，其主要成分为约1
8、 0 的硫酸氨和微量硫酸锌，处理方案是采用五效逆流蒸 发浓缩、再结晶的方式回收固体硫酸氨化肥。本次论文主要是针对合成工序中所产生 的冲洗废水所提出的处理方案。 合成工工序的反应式【2 9 】如下： 3 Z n S 0 4 ( I ) + 6 N H 4 H C 0 3 ( s ) = Z n C 0 3 2 Z n ( O H ) 2 H 2 0 ( s ) + 5 c o g ，) + 3 ( N H 4 ) 2s o ：l ： 由浸出工序、净化工序产生的Z n S 0 4 净化液体与固体N H 4 H C 0 3 反应后生成固体的 碱式碳酸锌和硫酸铵液体，首先经过板框过滤机使固体和液体分离
9、开，并将液体排 放，这部分被排放的硫酸铵液体就称为母液。其次，用自来水对板框过滤机中的碱式 碳酸锌进行冲洗，以除去停留在碱式碳酸锌固体表面上的铵根及硫酸根离子，从而产 生大量含有氨氮的冲洗废水。 2 1 2 纳米氧化锌工艺冲洗废水处理技术 2 1 - 2 1纳米氧化锌工艺冲洗废水的成分分析 由纳米氧化锌的生产原材料由次氧化锌、浓硫酸、锌粉、高锰酸钾、碳酸氢铵组 成，经过一系列的化学反应后，生产出纳米氧化锌。因为所用原料的组成成分均为无 机化学品，因此冲洗废水中主要以无机离子的污染物为主。 纳米氧化锌生产原材料及规格见表1 1 。 1 0 长安大学硕士学位论文 表2 1 纳米氧化锌生产原材料及规
10、格 序号 名称规格 1 次氧化锌 Z n O 芝6 0 2 浓硫酸浓度9 2 5 G B T A 5 3 4 2 0 0 2 3锌粉工业级纯度9 9 G B 6 8 9 0 2 0 0 0 4高锰酸钾工业级纯度9 9 3 G B 厂rl6 0 8 2 0 0 8 5碳酸氢氨工业级或农片j 级G B 3 5 5 9 2 0 01 在纳米氧化锌的生产车间现场取样后，对废水中的相关成分进行检测( 见表1 2 ) 。 结果表明，锌离子、氨氮、悬浮物、C O D e r 的浓度分别为5 4 4m g L 、1 0 0 3m g L 、l ll m g L 、4 5 2m g L ，根据污水综合排放一级标
11、准G B 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ，锌离子、氨氮、悬浮 物、C O D e r 的排放标准分别是2 0m g L 、1 5m g L 、7 0m g L ，1 0 0m g L ，被检测废水水 样中锌离子超标2 7 2 倍，氨氮超标7 5 3 倍，悬浮物超标1 5 8 倍，C O D e r 的含量不足排 放标准的一半，指标合格。 表2 2 纳米氧化锌冲洗废水水质报告1 序号项目名称 测定结果( m g L )排放标准( m g L ) 超标倍数 lC a 2 + 2 0 3 l 2 M 9 2 + 8 2 4| 3Z n 2 +5 4 42 O 2 7 2 4F e 2 +
12、9 7 膜类型苦咸水淡化膜膜支数6 3 支 膜规格 8 0 4 0 膜壳规格8 寸膜7 芯装 膜壳排列 6 3 膜壳支数9 支 5 2 2 二次反渗透系统 二次反渗透系统的主要作用是处理一次反渗透的浓水，将废水再次浓缩，以保证浓 缩水量。二次反渗透系统的产水进入产水池，浓缩水进入浓水池，与纳米氧化锌生产工 艺所产生的母液一起处理，回收水中的铵盐，产品可作为氮肥出售。二次反渗透系统的 主要设计参数见表5 4 。 4 5 第五章工程的设计及经济价值 表5 4 二次反渗透系统的主要参数表 设计产水量 7 0 t h 设计压力 4 5 b a r 设计同收率 5 0 设计水温1 8 单支膜脱盐率 9
13、9 5 系统脱盐率 9 7 膜类型 海水淡化膜膜支数1 0 支 膜规格 8 0 4 0 膜壳规格8 寸膜5 芯装 膜壳排列 1 1 膜壳支数 2 支 5 3 经济价值 5 3 1 运行费用分析 本运行分析分为两部分：污水预处理部分及浓缩系统。 5 3 1 1 污水预处理部分 在预处理系统中，有两个方面的运行费用，一个是电力，预处理系统中的潜水排污 泵和加药装置中的计量泵运行时需要耗电，其中污泥排污泵的功率是7 5 k W ，计量泵的 功率是0 3 2 k W ，运行时间按照2 0 小时计算；另外一个是药剂，在预处理过程中需要加 入絮凝剂和助凝剂，絮凝剂的设计加药量为2 0 m g L ，助凝剂
14、的设计加药量是3 m g L 。 ( 1 ) 电力 表5 5 预处理的电耗费用计算 项次设备名称 数餐 功率( k W )H r s d a y K w h d a y 备注 1 潜水排污泵 27 52 01 5 0 一用一备 2 计量泵 20 3 22 06 4 合计1 5 6 4 15 6 4 K w h d O 5 元K w h = 7 8 2 0 元d ( 2 ) 药剂 絮凝剂一聚合氯化铝： 助凝剂一聚丙烯酰铵： 5 0 m 3 hx 2 0 m g Lx 2 0 h d = 2 0 k g a 2 0 k g ax 1 3 5 元k g = 2 7 元d 5 0 m 3 h 3 m
15、g Lx 2 0 h d = 3 k g a 3 k g a 8 元k g = 2 4 元d 药剂费用：2 7 元d + 2 4 元d = 5 1 元d 由( 1 ) 、( 2 ) 的费用计算，可得预处理总的运行费用为： 电力费+ 药剂费= 7 8 2 0 元d + 5 1 元d = 1 2 9 2 0 元d 4 6 长安大学硕上学位论文 预处理部分处理每吨污水的成本为： 1 2 9 2 0 元d + 1 0 0 0 吨d = O 1 3 元吨 5 3 1 2 浓缩系统 浓缩系统中包括一次反渗透浓缩和二次反渗透浓缩，系统在运行的过程中有电力、 药剂、设备消耗和人工四个方面的费用。 ( 1 )
16、电力 表5 6 浓缩处理的电耗费用计算 功率 项次设备名称数量 H r s d a yK w h d a y 备注 ( k W ) 1 清水提升泵 2 9 22 0 18 4 一用一备 2 计量泵 30 2 7 62 05 5 2 3 反洗水泵 l3 013 0 4一次高压泵l4 52 09 0 0 5 增压泵 142 08 0 6 二次高压泵 l 3 0 2 06 0 0 合计 1 7 9 9 5 2 17 9 9 5 2K w h d 0 5 元依w h = 8 9 9 7 6 元d ( 2 ) 药品消耗 阻垢剂： H C l ： 亚硫酸氢钠： 5 0 m 3 hx 3 m g L 2 0 h d = 3 k g d 3 k g
