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垃圾渗滤液中氨氮的超声处理研究

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来源: 作者: 2018-10-26 19:12:17

垃圾渗滤液中氨氮的超声处理研究

摘要:垃圾渗滤液中含有高浓度的氨氮,直接生化脱氮是水处理领域的一个难点。因此,在垃圾渗滤液进行生化处理之前,应进行脱氮处理。采用超声吹脱技术对垃圾渗滤液进行了脱氮研究,结果表明,该技术对垃圾渗滤液中高浓度的NH3-N有很好的处理效果,与传统的曝气吹脱技术相比,NH3-N的去除率明显提高。针对单独超声时间较长的问题,进行了超声辐射和曝气吹脱联用技术来处理垃圾渗滤液中高浓度的氨氮,联用吹脱NH3-N的去除率就达到82%以上。

关键词:渗滤液;氨氮;超声波;曝气吹脱

城市垃圾的处理多用卫生填埋技术,由于降雨、径流、地下水的浸入及垃圾本身发生生化反应,垃圾填埋场必然产生渗滤液[1,2]。垃圾渗滤液中高浓度的NH3-N,不仅加重了受纳水体的污染

程度,且过低的C/N比,也会给其处理工艺的选择带来困难[3]。目前对NH3-N的处理主要有吹脱法、离子交换法、化学沉淀法及生物处理法。对于高浓度的NH3-N,主要采用吹脱技术,通过提高废水的pH值,在碱性条件下,使向右进行,通过吹脱将NH3-N排入大气或回收利用。该方法耗空气量大[4],动力消耗大,运行成本高,长时间运行也易使设备结垢堵塞。超声波吹脱是新型的水处理技术,热点领域是废水中高浓度的难降解的有机废水的治理[5,6]。对高浓度NH3的垃圾渗滤液,采用超声波吹脱技术,可避免传统吹脱技术存在的问题。利用超声波作用于废水时,垃圾渗滤液中的NH3-N会产生一种大的压缩力,使超声波急剧反射,形成无数细小的空化泡,加强了NH3的挥发和传质效果,使其更易从液相转为气相,获得较高的去除率。

1试验方法与设备

1.1试验方法

试验所用垃圾渗滤液取自武汉流芳垃圾填埋场,原水水质如表1。在实验过程中,超声探头插入水面下30mm,反应体系温度控制在30±2℃,反应体积为500ml,静态连续超声3~5h,每隔一定时间取少量试液测定超声后水中的NH3-N,NH3-N的测定采用纳氏试剂光度法(图1)。

表1预处理前后垃圾渗滤液水质

图1超声发生装置

1.2试验设备

超声设备:20kHz探头式超声发生器,中国科学院声学研究所研制。

pH计:Phs-25型,上海雷磁仪器厂。

WT-1便携式氨氮分析仪,武汉沃特环保有限公司制造。

氨氮蒸馏装置一套。

2试验结果及讨论

2.1垃圾渗滤液的预处理

由于垃圾渗滤液中悬浮物比较多,颜色深,在超声吹脱前需进行混凝预处理。聚合硫酸铁为混凝剂,由表1可见,垃圾渗滤液经过混凝预处理之后,CODcr,SS和色度均有下降,但是NH3-N几乎没有去除,预处理之后废水中的C/N比仍然不适应生化处理。

2.2废水初始pH值对NH3-N去除率的影响

垃圾渗滤液中的氨氮,一般以NH+4和液态氨NH3的形态存在,它们之间的平衡关系。受pH值的影响,当pH值升高,平衡向左移动,NH3增加;反之,NH+4增高。由于超声吹脱氨氮技术主要对NH3-N有效,因此,垃圾渗滤液中NH3-N的去除效果与废水的初始pH值有关。在声频率为20kHz,电功率为200W,体系温度控制在30±2℃的试验条件下,用氢氧化钠和硫酸调不同pH值之后进行超声处理,反应3h后取样分析。图2结果表明,当废水初始pH值在11以下时,随初始pH值的升高,NH3-N的去除率迅速上升;当初始pH值达到11时,NH3-N的去除率达到86%以上;之后,再随初始pH值升高,NH3-N的去除率没有很大的提高。由于水中氨氮的形态分布系数

所以不同pH条件下,水中氨氮的形态分布系数计算结果如表2。由表2可见,当pH值为11时,水中的游离氨占总氨氮98%以上;再提高pH值,游离氨比例增加不大,所以控制废水最佳初始pH值在11左右。以下试验条件均与此相同。

图2废水初始pH值与NH3-N去除率的关系

表2不同pH条件下NH3的分布系数

2.3超声时间对NH3-N去除率的影响

为了确定最佳吹脱时间,连续进行5h的试验,分别在1~5h时取样分析。图3结果显示,NH3-N的去除率随着超声时间的延长而逐渐提高,考虑到经济性,选择超声3h较为合适

图3超声时间对NH3-N去除率的影响

2.4不同电功率对NH3-N去除率的影响

超声电功率是指超声换能器的电功率,超声声功率与电功率之间存在一定关系。由于本实验室缺乏测量准确声功率的设备,所以用超声换能器的电功率来表示超声声功率的大小。在废水初始pH值为11,体系温度控制在30±2℃的实验条件下,改变电功率作试验。由图4结果可知,在其它条件固定的情况下,提高超声电功率,NH3-N的去除率升高。这主要是因为随着超声电功率的增大,超声空化效应加强。由图4可见,NH3-N去除率达到86%以上,出水NH3-N浓度为225mg/l,基本可以满足后续生化处理。

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