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发布日期:2021年06月21日
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超声波技术在高浓度氨氮废水中的应用
发布时间:2021-1-29 10:15:22  中国污水处理工程网

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  随着工业水平的发展和经济的进步,人们逐渐发现很多的工业生产过程中都会向附近河流排放大量的工业废水,高浓度氨氮废水常见于化工、食品、炼焦等行业的生产过程中。排放到水体中,不仅伴有十分浓烈的刺激性气味,还可能造成水体的富营养化,造成水体中的微生物大量繁殖,氧气稀缺,让其他生物难以生存,严重的破坏生态平衡并对人们生活的饮用水安全造成了威胁,直接影响到人们的健康,因此急需对其进行有效的处理。

  一、超声波废水处理的机理

  超声波废水处理设备主要包括超声波发生器、换能器以及水槽三个部分组成,超声波发生器是将正常频率的电信号转换成符合要求的高频电信号(一般频率在20KHz以上),高频电信号通过换能器,由电信号转化成超声波信号,直接作用于盛放在水槽中的废水。

  超声波在传播的过程中,存在波峰和波谷,振动过程可以看作是波的膨胀和压缩的过程,在超声波膨胀期间,对水体产生负压,负压作用于水体,就会暂时的割裂水体,并迅速在空隙中形成气泡,我们称这种现象为“空化”。空化形成的小气泡在水体中存续的时间很短,瞬间就会破裂,但是在破裂的过程中,其表面的爆裂不仅会对周围产生一个瞬时的冲击波和超高速的微射流,还能产生高温。当水体中在各处都会形成高温高压的局部环境,就非常有利于化学污染物降解。

  此外,在上述的过程中,水分子也会产生撕裂,裂解成?H、?HO、?HO2、以及H2O2等强氧化性的自由基,这些自由基会与水体中的污染物发生化学反应,生成二氧化碳和水,也就是说,在这个过程中,将污染物分解成了无毒无害的物质,实现了废水的净化

  此外,针对高浓度的氨氮废水来讲,空化气泡破裂时产生的高热环境,能够使自用氨发生热解反应,再加上水体中的各种氧化性自由基,水体中就会生产各种氨酸盐,或者生成氮气和一氧化氮排到空气中。

  二、影响超声波废水处理效率的因素试验

  2.1 试验装置

  试验采用ZQ-25-2A超声波发生器,工作电压220V,工作频率50Hz,超声波输出功率25KHz,功率为100w,有两个振子。

  2.2 试验水源

  实验水源来自某化工厂排水口附近采集的水源,为典型的高浓度氨氮废水。

  2.3 实验测试

  用玻璃电极法对pH值进行测试,用纳氏试剂光度法对氮离子浓度进行测量。

  三、影响超声波废水处理效率的因素

  3.1 pH值

  控制水体为未曝气原水,室温25℃,超声波频率25KHz,处理时长1h。在这样的前提下通过向废水中加入氢氧化钠调节水体的pH值,测试不同pH值条件下的水体内的氨氮降解率,得到以下结论:当pH值为7时,氨氮降解率为5.61%,当pH值为11时,氨氮降解率为44.66%,根据测试结果可以发现,当pH升高时,氨氮降解率会随之升高,他们之间是正相关的关系。因此,在进行超声波废水处理工作时,可以适当增加水体的pH值。值得一提的是,虽然提高pH值有助于废水的处理,但是当pH值到达一定程度后,降解率的提升开始变得不明显,考虑到成本问题,一般不会调节水体的pH超过11。

  pH值影响废水处理效率的原因,是因为当水体中的气态自由氨和离子氨是一种动态平衡的状态,环境碱性越强,则气态自由氨占比越大,气态自由氨既能被氧化降解,又能发生热解反应,因此被处理的效率更高。

  3.2 氨氮浓度的影响

  控制水体为未曝气原水,室温25℃,超声波频率25KHz,超声处理时长1h,pH值固定为11,借助蒸馏水对处理水体进行稀释,得到不同氨氮浓度的待处理水样。

  通过处理我们发现,未被稀释的水样氨氮降解率最高,也就是说,氨氮浓度越高的水体,超声波处理效果也就越好。

  之所以氨氮浓度会对废水处理效率造成影响,是因为氨氮浓度越高,在同一时间内与氧化性自由基接触的氨氮离子就越多,反应就越快也越彻底,能够在一定程度上提升废水的处理效率,也就是说,当我们适当的减少水体中水的占比来提升氨氮浓度时,能够增加废水处理效率。

  3.3 曝气的影响

  控制室温25℃,超声波频率25KHz,超声处理时长1h,pH值固定为11,利用气体流量计对水样进行处理,不同的水样曝气时间不同,曝气时间越长的水样,其气液比更高,通过测量,气液比高的水样氨氮去除率更高。造成这种现象的原因,是因为曝气增加了水体与空气的接触面积,水体中的气态自由氨可以不通过氧化而直接被排到空气中,气态自由氨去除的更加彻底。另外,持续曝气处理能够让水体中的空化气泡始终保持在一个较高的水平,就会有更多的污染物发生降解。

  在实际工作中我们可以在处理过程中利用曝气装置增加曝气步骤,进一步提升污水的处理效率。不过需要注意的是,持续增加曝气时间,氨氮去除率将不会发生变化,这是因为虽然增加曝气时间能够增加空化气泡的量,但是空化气泡过于密集,其破裂产生的温度和压力都会对应变小,导致降解环境不够理想。

  3.4 超声时间的影响

  控制水体为未曝气原水,室温25℃,超声波频率25KHz,超声处理时长2h,pH值固定为11,对水样每隔20min测试一次氨氮去除情况,我们发现当时间在1h的时候,氨氮降解率升高势头明显下降,继续超声处理,2h后,氨氮降解率变化不明显。

  超声处理是一个持续的过程,持续的时间越长,氨氮去除效果就越好,但是当处理时间达到一定程度时,就不会对污水的处理效率产生影响,也就是说,超声处理废水在理想状态下,并不是能够达到100%的处理效率的,对于污水处理来讲,排放标准只要满足国家二级排放标准即可,并不需要100%完全处理干净,水中残留的污染物几乎不会对自然环境产生影响。

  四、结论

  通过上述的实验,我们得到了影响高氨氮浓度废水超声处理效率的几项因素。将实验环境调整为室温25℃,超声波频率25KHz,超声处理2h,pH固定为11,原水经过曝气处理使气液比达到800:1,在这样的条件下,氨氮去除率高达97%,排放的废水已经能够满足国家标准。而从原料(氢氧化钠)的投入,资源的运用(超声波发生装置以及曝气装置的耗电)的角度来讲,综合经济效益和处理结果,上述的处理方式是值得推广和应用的一种高浓度氨氮废水超声处理方案。(来源:杭州知源环保科技有限公司;浙江省环境监测中心;浙江环境监测工程有限公司)

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