稀硝酸作吸收剂的气态膜法脱除、回收废水中氨氮的研究

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膜解吸、膜吸收和气态膜过程(特征为膜壁微孔中的空间为气相所占据)已经用于多种料液或料气的分离,包括NH3、CO2、SO2、H2S、Br2、I2、HCN、胺、苯酚及某些挥发性有机物等的脱除、回收、富集和纯化。但在处理含氧化性物质的体系(如含有硝酸、溴素、溴酸、次氯酸、氯气、双氧水和臭氧等氧化性物质)时,常用的膜材料如聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)等抗氧化性较差,而聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的疏水性能和发达的孔隙结构,在很广的温度范围内不受酸碱和氧化剂腐蚀。本研究以气态膜法脱氨时稀硝酸为吸收剂来模拟氧化性环境,以稀氨水溶液为料液,研究用耐氧化性的PTFE中空纤维膜接触器脱除并回收废水中氨氮的可行性和操作稳定性。在相同的操作条件下对用PTFE、PP和PVDF制得的三种膜接触器的脱氨性能进行了系统的比较;并研究了料液流速、酸吸收液流速、温度、含氨料液进口浓度和硝酸吸收液浓度对三种膜接触器传质性能的影响。建立了过程传质模型,并利用MATLAB软件对膜侧传质系数kM和管程料液传质系数kL值进行了求解。实验结果表明中空纤维膜内径和壁厚是影响传质过程的重要因素,且总传质系数K,kM,kL及脱除率R均随温度的升高而显著增加。室温下长期实验结果显示:PVDF膜运行7天后发生严重泄漏,PP膜稳定运行20天后传质系数显著下降,PTFE膜运行30天时性能仍然保持稳定。使用PTFE中空纤维膜接触器处理制药厂废水时,以含有Fe3+的氧化性的硫酸作为吸收液,大孔树脂吸附-微滤-超滤预处理工艺可有效脱除制药废水中的浮油、苯乙酸、其它色素物质并使COD值明显下降;再经过PTFE中空纤维气态膜法脱氨后,废水中氨氮的脱除率在96%以上;最后通过阳离子交换树脂去除副产物硫酸铵溶液中残存的铁离子。摇床实验表明处理后的水样中氨氮和副产物中铁离子对后续生化处理的危害及抑制作用基本移除,膜接触器在处理实际制药废水实验中连续运行一个月未出现泄漏,且传质性能稳定。PTFE中空纤维膜接触器克服了传统膜接触器不耐硝酸氧化和使用寿命短的缺点,在氨氮脱除效果、副产物种类及稳定性方面均显示了良好的效果;具有良好耐硝酸氧化性的PTFE中空纤维膜为气态膜法脱除/回收废水(或化工料液)中氨氮并制取硝酸铵的工业化应用提供了基本保障。
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