離子交換樹脂去除氨氮及硫酸銨回收試驗(yàn)總結(jié)一、實(shí)驗(yàn)背景目前處理高濃度的氨氮廢水，已經(jīng)有了相對(duì)成熟的技術(shù)方法，處理效果也較好，但是對(duì)于低濃度的氨氮廢水的處理還相對(duì)比較困難。根據(jù)GB8978-1996污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)廢水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求氨氮的含量低于15mg/L。所以用離子交換樹脂處理低濃度的氨氮廢水就很具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和理論意義。同時(shí)通過用酸回收濃縮硫酸銨溶液，對(duì)于交換剩余產(chǎn)物也得到有效的利用。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬⒍ㄐ詸z測(cè)樹脂HN850對(duì)氨氮的去除效果。（二）、定量測(cè)定樹脂HN850對(duì)氨氮的去除率，通過試驗(yàn)確定樹脂的吸附臨界點(diǎn)（以工業(yè)廢水氨氮一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)15mg/L為臨界）和達(dá)到吸附臨界點(diǎn)的時(shí)間及總吸附量，并做出其吸附曲線。（三）、探究樹脂HN850的最優(yōu)工作條件和再生條件。（四）、利用稀硫酸再生樹脂，收集洗下來的硫酸銨，得到濃度為10g/L的硫酸銨濃縮液。三、實(shí)驗(yàn)原理配置一定濃度的氨氮溶液，使其流過樹脂柱，然后用納氏試劑分光光度法測(cè)出水氨氮濃度。四、試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置如圖1所示：小型離子交換樹脂柱：內(nèi)徑25mm，柱高800mm，要求高徑比大于10，因此樹脂實(shí)際大于250mm，樹脂下端有篩板。上端進(jìn)水，下端出水,出水處配有流速調(diào)節(jié)閥門。圖1 試驗(yàn)裝置五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）、定性試驗(yàn)1、取六只容積為100mL的燒杯，分別標(biāo)記為1、26，各加入80mL濃度為100mg/L的標(biāo)準(zhǔn)氯化銨溶液，依次調(diào)節(jié)pH為2、4、6、8、10、12。2、稱取六份樹脂，每份3克，分別加入六只燒杯中，緩慢攪拌24小時(shí)。3、取水樣檢測(cè)氨氮濃度。（二）、定量試驗(yàn)1、取預(yù)制玻璃柱一根，向其中裝入高度為H的樹脂，用去離子水沖洗至出水為中性備用。2、將裝有樹脂的玻璃柱連入動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，通過控制控制進(jìn)水的pH、濃度和流速，對(duì)出水進(jìn)行定時(shí)取樣檢測(cè)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析1、定性檢測(cè)數(shù)據(jù)如下表：濃度單位（mg/L） pH濃度24681012原水104.05104.05104.05104.05104.05104.05出水97.32102.0797.3292.1870.3165.28表1 靜態(tài)定性試驗(yàn)根據(jù)出水情況來看，pH等于10和12時(shí)，出水情況比較好。也就是說該樹脂運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將進(jìn)水pH調(diào)至堿性環(huán)境?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)的成本問題，現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)進(jìn)水調(diào)到pH=10。2、定量檢測(cè)數(shù)據(jù)一如圖2所示：濃度單位（mg/L）試驗(yàn)條件：樹脂采用HN850型，去離子水+氯化銨配水，進(jìn)水氨氮濃度50mg/L、pH=10，BV=3，樹脂高度40cm（樹脂量約200mL）。圖2 HN850型樹脂進(jìn)水氨氮濃度為50mg/L時(shí)，出水氨氮變化情況由圖2可知，HN850型樹脂，出水效果良好，穩(wěn)定在7-10mg/L之間（超過15mg/L的標(biāo)準(zhǔn)），且在16個(gè)小時(shí)之內(nèi)是穩(wěn)定的，在16小時(shí)后才逐漸增加，21小時(shí)時(shí)達(dá)到25mg/L。3、定量檢測(cè)數(shù)據(jù)二如圖3所示：濃度單位（mg/L）試驗(yàn)條件：樹脂采用HN850型，去離子水+氯化銨配水，進(jìn)水氨氮濃度100mg/L、pH=10，BV=3，樹脂高度40cm（樹脂量約200mL）。圖3 HN850型樹脂進(jìn)水氨氮濃度為100mg/L時(shí)，出水氨氮變化情況當(dāng)進(jìn)水為100mg/L時(shí)，出水不能達(dá)到低于15mg/L的要求，基本持續(xù)在35-40mg/L左右，持續(xù)時(shí)間在15-25之間，這說明當(dāng)進(jìn)水濃度增加，所需要的樹脂量也應(yīng)增加。比較圖1和圖2，決定對(duì)實(shí)驗(yàn)做一些修改。(1)、將BV值改為6。(2)、將樹脂用量增加到250cm。(3)、針對(duì)低濃度氨氮廢水（氨氮濃度低于100mg/L）進(jìn)行處理。4、定量檢測(cè)數(shù)據(jù)三如圖4所示：濃度單位（mg/L）試驗(yàn)條件：樹脂采用HN850型，去離子水+氯化銨配水，進(jìn)水氨氮濃度100mg/L、pH=10，BV=6，樹脂高度50cm（樹脂量約250mL）。圖4 經(jīng)過改變實(shí)驗(yàn)條件后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的改變，15小時(shí)以內(nèi)，出水氨氮濃度并沒有發(fā)生很大的改變。 據(jù)圖2，可計(jì)算出該條件下對(duì)氨氮的吸附量為0.59g。據(jù)圖4，可計(jì)算出該條件下對(duì)氨氮的吸附量為1.35g，故在允許范圍內(nèi)（出水氨氮50mg/L），圖4條件的處理效率是圖3條件的2.3倍。5、串聯(lián)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)基于前期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果要把100mg/L的氨氮廢水處理到15mg/L以下，在實(shí)驗(yàn)室條件下，可采取雙管串聯(lián)的方式。取A和B兩根樹脂柱，樹脂高度均為50cm，進(jìn)水條件為：100mg/L、BV=6、pH=10。首先，氨氮廢水進(jìn)入A樹脂柱，然后A的出水進(jìn)入B樹脂柱，由于A的出水pH小于7，所以進(jìn)入B的水需要再次調(diào)節(jié)pH=10，在實(shí)驗(yàn)條件下，這點(diǎn)很難做到，只好進(jìn)行類似模擬串聯(lián)試驗(yàn)，先收集A的出水，然后調(diào)節(jié)pH，調(diào)節(jié)好的水再進(jìn)入B管。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：圖5 A柱出水隨時(shí)間變化曲線圖6 B柱出水隨時(shí)間變化曲線收集A管出水，也就是B管進(jìn)水，測(cè)得平均氨氮濃度為40.78mg/L。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，B管第一個(gè)小時(shí)出水即為63.69 mg/L，出水大于進(jìn)水。我們認(rèn)為出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的可能原因是再生時(shí)，濃縮液中氨氮含量很高，有一些氨氮滲透到樹脂內(nèi)部，而非正常的離子交換。再生完畢以后，進(jìn)入低濃度的氨氮廢水，由于滲透壓的原因，樹脂內(nèi)部的氨氮大量釋放出來，導(dǎo)致剛開始就出水很高。實(shí)驗(yàn)室條件下，由于水量較小，大約35小時(shí)后出水就會(huì)降到一個(gè)正常值。比較好的處理辦法是，每次再生完樹脂應(yīng)用清水沖洗至出水為中性。6、樹脂再生關(guān)于樹脂再生，再生液的pH和流速是關(guān)鍵，相同流速下，設(shè)計(jì)pH=2和pH=4兩種條件對(duì)樹脂進(jìn)行再生，再生樹脂為同條件樹脂平分而來，所得數(shù)據(jù)如下：洗液氨氮濃度（進(jìn)水）洗液氨氮濃度（出水）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象BVpH=20213.47mg/L出現(xiàn)淡藍(lán)色10pH=40202.69mg/L無明顯變化10表2 不同pH下再生結(jié)果pH=2時(shí)，樹脂出現(xiàn)脫銅現(xiàn)象（該樹脂為轉(zhuǎn)銅樹脂），洗脫氨氮的效果略強(qiáng)于pH=4的情況，差別不是很大。綜合經(jīng)濟(jì)效率和樹脂的壽命問題，取樹脂再生pH=4。確定完pH后，固定pH取不同的BV值，分別取6、8、10、12、14、16進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。所得數(shù)據(jù)列于下表：洗液氨氮濃度（進(jìn)水）洗液氨氮濃度（出水）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象pHBV=60213.31 mg/L無明顯變化4BV=80208.45 mg/L無明顯變化4BV=100202.69mg/L無明顯變化4BV=120100.63 mg/L無明顯變化4BV=140196.52 mg/L無明顯變化4BV=160186.38 mg/L無明顯變化4表3 不同BV下的再生結(jié)果根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，BV值取1015。7、硫酸銨濃縮到目前為止，關(guān)于樹脂的再生，我們也發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律。首先，之前實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)洗過后洗液中氨氮含量還有減少現(xiàn)象，后來發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)加大流速更有利于樹脂的再生，不再出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在pH=3的情況下，硫酸銨可以濃縮到1.5g/L。如圖7所示。圖7 硫酸銨濃縮情況由于實(shí)驗(yàn)條件限制，我們無法進(jìn)行逆流再生，不過根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，逆流再生會(huì)取得更好的再生效果。而且由于實(shí)驗(yàn)室小試試驗(yàn)氨氮量較少，沒有達(dá)到要求濃縮的硫酸銨濃度，這個(gè)需要進(jìn)一步通過中試試驗(yàn)驗(yàn)證。8、實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的問題和解決方法（1）、樹脂脫銅新樹脂在初次使用時(shí)，出水中會(huì)含有一定量的Cu2+，使出水呈現(xiàn)淺淺的藍(lán)色，是因?yàn)樵跇渲a(chǎn)過程中，會(huì)有Cu2+的殘留，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，系統(tǒng)就會(huì)穩(wěn)定。還有一種可能，就是再生樹脂時(shí)，所用的酸液pH太低，洗液過酸也會(huì)導(dǎo)致銅離子脫落。由于銅離子的脫落，在模擬串聯(lián)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題了，由于含有銅離子的原水被調(diào)為堿性，進(jìn)水中將會(huì)含有大量的氫氧化銅沉淀，這些沉淀進(jìn)入離子柱后，會(huì)包裹在數(shù)值上，降低了樹脂的作用。（2）、出水維持時(shí)間不夠長在樹脂第一次被用于實(shí)驗(yàn)時(shí)，出水氨氮通常不能在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍，原因是離子樹脂在使用前需要進(jìn)行激活，才能完全發(fā)揮離子交換樹脂樹脂的交換作用。還有一個(gè)原因是，樹脂再生不完全，通常情況是，樹脂在運(yùn)行幾個(gè)周期后，要經(jīng)過一個(gè)比平時(shí)更長的再生過程。9、樹脂HN850的使用方法（1）、樹脂使用前，經(jīng)清水沖洗至出水呈中性。（2）、將樹脂裝入離子交換器備用，注意保持樹脂被水浸泡，使液面高于樹脂面35cm。生產(chǎn)中，高徑比35。（3）、調(diào)整合適的流速，建議BV=6，可適當(dāng)增加。（4）、再生，pH=4，BV=1014。沖洗兩到三次為宜。（5）、再生完畢的樹脂，用清水沖洗浸泡待用。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論調(diào)節(jié)好樹脂HN850的反應(yīng)環(huán)境，其對(duì)低濃度的氨氮廢水具有較好的處理效果處理效率可以達(dá)到90%（以100mg/L為例）。將該樹脂定位為處理低濃度氨氮廢水會(huì)有很好的市場和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。試驗(yàn)得出樹脂HN850處理低濃度氨氮廢水的最佳工況為：進(jìn)水PH=10，BV=6，樹脂量單管150250mL采用多管串聯(lián)；再生PH=4,BV=1014。公司名稱：天津威德泰科石化科技發(fā)展有限公司聯(lián)系人：葉恒聯(lián)系方式：15222470365郵箱：yeheng0712163.com公司地址：天津市河西區(qū)友誼北路廣銀大廈1701