离子膜电解去除味精废水中氨氮的研究_张梅玲

文章编号:1007-8924(2007)02-0061-05离子膜电解去除味精废水中氨氮的研究张梅玲,蔚东升,顾国锋,陈慧婷,陶阳宇,赵玉明(南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京210093)摘要:采用离子膜电解法对高浓度氨氮废水进行脱氨预处理,对影响氨氮去除的几种因素进行了研究.6V、60℃下去除率在75%以上.脱除的氨氮以浓氨水的形式回收,实现废物资源化.废水经脱氨后出水基本无色,COD也有一定降低.综合考虑能耗后,得出本实验条件下适宜的操作条件,去除率平均接近64%,为工业化应用提供了依据.关键词:阳离子交换膜;电解;味精废水;氨氮中图分类号:X703.1文献标识码:A国内味精厂从发酵液中提取谷氨酸普遍采用等电点结晶———离子交换法工艺:硫酸调节发酵液pH至谷氨酸等电点,低温下结晶,母液再经强酸性阳离子交换树脂吸附回收谷氨酸后成为废水排放.该废水pH值2～3,NH3-N质量浓度7000～8000mg/L,COD为15000～22000mg/L,SO42-质量浓度18000～24000mg/L,该废水处理难度主要在于高浓度NH3-N,对微生物生长明显抑制[1],不能直接进生化处理,给现有比较成熟的厌氧处理工艺带来困难,即使采用以其它低浓度废水稀释的办法,最终出水NH3-N也难以达标.对于高浓度硫酸铵废水,国内比较成熟的工艺是吹脱法,该工艺应用广泛,但产生大量难以处理的硫酸钙废渣;其他方法,如超声波、化学法等虽然可以提高效率,但其实际可行性还要更深入的研究[2-4].生化法处理高浓度氨水是近年来的研究热点,但多处于实验室研究阶段.国外亚硝化/反硝化处理焦化、石化、化肥等高氨氮废水研究的比较早[5],方士[6]采用两段SBR法亚硝化/反硝化对味精废水脱氮取得了较好的效果.黄翔峰[7]等人采用SBR缺氧-好氧处理工艺脱氮率只有36%～48%,低于常规生物处理的报道值.因此,寻找一种高效的脱氨预处理工艺,是味精废水处理急需解决的问题.离子膜电解技术是以离子交换膜作隔膜的隔膜电解技术,已经在氯碱工业中实现工业化并得到了广泛的应用,显示了巨大的潜力,但在其它领域的研究报道还比较少.本文采用离子膜电解这一电化学方法对味精废水进行脱氨预处理,有效地降低了氨氮和色度,削减了部分COD,同时以浓氨水形式回收氨氮,既减轻了后续工段的负荷,利于生化处理,并且也是离子膜电解技术在其他领域的拓展研究.1实验部分1.1废水来源及水质本实验废水取自江苏某味精厂.NH3-N质量浓度7500mg/L,COD18000mg/L,pH=3,黄色,色度100.经自制专用混凝剂澄清处理达到透明度大于300mm后作为实验进水.1.2分析方法NH3-N:纳氏试剂比色法;COD:微波密封消解法;色度:稀释倍数法;pH值213台式酸度离子计.1.3实验装置与方法实验主体装置见图1,WYJ直流稳压稳流电源一台,兰格BT00-100M型蠕动泵两台,水槽两个,电解槽为聚氯乙烯材料制成,阴极、阳极均为钛镀稀有金属电极,阳离子交换膜为聚乙烯异相膜.将一定量味精废水过滤澄清作为阳极区电解收稿日期:2005-06-28;修改稿收到日期:2005-10-12作者简介:张梅玲(1982-),女,江苏仪征人,硕士生,环境工程专业,研究方向为水污染控制、清洁生产.第27卷第2期膜科学与技术Vol.27No.22007年4月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYApr.2007DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2007.02.013图1实验装置图Fig.1Flowchartoftheexperiment液,NaOH溶液作为阴极区支持电解质.采用循环式操作方式,每隔一定时间从取样口取样进行分析,评价处理效果.2结果与讨论2.1实验现象及机理分析离子膜电解技术在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,有选择地使部分离子通过离子交换膜,进而与原溶液分离.实验原理如图2:NH4+、H+等能通过阳离子交换膜,由阳室向阴室迁移,与阴室的OH-结合,分别生成NH3·H2O和水;同时,在两个电极上发生电化学反应,阳极生成H+以补充阳室迁移出去的阳离子,阴极生成OH-以补充阴室由于与阳室迁移来的NH4+等结合所消耗的OH-,NH4+迁移电极反应式如下:水电离:H2O=H++OH-阳极:4OH--4e=2H2O+O2←阴极:2H++2e=H2←装置通电以后,阴极和阳极都有较多微小气泡生成,分别为氢气和氧气,由水电解产生.阳室H+图2离子交换膜电解去除氨氮原理示意图Fig.2SchematicdiagramofNH3-Nremovalbyion-exchangemembraneelectrolysis慢慢富集,pH逐渐下降,阴