1、前言

水體中的氨氮是指以銨離子(NH+4)或氨(NH3)形式存在的化合氨。氨氮是各類型氮中危害影響大的一種形態(tài)，是判斷水體是否受到污染的指標(biāo)之一，其對水生態(tài)環(huán)境的危害表現(xiàn)在多個方面，同時氨氮也是水體中的主要耗氧污染物，是國家總量控制指標(biāo)之一。氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧，致使水質(zhì)變差、發(fā)黑發(fā)臭。其中，氨氮中的非離子形態(tài)氨是引起水生生物毒害的主要因子，且對水生生物有較大的毒害作用，其毒性比銨鹽大幾十倍。在氧氣充足的條件下，氨氮可被微生物氧化為亞硝酸鹽氮，進(jìn)而分解為硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮與蛋白質(zhì)結(jié)合生成亞硝胺，具有致癌和致畸作用。氨氮易可作為水體中藻類生物的營養(yǎng)源，使受污染的水體增加富營養(yǎng)化幾率。

隨著石油化工、化肥等行業(yè)的迅速發(fā)展壯大，人們對環(huán)境質(zhì)量要求越來越高以及廢水排放標(biāo)準(zhǔn)日益tigao，由此而產(chǎn)生的高氨氮廢水也成為行業(yè)發(fā)展制約因素之一。氨氮排放量超出受納水體的環(huán)境容量問題，已經(jīng)成為我國水生態(tài)環(huán)境保護(hù)所面臨的重大問題。氨氮排放超量是地表水水體中氨氮超標(biāo)的主要原因，氨氮已成為影響地表水水環(huán)境質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。據(jù)報道，近年來我國海域發(fā)生赤潮污染事件達(dá)數(shù)十次，其中氨氮是污染的重要原因之一，特別是高濃度氨氮廢水造成的污染。因此，經(jīng)濟(jì)有效的控制氨氮污染也成為當(dāng)前環(huán)保工作者研究的重要課題。

氣田采出水是天然氣在開采過程中隨天然氣一同帶出地面的廢水，其主要為地層水。在天然氣開采過程中，隨著開采過程中氣藏壓力不斷下降，特別是氣田開發(fā)中晚期，為保障天然氣產(chǎn)量，需要人為加入大量起泡劑、緩蝕劑、阻垢劑等有機(jī)無機(jī)化學(xué)物質(zhì)，從而導(dǎo)致了采氣廢水水質(zhì)成分十分復(fù)雜，具有高含鹽、高含油、高礦化度、高COD、高氨氮、高色度、高懸浮物的特點(diǎn)。由于其化學(xué)組分十分復(fù)雜且含有大量危害環(huán)境的有害物質(zhì)，直接排放會給環(huán)境帶來極大的傷害，所以必須對采氣廢水進(jìn)行處理。采氣廢水處理方法主要有絮凝沉降、氣浮、Fenton氧化技術(shù)、uv氧化技術(shù)、低溫多效減壓蒸餾技術(shù)、活性污泥法和生物膜法等組合技術(shù)。

四川地區(qū)由于其地層構(gòu)造的復(fù)雜性，導(dǎo)致四川地區(qū)鉆井采氣廢水水質(zhì)異常復(fù)雜、礦化度高、有機(jī)物高、可生化性差，難以采用傳統(tǒng)的生化、氧化方式處理。通過低溫多效減壓蒸發(fā)處理后，能夠使蒸餾冷凝水中有機(jī)物和礦化度均大幅降低滿足排放要求，但由于小分子氨氮易通過水蒸氣進(jìn)入冷凝水中，造成經(jīng)蒸發(fā)處理后的采氣廢水氨氮含量仍然較高(根據(jù)采氣廢水來源不同，其濃度范圍在40～70mg/L左右)，不能滿足達(dá)標(biāo)排放要求。處理氨氮的方法有多種，如氧化法、催化氧化法、生化法、吸附法等。吹脫法與其他方法相比，具有處理工藝比較簡單，處理效果比較穩(wěn)定，不產(chǎn)生藥渣等優(yōu)點(diǎn)，同時吹脫出的氨可增加吸收裝置吸收資源化利用。

本研究通過pH值、溫度、曝氣量3個因素正交和單因素試驗，較為系統(tǒng)地探討了采用曝氣吹脫方法去除采氣廢水中氨氮的主要影響因素。同時為滿足采氣廢水處理達(dá)標(biāo)排放要求，對吹脫處理條件進(jìn)行了一系列驗證實驗，尋找合理的吹脫處理條件。

2、試驗原理

曝氣吹脫是在所需處理的水樣中通入一定liuliang的空氣與水作為不連續(xù)相接觸，利用水中各組分在一定條件下的實際濃度與平衡濃度之間的關(guān)系，使氨氮形態(tài)盡可能的轉(zhuǎn)移至氣相中而去除。廢水中的氨氮形態(tài)大多以銨離子(NH+4)和游離氨(NH3)形式存在于廢水中，并使兩者保持較穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。其平衡關(guān)系如下式所示：

廢水中銨離子與游離氨的平衡關(guān)系主要受其pH值的影響。常溫條件下，當(dāng)平衡系統(tǒng)中pH值較高時，平衡方程主要向左移動，此時平衡系統(tǒng)中游離氨濃度比例增大，銨離子濃度減小。當(dāng)平衡系統(tǒng)中pH值在7左右時，平衡系統(tǒng)中氨氮形態(tài)大多數(shù)以銨離子狀態(tài)存在，而當(dāng)平衡系統(tǒng)中pH在11左右時，平衡系統(tǒng)中主要為游離氨狀態(tài)存在，其中游離氨濃度大約占90%。在堿性條件下，通入大量空氣與所需處理的廢水充分接觸、使廢水中氨氮形態(tài)主要轉(zhuǎn)換成游離氨的形式存在，因而被吹出以達(dá)去除廢水中氨氮的目的。不同形態(tài)的氨氮其在廢水中解析速率及溶解濃度與pH值、溫度、曝氣量等因素有關(guān)，平衡系統(tǒng)中氣體組份在液面的分壓和液體內(nèi)的濃度成正相關(guān)。

3、實驗

3.1 材料與儀器

含氨氮廢水(取自四川區(qū)域的采氣廢水，經(jīng)低溫多效減壓蒸發(fā)處理后水樣)；Lambda25紫外分光光度儀；BSA124S－CW型電子天平；SX－620型pH計，DZKW－4電子恒溫水浴鍋；LZB－3WB型玻璃轉(zhuǎn)子liuliang計；單孔SB108型增氧泵。

3.2 分析方法

氨氮(NH3-N)用“水質(zhì)－氨氮的測定－納氏試劑分光光度法(HJ535－2009)”。

3.3 試驗方法

3.3.1 吹脫法去除采氣廢水中氨氮影響因素設(shè)計

3.3.1.1 正交試驗

本研究以四川區(qū)域采氣廢水經(jīng)低溫多效減壓蒸發(fā)處理后水樣進(jìn)行研究，經(jīng)低溫多效減壓蒸發(fā)處理后的采氣廢水氨氮濃度在40～70mg/L左右，本次實驗研究用水其氨氮含量為51.6mg/L。根據(jù)反應(yīng)原理，影響曝氣吹脫效率的主要因素有pH值、吹脫溫度、曝氣量。故按照不同的pH值、不同吹脫溫度、不同曝氣量進(jìn)行試驗，并對吹脫出的氨氣進(jìn)行吸收處理。選擇正交試驗方案來安排試驗，并根據(jù)相關(guān)實驗結(jié)果，選擇如表1所示的因素水平設(shè)計試驗方案。