冯光银 张玉婷

【摘 要】氨气吹脱塔是污水处理过程中的一个重要设备，可以有效降低污水中的氨氮浓度，它的运行好坏直接影响到最终出水是否可以达标排放。要保证氨气吹脱塔高效稳定运行，实现对氨气吹脱过程优化控制。由于氨气吹脱过程具有非线性、大滞后、慢时变的特点，在实际生产过程中难以对出水氨氮浓度进行在线测量。

【关键词】氨气吹脱；浓度；污水

污水处理过程是一类运行工况范围广的复杂工业过程，外部环境的改变对污水处理的影响很大，例如在同样的工艺下，由于季节不同，导致污水温度产生较大的波动，不同时间段的进水量和进水水质也会有很大的变化，在这种非线性、工况范围广、反应机理又比较复杂的情况下，常用的建模方法会导致模型在运行一段时间之后出现较大的误差，表现出自适应能力差等问题[1]。

氨气吹脱方法[2]在污水处理中的应用越来越多，一般作为高氨氮废水的预处理。氨气吹脱塔作为处理高浓度氨氮污水的一个重要设备，它的运行好坏直接影响到最终出水是否可以达标排放，因此对氨气吹脱工艺进行深入研究，并利用软测量技术对氨气吹脱塔出水氨氮浓度建立相应的软测量模型。

1 氨气吹脱工艺原理及流程

1.1氨气吹脱工艺原理

利用氨气吹脱方法可以高效率去除污水中的氨氮，其基本原理是利用以下化学方程式[1].

NH3+H2O=NH4+OH-（1）

从式（1）中可以看到在污水中的氨氮主要以两种形式存在：NH 4和NH3，由于NH：是具有挥发性的气体，因此当pH值升高时，污水中OH-离子浓度增加，平衡过程向左移动，此时NH：所占的比例增大，利用空气进行吹脱，便可以将NH：从污水中去除。

1.2氨气吹脱工艺流程

一般利用石灰乳提高污水的pH值，当原水pH较低时，也会利用液碱进行更快速的pH调节，污水在辅流池经过沉淀，底部污泥进入石灰回收装置，可以多次循环利用以降低生产成本，辅流池中的上清液进入氨气吹脱塔进行高效的氨气吹脱[3]。

氨气吹脱塔的主要特点是在塔内装有一定高度和数量的塔板，塔板上装有蒸汽预热管和空气曝气管，污水在经过了前期pH调节、污泥沉淀等处理后，通过进水流量泵进入氨气吹脱塔，并从上至下依次顺流通过各塔板，空气由鼓风机从塔底送入，呈连续由下向上的与废水逆流接触。吹脱后的空气通过管道排向下一个反应器中进行再一步氨气回收处理，防止直接排向大气而对环境造成污染。经过吹脱后的污水从塔底排出，流向下一工序，进行更深度的处理[4]。从图2中可以看到，氨气吹脱塔（C-001）为一个独立的容器，共有4层。（E-001）为吹脱塔进水泵，通过进水阀门（D-001）的调节来控制吹脱塔的进水流量，可以通过流量计（F-001）读取到实时的进水流量数据。污水从塔的上部喷洒到最上层塔板，并从上向下依次流过各塔板，这样可以让污水在塔内的停留时间达到最大化，吹脱塔内污水的pH值可以通过pH显示表（F-003）进行读取。

蒸汽发生器（E-002）通过对塔内的每一层塔板进行蒸汽预热，使塔内的污水温度也随之升高，提升了氨气吹脱的效率，现场中的吹脱塔每一层塔板都装有热电偶温度计，通过一个数字显示器可以对每一层的温度进行实时的检测，为了简化模型，本文只对最下层（第四层）的温度数据进行采集，因为污水在第四层的温度最高也是出水温度，这一层的氨气吹脱效果也是最好的，对模型的贡献率也是最大的。

氨气吹脱塔的每一层中都装有若干个带有小孔的曝气管道，鼓风机（E-003）通过源源不断的吹入空气，使每一层的污水与空气进行一个逆流混合，做到充分曝气，在碱性（pH> 12）环境下，除去游离的氨。

2 氨气吹脱塔出水氨氮浓度的影响因素

影响氨气吹脱塔出水氨氮浓度的主要因素有[3].

（1）pH值

通过对式（3.1）进行分析，氨气吹脱塔处理效果随pH值上升而提高，pH值与氨氮去除率的关系。

（2）塔内水温

塔内水温升高，氨氮去除率也随之升高，这也是导致在不同季节，污水处理效果不稳定的原因之一。

（3）原水中氨氮浓度

当原水中的氨氮浓度增加时，氨氮去除率增加并不明显，因此高浓度氨氮废水如果要提高氨氮去除率，只能靠增加串联吹脱塔的级数。

（4）水量负荷

水量负荷也是影响氨氮去除率的一个因素，一般来讲，对于塔内填料高度为6米以上时，水量负荷不宜超过10m3/（m2.h）。国外设计水量负荷取3m3/（m2.h）左右，日本水量负荷与氨氮去除率的试验结果如图1所示，推荐的吹脱塔水量负荷为2.4-4.5m3/（m2.h）。

（5）气液比

空气量过小，会导致NH：无法及时从污水中吹脱掉；空气量过大，会发生液泛（即污水被空气带走）现象，对生产造成不利影响，而且空气量过大会增加处理污水的成本[5，6]。原水的水温、气液比与氨氮去除率的关系如图6从图中可以看出，当气液比增加时，氨氮去除率提高，但实际生产中要考虑到工艺运行的经济性以及防止污水液泛现象的发生，因此气液比一般选为2500-5000为宜。实践中估算了空气的需求量，当pH=9.0，水力负荷为2.4-7.2m3/（m2.h）、气液比为3590時，可以将90%以上的氨氮从污水中去除。

（6）污染物浓度

污水中的污染物浓度也会影响到氨氮去除率，因为污染物浓度过大会阻碍挥发性物质（如NH3）向大气中扩散。对于低浓度污水通常采用常温下用空气进行吹脱，而高浓度污水则会利用蒸汽对污水进行预热并同时用空气吹脱。

除了以上分析的6个因素以外，在实际生产中，氨气吹脱塔去除氨氮效率还要受到现场污水化学成分构成、设备运行时间、操作人员经验等因素影响。例如，同等情况下对不同行业（如制药行业、皮革制造业等）污水进行处理，其最终出水氨氮浓度也不尽相同。

3 结论

氨气吹脱塔的工艺原理以及工艺流程，对影响出水氨氮浓度的因素进行了深入全面的分析。通过本章内容的介绍可以为我们在对氨气吹脱工艺建模过程中，辅助变量类型选择上提供很好的指导意义。

参考文献：

[1]董陶.基于K-means聚类的软测量建模研究[fD].无锡：江南大学，2013.

[2]宋剑杰.污水处理过程生化需氧量智能集成软测量模型【J].自动化仪表，2011，32（10）：4245.

[3]郭根.基于LSSVM的铝电解过程氧化铝浓度软测量建模研究[[D].长沙：中南大学，2014.

[4]杨小梅，刘文琦，杨俊等.基于分阶段的LSSVM发酵过程建模[[J].化工学报，2013，64（9）：32623269

[5]王永锋，黄思明，徐晶，等.一种通用的基于梯度的SVM核参数选取算法[J].数学的实践与认识，2011，41（1）：713.

[6]赵新建，沈友文，徐俊.基于ACO算法的SVM核函数的参数优化【J].计算机工程与科学，2011，33（10）：126130.

（作者单位：山东华鲁恒升化工股份有限公司）