《【檔案I-32】-單元操作6-氨氮氣提》.doc

環工單元操作 單元 氨氮氣提 前言 水中的氨氮是毒性物質，濃度高時會對水生動物產生毒性，通常在污水處理程序中會要求氨氮排放濃度的限制。一般的水或廢水中氨氮濃度並不高，此時可藉由折點加氯法或在活性污泥的生物處理程序中將氨氮轉換成硝酸鹽氮而去除，然而在某些廢水中會存在有高濃度的氨氮，必須加以處理。對於高濃度的氨氮必須用特殊的生物處理程序來處理，例如硝化/脫硝程序或程序批次式活性污泥法(Sequential biological reactor, SBR)；此外也可以利用氣提(Stripping)方式來去除水中的氨氮。 　　氣提法是指利用氣體將水中的污染物質吹出的程序，通常氣提法會使用空氣來吹出水中污染物，所以又稱為空氣氣提法(Air stripping)。氣提法屬於一種物理處理程序，只要確定水中污染物是分子態具有揮發性質者，都可利用氣提法將其吹出去除。 二、氨氮氣提原理 　　具有揮發性(也就是會揮發成氣態)的物質其在水中溶解濃度的平衡可以用亨利定律(Henry’s law)來說明: PA = m X 其中 PA為揮發性物質在空氣中的分壓 m為常數 X為該揮發性物質在水中的濃度 　　上式中的常數一般與溫度有關，因此揮發性物質在水中的溶解濃度與溫度有明顯相關。以氨氮為例，溫度越高時氨氮越難溶解於水中，下表為氨氮在相同溶解濃度(X)下不同溫度時空氣中氨氮的分壓，可知溫度越高氨氮分壓越高，表示氨氮溶解度變小。 不同溫度下氨分壓與溶解濃度 溫度oC PA (mmHg) X (PPM, mg NH3/kg H2O) 0 0.0012 50 10 0.0189 50 20 0.0300 50 30 0.0479 50 40 0.0770 50 50 0.1110 50 　　除了空氣分壓對氨溶解度的影響外，氨溶解於水中會形成銨離子(NH4+)，其平衡反應式為: NH3 + H2O ( NH4+ + OH-平衡常數Kb=由上式可知當pH偏向鹼性時，水中的銨離子會轉換成氨分子，反之當偏向酸性時水中的氨多以銨離子的形態存在。在水中會揮發的是氨分子，所以要進行氣提去除時就必須要將水中的銨離子轉換為氨分子。 三、氣提程序理論空氣量計算 　　在氣提程序中主要是靠空氣將污染物吹出去除，因此空氣量的供應就是重要的關鍵之一。空氣量越多去除率越高，但是過高的空氣量並無法有效提高去除率反而浪費能源。因此，一般氣提法設計時都以理論空氣量的1.5 ~ 2倍為供氣量，並依此做為空氣幫浦的設計選用原則。 　　氣提程序為一逆流式的設計，即為水由上方進入而空氣供應是由底部供應，所以其反應器如下圖所示: 氨氮氣提塔示意圖 　　依據質量平衡定律（Mass balance），進流總和等於出流總和，以上圖為例，進流之氨氮總量為 Input = L(X0 + G(Y0 而出流總和為 Output = L(X1 + G(Y1 Input = Output ( L(X0 + G(Y0 = L(X1 + G(Y1 整理後得到 L(X0-X1) = G(Y1-Y0) 若出流水中氨氮濃度非常低，則X1(0，而一般空氣中氨的分壓極低，所以Y0(0，則上式可簡化成 而X0/Y1即為氨空氣濃度與其水中濃度的平衡關係，其可藉由平衡關係圖求得(如下圖) 氨空氣濃度與其水中濃度的平衡關係由圖中可知當溫度越高時X/Y越小，故可知所需的理論空氣量較少。因此氨氮氣提適合在較高溫度下操作，可節省空氣量。 不同溫度下氨氣提所需空氣量圖 四、氨氮氣提實驗 　　氨氮氣提是常見的物理處理程序，本實驗之主要目的主要是藉批次式的操作使瞭解氣提對氨氮的去除效果，並在不同條件下進行實驗以瞭解操作因子對氨氮氣提的影響。 4-1設備與器材 1. 空氣幫浦 2. 三角燒杯 3. 矽膠塞 4. 計時器 5. 抽氣過濾裝置 6. 氨氮測定計 7. 水浴衡溫設備 8. 氣體浮子流量計 9. 氨氣吸收瓶 4-2 試藥 1. 試驗廢水 2. 氫氧化鈉溶液 4-3 實驗方法與步驟 準備1000 mL三角燒杯內裝1000mL氨氮廢水。 將氣提瓶放置於水浴溫水槽中，待其溫度平衡到達設定值。 以氫氧化鈉溶液調整廢水之pH至設定值。 以矽膠塞塞住瓶口，氣體進口接管接上空氣幫浦、浮子流量計與出氣管(如下圖)。氣體出口接管接上氨氣吸收瓶(吸收液為1N 硫酸溶液)。 氣提設備圖 打開空氣幫浦調整浮子流量計至設定流量後計時。 每20分鐘抽取氣提瓶中樣本進行氨氮濃度分析直至實驗結束。 改變溫度後重覆上述實驗內容。 改變pH後重覆上述實驗內容。 改變空氣流量後重覆上述實驗內容。 4-4 實驗結果 　　整理實驗結果如下表: 氨氮濃度 時間 參數 0 min 20 min