本文2024年5月14日首发于公众号：“胖先生的水处理日记”，如果您想提前学习更多水处理知识，欢迎搜索关注，提前看胖哥更多有趣的水处理日记！
大家好，欢迎来到胖先生的水处理日记，我是你们的老朋友，胖哥。
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昨天，有位水友加胖哥好友。胖哥通过后，水友直接发了胖哥以前的一篇日记，然后留言说：
“胖哥，下次再有类似的项目，记得找我，我有更好的解决办法啊！”
我很好奇啊，到底是啥项目呢？于是就点开了自己写的那篇日记。
等看完后，我才恍然大悟，原来是以前我做的一个火电厂高氨氮废水的项目。
这股水是那家火电厂脱硫脱硝工艺段产生的高氨氮废水，氨氮值不稳定，高的时候有一千多，低的时候也得有好几百。
但这股水比较奇特，除了氨氮外，水中还有大量的镁离子，至于COD什么的，反倒是低的很，撑死了也就五六十的水平。针对这个情况，我当时给业主提供了三套工艺选择。
（1）用AO生化工艺，缺点就是占地面积大，碳源投加量高，对工人的运营要求高；
（2）用磷酸铵镁沉淀工艺，毕竟镁和氨都是现成的，只要加磷就行了，缺点就是泥多，还不是一般的多；
（3）用电催化，优点是占地少且自控好，缺点就是造价略贵。
最后业主选的第三种方案。
那位说了：“为啥不用折点氯化工艺呢？”
好家伙，就按照500mg/L氨氮计算吧，要想达到＜3mg/L的标准，每吨水你至少得加10%浓度的次钠溶液50公斤，相当于5%的投加量。
这么大的量，那股气味，用方圆十里寸草不生来形容，都丝毫不为过。
说远了，咱接着回到今天的正题。看到这位水友发来的这篇日记和留言后，我第一个念头就是莫非他还有别的什么更好的选项吗？
我掰着手指头琢磨，除了我给出的这些选项外，无非就是汽提蒸氨、调碱吹脱，再不济就是离子树脂交换。
问题是这些选项人家业主都已经PASS掉了。
想玩这些后，我才询问水友：“您所谓的更好的解决办法，是什么呢？”
不多时，水友发来信息：“你在那篇文章中提出的策略，都是对氨氮采取就地消灭的政策，而我则不一样，我准备对其实行招安的政策，让它们为我所用！”
我更好奇了，于是也不说话，就等着他继续回复。
“我的选择，是采用膜接触器的方式，来回收氨氮！”
我一愣，接触器？那不是电气元件吗，怎么还能脱氨？
水友无奈，换了个说法：“就是PVDF脱氨膜！”
我恍然大悟，原来是脱氨膜，这个我还真就没有考虑到。
但细细一想，我的这股废水的氨氮含量高，SS和COD含量又极低，还真得是挺适合脱氨膜的。
但实话实说，对于脱氨膜，我也仅仅只是了解，并没有实际应用过。
但是遇高人岂可交臂而失之？
这次人家专业的都找上门来了，不好好请教下，那觉不符合我的做事原则。
于是我就让水友给介绍介绍他家的产品，以及应用的具体实例情况。
水友倒也爽快，直接和我聊了起来。
说起脱氨膜的工作原理，和普通的反渗透膜、超滤纳滤膜的差别很大。脱氨膜工艺是将膜与传统吹脱及吸收过程相结合的一种新型分离技术，含NH4-N废水流动在膜组件的壳程（中空纤维膜丝的外侧），酸性吸收液流动在膜组件的管程（中空纤维的内侧）。由于NH4-N在水中存在离解平衡：
NH4++OH-⇌NH3+H2O
因此当废水中pH提高或者温度上升时，上述平衡将会向右移动，NH4+变成游离的气态NH3。
由于脱氨膜是一种疏水性的中空纤维膜，含氨废水经过膜丝表面时，水被隔离在膜丝外部，而气态氨氮则渗透到膜丝内部被酸性吸收液吸收，又变成离子态的NH4+。
当保持废水的pH在10以上，并且温度在35~50 ℃时，废水相中的NH4+就会源源不断地变成气态NH3向吸收液相迁移，从而达到脱除NH4-N的目的。
而随着吸收液在管程内不断循环，形成副产物，可被回收利用。
整个过程中的吸收剂一般是酸性溶液，以H2SO4居多，得到的副产物为(NH4)2SO4，是一种高效的氮肥材料，价格老贵了。
而超滤纳滤反渗透，则是通过不同压力梯度，实现水和盐份的分离。
简言之，脱氨膜是一透气但不透水的膜，而超滤纳滤反渗透膜则是一种透水膜（H2O和NH3分子都能透过，所以反渗透膜是截留不住氨氮的）。
至于脱氨膜的材质，目前市场上一般是PP、PTFE和PVDF的。
但相比较于这种常规知识，我更关心的是脱氨膜的实际应用情况。
水友告诉我，目前脱氨膜最适合几百甚至几千毫克升的氨氮去除。并且出水氨氮值也比较高，无法直接达到排放标准，且对于进水的SS、COD等也有一定的要求。
因此其常见的工艺组合为超滤+脱氨膜+好氧生化，或者和其他氨氮的深度处理技术联用，例如电催化、折点氯化等。
我又问：“脱氨膜能放在生化工艺的后段吗？”
水友干脆了当的告诉我没戏，几十一百的氨氮用脱氨膜的意义不大，它的重叠区间和吹脱、汽提工艺是接近的。
至于应用成本，水友说他们家的脱氨膜寿命，一般能用2~3年。
在充分考虑膜组件折旧费的前提下，相对传统吹脱（汽提）脱氨，用脱氨膜工艺代替的话，每年节省的运行费用就能完全收整个项目的投资成本。
水友侃侃而谈，给我描绘了一副宏大的蓝图。
但我还是比较关心这种产品的实际应用效果。
水友很爽快的给我发来了他们在一家火电厂的中试报告。
这点我得给他点个赞，有些厂家对于一些实验报告看的比命都重，只会没有任何数据的瞎忽悠，又如何能让人相信其效能呢？
当然，我说的是那种应用性质的实验报告，要是研发类型的实验报告，那当然不能给外人看。
水友实验中所用的蒸氨膜分为两种，一种为内压式，也即膜丝内部为含氮废水，外侧为空气侧，一种为外压式，也即膜丝内部为空气侧，外侧为含氮废水。
但水友后续针对两种膜的实验结果表明，二者的脱氮通量差异并不明显，实验结束时，内压型出水剩余氨氮浓度为520mg/L，氨氨脱除率49.5%，脱氮通量为0.2g/(m²·h)。
外压型出水剩余氨氮浓度为540mg/L，氨氮脱除率47.6%，脱氮通量为0.2g/(m²·h)。
两种膜接触器的效率整体接近，但由于内压型膜丝内侧走水，易发生膜丝污堵且恢复清洗困难，故在后续的实验中均采用外压型脱氨膜开展实验。
还有就是，水友这次试验并没有用酸吸收液吸收挥发的NH3，而是在后端单独设置了氨吸收装置，如下图所示。
通过上述工艺流程图，可知含氨氮废水首先进入收集池，然后经提升泵输送至保安过滤器滤除大颗粒杂质，再进入调质水箱。
调质水箱外部设置保温层，利用低压蒸汽通过表面式加热提升水温至45~50℃，然后再利用30%浓度的NaOH溶液，调节pH至11.0~11.5，使废水中的氨氮几乎都以NH3形式存在。
然后经循环泵进入PVDF脱氨膜，在膜内通过透膜解析过程，使液侧挥发NH3通过气膜扩散进入气侧，再降低气侧氨分压，使传质过程高效连续进行，实现氨水分离。
针对气相侧的真空度，水友分别试验了-0.03~-0.07MPa，发现真空度越大，系统脱氮速率越快，因此最终确定的真空度为-0.07MPa左右。
分离得到的部分氨气直接回用至脱硝系统，另一部分氨气则通过氨喷淋-吸收装置形成氨水并回用至燃煤电厂锅炉给水加氨系统。
当然了，这里面的主角是脱氨膜。
水友自豪的告诉我说，这两种产品都是他们公司自己生产的，其膜丝材质都为PVDF，两种膜的规格均为ψ25×70cm，外壳材料为UPVC。
单只膜的膜面积为105m²，疏水膜丝外径0.3mm，内径0.2mm，孔隙率69.5%，平均孔径0.328μm，膜丝表面与水接触角为138°。
中试设备中每种膜各4只，以并联模式安装于固定架上，形成疏水膜系统，如下图所示。
我看完后的第一感觉，就是光看外观的话，这玩意儿和普通的超滤膜系统几乎没啥区别。
他们的实验用水和我之前的那个项目基本没差别，氨氮平均值在1000mg/L左右，pH在6~9之间波动。
我看水友的实验结果，基本上氨氮值在1000mg/L左右的原水，在经过了脱氨膜处理后，能够维持在500mg/L左右的出水水平，相当于氨氮的去除率在50%左右。
我眉头一皱，这效率有点低啊。
水友对此毫不在意。
他很坦诚的说这种工艺更适用于高浓度含氨废水的脱氮处理，且不宜设置过低的循环液氨氮浓度作为系统运行的终点。
说白了就是以回收氨为目的，奔着高浓度氨氮废水的前半段去的。
至于后半段，还得交给普通的氨氮去除手段来搞定。
或者你不计成本的增加膜的数量，也能达到一个比较低的出水氨氮值。
但从经济性上来说，就不划算了。
我点点头，水友说的没错。
水处理技术就是这样，没有十全十美的，又便宜又好用，还能适应于任何应用场景，那是纯做梦。
和水友的交流大致就这些了。
感谢他的分享，让我打开了很多新的思路。
以后再遇到同类型的水，这不就又多了一种技术选项吗？
最后，十分感谢您关注胖哥的水处理日记，咱们下次继续聊水处理的那些事儿。
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写在文末：我是胖先生，专注于污水处理技术研发10年有余，注册环保工程师，注册给排水工程师，环境保护高级工程师。
作为一名环保老兵，我会不定期在本公众号分享有关于水处理技术上的个人心得、经验和一些有趣的案例故事，欢迎大家关注、分享。
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