目前去除水中氨氮的主要方法有吹脱法、生物脱氮法、化学氧化法和膜分离法。其中膜分离法的最大特点是可以在常温、常压的条件下浓缩并回收废水中的氨，能耗低、无二次污染产生，实现了含氨废水的资源化。在膜分离方法中，气态膜法去除氨氮是主要方法之一。

气态膜也被称之为支撑气膜、透膜解吸-吸收、气膜吸收或膜吸收，是基于疏水微孔膜的分离过程，以膜两侧蒸汽压差为推动力，将膜技术与化学吸收方法相结合的分离技术。特别适合溶液中挥发性物质的分离、提纯与浓缩，如NH3、CO2、SO2、胺和苯酚等。目前，气态膜法在生物医疗领域、废气废液的处理、生物发酵领域等都得到了广泛研究。在氨氮废水处理方面，气态膜法脱氨已得到了广泛的研究，但已报到的实际应用较少。仅王艳霞等对采用气态膜处理五氧化二钒废水中的氨氮进行了中试，膜丝材质为PP中空纤维膜，吸收酸为稀硫酸，通过连续实验表明通过二级气态膜，废水NH4+-N的质量浓度能从800mg/L降低至15mg/L以下。

在采用活性炭脱硫脱硝净化烧结烟气的工艺中，吸附饱和的活性炭在高温解吸时会产生含高二氧化硫、高粉尘、高盐分的复杂解吸气体，该气体从解吸塔排出后送至制酸系统制备硫酸。为保证硫酸品质及制酸系统的稳定性，需采取湿法洗涤对解吸气体进行洗涤、除杂，由此产生了脱硫脱硝制酸洗涤废水。受烧结烟气污染物种类的影响，烧结脱硫脱硝制酸废水的特征为NH4+-N(质量浓度>10g/L)及盐分（质量分数>30%)含量高，但金属离子含量低。根据报道，高含量的盐分对氨具有盐析效应，可促进脱氨过程的传质，从而有利于气态膜法对NH4+-N的脱除。气膜法为常温、常压反应，当废水中含有与氨络合的重金属离子，可能存在膜系统堵塞和NH4+-N去除率低的不足而烧结原料中重金属离子较少，因此，在处理NH4+-N时，可不用考虑重金属离子-氨络合的问题。这也是采用气态膜法处理烧结脱硫脱硝制酸废水的前提。

为进一步拓宽气态膜的应用，本研究以某钢铁厂烧结工序脱硫脱硝制酸产生的超高NH4+-N含量废水为处理对象，在设定工艺参数下，系统分析其实际运行处理效果，以期为气态膜法处理高NH4+-N含量废水提供参考。

1、实验部分

1.1 废水规模及水质

废水处理规模为200m3/d。废水取自经过预处理后的中间水池，溶液pH约12，温度约30°C。NH4+-N含量较高，且盐分和COD也远远超过一般工业废水，其COD为1.2~1.5g/L，NH4+-N、Cl-的质量浓度分别为10~40、33~45mg/L，SS的质量浓度<100mg/L，各类金属离子的质量浓度<2mg/L。该废水处理难度较大，国内外尚无可借鉴的工艺技术。

1.2 工艺流程

工艺流程如图1所示。

工业应用的气态膜材质为聚丙烯（pp)，吸收酸为稀硫酸。实际使用时，疏水性微孔pp膜把含氨废水和稀硫酸分隔于膜两侧，废水在膜丝外侧，稀硫酸在膜丝内侧循环，即外压式透过膜。

由于废水中NH4+-N会在碱性下转化为挥发性的NH3，当废水进人膜组件后，在膜两侧NH的含量差的推动下，废水中的NH3会在废水微孔膜界面汽化挥发，从而实现废水中NH4+-N的去除：挥发出的NH3由膜丝外侧通过膜壁微孔扩散至内侧，与稀硫酸反应生成不挥发的(NH4)2SO4而被回收。

1.3 主要参数

气态膜组件参数：选用PP中空纤维膜，外壳采用硬聚氯乙烯(UPVC)材质。膜丝内外径0.3~0.4mm，外形尺寸25.4cmx711.2cm，膜微孔孔径20~80nm，孔隙率>50%，单支膜面积>100m2。

膜组件工作参数：跨膜压差(TMP，膜丝废水侧与稀硫酸侧的压差）控制为10kPa设计单支膜处理量为2m3/h；设计接触时间3min，膜组件内废水体积流量6.2~8m3/h，稀硫酸流速25~50m3/h。废水侧采用6支膜串联使用，吸收酸侧采用并联使用。

其他参数：保安过滤器滤芯为PP热熔滤芯，有效滤径为5μm。

2、结果与讨论

2.1 NH4+-N处理效果

根据脱氨膜性质，影响脱氨效率的工艺参数包括温度、吸收酸酸度、压力、酸流M、废水碱度、废水流量。根据调试，确定优化的工艺参数条件为：温度40°C，吸收酸酸度pH为1.6，进水压力队为0.1MPa，进酸压力Pa为90kPa，酸体积流量办qva=30m3/h，废水pH为12，废水体积流量qvw为7m3/h。废水系统正常运行后，随机取样进行检测分析，结果如图2所示。

由图2可知，气态膜能有效去除NH4+-N，出水NH4+-N的质量浓度<15mg/L，最低为1.2mg/L，满足GB13456―2012的排放要求。且虽然进水NH4+-N的质量浓度在11.4~38.2g/L波动，但出水NH4+-N含量较稳定，表明气态膜具有较好的抗波动能力。

将脱氨效率折算成单支膜平均脱氨率，如图3所示。

由图3可知，8批次的单支膜平均脱氨率波动较少，单支膜脱氨率在72.8%~79.1%变化，平均约为75.2%。这说明气态膜处理效果较为稳定。然而对比王艳霞等的研究结果可知，本研究所用气态膜的单支膜脱氨率较低，文献报道的单支膜脱氨率平均为86.3%w。这可能与文献中所用的气态膜生产工艺和结构不同有关，其所用的膜为内压式，即废水在膜丝内侧，稀硫酸在膜丝外侧循环。因为气态膜脱除NH4+-N的原理为将废水中NH4+-N扩散至稀酸侧。膜处理设备运行是，膜丝内侧工作压力一般会大于膜丝外侧压力。因此，当废水通过内压式气态膜时，废水侧的压力会有利于NH4+-N的扩散，从而提高NH4+-N脱除率。

2.2 连续NH4+-N处理效果

废水系统投人使用后，出水能稳定达标。出水NH4+-N采用在线NH4+-N分析仪进行检测，3个循环再生周期内（30d)的出水NH4+-N含量如图4所示。

由图4可知，出水NH4+-N含量较稳定，质量浓度均低于15mg/L。脱氨膜运行一段时间后，出水NH4+-N含量有略上升，即脱氨效率会发生下降。主要原因为少量未被保安过滤器拦截的物质进人脱氨膜，并附着在脱氨膜表面，掩蔽了部分膜孔，从而降低了氨气透过膜的效率，进而导致脱氨率下降。但该影响为可逆的，通过盐酸再生清洗后，脱氨效率可恢复。通过研究，暂定脱氨膜再生清洗频率为10d清洗1次，其频率可根据实际出水NH4+-N含量进行调整。

2.3 硫酸按产品品质

NH4+-N从废水中挥发后转移到吸收液稀硫酸中，生成硫酸铵产品。由于吸收酸测为典型的酸碱中和反应，因此，其吸收酸的酸度会直接影响气态膜的NH4+-N去除率。研究表明，当吸收剂中硫酸铵的质量分数超过20%后，NH4+-N脱除率会发生大幅度下降，需要重新更换稀硫酸。但若硫酸铵含量较低，其进一步浓缩结晶制备硫酸铵间体时，存在浓缩能耗大的不足。因此，在实际运行时，控制硫酸铵的质量分数在10%~18%。对硫酸铵抽样检测分析，其结果如表1所示。

由表1可知，硫酸铵的质量浓度最低为10.62%、最高为18.04%，满足酸吸收的要求。同时，可通过进一步浓缩结晶制备为硫酸铵固体。

3、结论

通过长期运行跟踪，在良好设计和过程控制的基础上，采用气态膜处理高NH4+-N含量废水时，具有稳定性高、抗波动能力强的特点。出水NH4+-N的质量浓度均低于15mg/L，最低为1.2mg/L，满足GB13456―2012排放限值要求。采用外压式透过膜，其单支膜脱氨率平均约为75.2%；副产的硫酸铵品质稳定，质量分数在10%〜18%。（来源：中冶长天国际工程有限责任公司，国家烧结球团装备系统工程技术研究中心，宝钢湛江钢铁有限公司炼铁厂）