1. Vantaggi e svantaggi dell'air stripping
Vantaggi: lo stripping ad aria è efficace per il trattamento delle acque reflue ad alta-concentrazione di azoto ammoniacale grazie al suo processo semplice, all'effetto di trattamento stabile e ai bassi costi operativi e di infrastruttura, che lo rendono estremamente pratico.
Svantaggi: l'affluente e l'effluente richiedono un aggiustamento del pH; senza assorbimento di acido, il gas di ammoniaca estratto entra nell'atmosfera insieme all'aria, causando inquinamento secondario; e le acque reflue ad alta-durezza sono soggette a gravi incrostazioni.
2. Fattori che influenzano lo stripping dell'aria
1) pH
L'azoto ammoniacale nell'acqua esiste principalmente in equilibrio tra gli ioni ammoniaca (NH4+) e l'ammoniaca libera (NH3). La relazione di equilibrio è la seguente:
NH4+ + OH- → NH3 + H2O (1)
L'equazione (1) è influenzata dal pH. Quando il pH è elevato, l’equilibrio si sposta verso destra, determinando una maggiore proporzione di ammoniaca libera. Quando il pH è intorno a 11, l'ammoniaca libera rappresenta circa il 90%.
2) Temperatura
La distribuzione percentuale tra ammoniaca e ioni ammoniaca può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
Ka=Kw / Kb=(CNH3·CH+) / CNH4+ (2)
Come si può vedere dalla formula (2), il pH è uno dei principali fattori che influenzano la percentuale di ammoniaca libera nell'acqua. Inoltre, anche la temperatura influenza l'equilibrio della reazione (1); all’aumentare della temperatura l’equilibrio si sposta a destra. I dati rilevanti mostrano che quando il pH è maggiore di 10, il tasso di dissociazione è superiore all’80%, e quando il pH raggiunge 11, il tasso di dissociazione arriva fino al 98%, con un effetto minimo dalla temperatura.
3) Rapporto gas-liquido:
Il rapporto gas-liquido si riferisce al rapporto volumetrico tra l'aria (vapore) e l'obiettivo di rimozione (ammoniaca-contenente acque reflue).
Due fattori influenzano il trasferimento dell'ammoniaca dall'acqua all'atmosfera: uno è la tensione superficiale all'interfaccia acqua-aria; l'altro è che la tensione superficiale alla differenza di concentrazione di ammoniaca all'interfaccia è la più piccola, con conseguente maggiore rilascio di ammoniaca gassosa. Se si formano goccioline d'acqua, l'aumento della quantità di ammoniaca gassosa trasferita sarà molto piccolo. Pertanto, la formazione ripetuta di goccioline d'acqua aiuta a rimuovere l'ammoniaca. La differenza di concentrazione dell'azoto ammoniacale nell'acqua e nell'atmosfera è la forza trainante per il trasferimento dell'ammoniaca gassosa. Per ridurre al minimo la concentrazione di azoto ammoniacale attorno alle gocce d'acqua, l'aria deve essere fatta circolare rapidamente. Agitare le goccioline d'acqua con aria contenente una bassa concentrazione di ammoniaca gassosa aiuta ad accelerare il rilascio di ammoniaca.
Per un dato volume di acque reflue, l’aumento del volume del gas aumenta la forza motrice del trasferimento di massa, il che è vantaggioso per lo stripping dell’azoto ammoniacale. Tuttavia, volumi e velocità di gas eccessivamente grandi ostacoleranno il normale flusso delle acque reflue lungo il materiale di imballaggio, o addirittura ne impediranno il deflusso, provocando allagamenti. Pertanto, per un dato volume di acque reflue, il rapporto minimo tra liquido-e-gas è controllato dalla velocità del gas di allagamento; tuttavia, quando il volume influente è piccolo, consuma una grande quantità di energia, quindi i processi di strippaggio dell'azoto ammoniacale generalmente controllano il rapporto gas-a-liquido intorno a 3000.