次氯酸鈉氧化法去除電鍍廢水中的氨氮

胡小兵*，趙鑫，劉孔輝，葉星

（1.安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243032；2.安徽工業(yè)大學(xué)生物膜法水質(zhì)凈化及利用技術(shù)教育部工程研究中心，安徽 馬鞍山 243032）

電鍍是公認(rèn)的全球三大污染工業(yè)之一，電鍍廢水成分復(fù)雜、有毒物質(zhì)種類多，如不處理而直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害極大[1]。廢水中的鉻、鎳、銅、鎘、鋅等采用現(xiàn)有處理技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)回收[2-3]。生產(chǎn)中使用氨水、氯化銨等原料產(chǎn)生的氨氮大量存在于廢水中。李冰璟等[4]采用鐵碳微電解–水解酸化–好氧膜生物反應(yīng)器工藝去除電鍍廢水中的COD(化學(xué)耗氧量)和氨氮，但生化處理周期長(zhǎng)，運(yùn)行管理復(fù)雜?，F(xiàn)有其他處理技術(shù)主要是去除電鍍廢水中的有機(jī)污染物，還不能有效去除氨氮[5]。

次氯酸鈉(NaClO)是一種常用強(qiáng)氧化劑，已用于多種廢水處理[6-7]。張勝利等[8]用NaClO 氧化去除模擬廢水中的氨氮，效果顯著。顧慶龍[9]使用NaClO 氧化法去除二級(jí)生化出水中超標(biāo)的氨氮，出水氨氮可達(dá)標(biāo)排放。但有關(guān)NaClO 氧化法去除難處理工業(yè)廢水中氨氮的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文擬采用NaClO為氧化劑對(duì)電鍍廢水中的氨氮進(jìn)行處理，主要考察氧化劑投加量、pH、曝氣量等因素對(duì)氨氮去除效果的影響，探索NaClO去除電鍍廢水中氨氮的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 廢水來(lái)源

蘇州某金屬工藝品公司電鍍綜合廢水經(jīng)預(yù)沉淀池、折流反應(yīng)池、調(diào)節(jié)池、混凝沉淀池等構(gòu)筑物處理后，除氨氮外，出水中其他指標(biāo)均符合GB 21900–2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。取該公司電鍍廢水預(yù)處理出水為對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)，其氨氮含量為105～115 mg/L，pH 約為1.25。每次試驗(yàn)取200 mL 廢水，所用NaClO 溶液的有效氯含量為6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

1.2 水質(zhì)分析方法

氨氮按HJ 535–2009《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》，采用722s 可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)測(cè)定。pH 按GB/T 27500–2011《pH值測(cè)定用的復(fù)合玻璃電極》，用pHS-25 數(shù)顯pH 計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaClO 溶液投加量對(duì)氨氮去除率的影響

初步試驗(yàn)確定了pH=1.25、曝氣量為0.40 L/min、反應(yīng)時(shí)間為10 min，在此條件下考察NaClO 溶液的投加量對(duì)氨氮去除效果的影響，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 NaClO 投加量對(duì)氨氮去除效果的影響Figure 1 Effect of NaClO dosage on removal efficiency of ammonia nitrogen

由圖1 可知，氨氮去除率隨NaClO 投加量增大而提高，在NaClO 投加量為50 mL/L時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，隨后繼續(xù)增大NaClO 溶液的投加量，氨氮去除率不再增大，表明廢水中能被氧化的氨氮基本已被氧化完全，出水氨氮小于8 mg/L，去除率達(dá)94.59%。從理論上分析，要將1 g 氨氮全部氧化需要7.60 g 有效氯[9]，則氧化1 L電鍍廢水中0.11 g 氨氮需要13.9 g NaClO 溶液，即需要15.30 mL 的NaClO 溶液。由于廢水中所含氰化物和有機(jī)添加劑等還原性物質(zhì)也要消耗 NaClO，因此NaClO 實(shí)際消耗量遠(yuǎn)超理論消耗量，至少要50 mL/L。

2.2 pH 對(duì)氨氮去除率的影響

圖2 pH 對(duì)氨氮去除效果的影響Figure 2 Effect of pH on removal efficiency of ammonia nitrogen

在NaClO投加量為50 mL/L、曝氣量為0.40 L/min、反應(yīng)時(shí)間10 min 的條件下，將進(jìn)水pH 調(diào)節(jié)至不同值，考察pH 對(duì)NaClO 去除氨氮效果的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2 可知，隨pH 升高，氨氮的去除率先下降后上升。pH為1.25時(shí)，氨氮去除率最高，達(dá)95.09%，但在pH為1.25～3.00 范圍內(nèi)迅速下降。由NaClO +H2O → HClO+NaOH 的反應(yīng)可知，由于pH 升高，NaClO 溶液的氧化性能降低，導(dǎo)致氨氮去除率下降[8,10]。由于NH4+? NH3+H+，當(dāng)pH 趨向于堿性時(shí)，水樣中的分子態(tài)NH3所占比例越高，氨氮越容易被氧化[8]，因此，在pH為3.00～6.00 范圍內(nèi)，氨氮去除率隨pH升高而增大，峰值達(dá)86.07%。當(dāng)pH 高于6時(shí)，隨pH升高，氨氮去除率變化不大。因此，低pH 有利于NaClO對(duì)氨氮的氧化。

為考察NaClO 氧化對(duì)改善廢水pH 的作用大小，測(cè)定了反應(yīng)前后pH 的變化，結(jié)果如圖3 所示。出水pH 隨著反應(yīng)前溶液pH 的增大而增大。在進(jìn)水pH為1.25～6.00 范圍內(nèi)，反應(yīng)后溶液pH 大幅升高；反應(yīng)前溶液pH 大于6時(shí)，出水pH 基本穩(wěn)定，保持在10 左右，高于GB 21900–2008 中pH為6～9 的要求。結(jié)合圖2 可知，低pH 有利于氨氮的去除，出水pH 也低，可減少后續(xù)處理中因調(diào)節(jié)pH 而投加藥劑的成本。因此，進(jìn)水pH 應(yīng)控制在1.50 左右為好。

圖3 反應(yīng)前后的pH 對(duì)比Figure 3 Comparison of pH before and after reaction

2.3 曝氣對(duì)氨氮去除率的影響

有研究表明，曝氣可加快一些反應(yīng)的速率，提高反應(yīng)程度[11-12]。因此，為促進(jìn)NaClO 對(duì)氨氮的氧化，采用曝氣的方式進(jìn)行攪拌，使氧化劑與廢水充分混合。在pH=1.50、反應(yīng)時(shí)間為10 min、NaClO 溶液投加量分別為30、40和50 mL/L 的條件下，考察不同曝氣量對(duì)氨氮去除率的影響，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 曝氣量對(duì)氨氮去除效果的影響Figure 4 Effect of aeration rate on removal efficiency of ammonia nitrogen

由圖4 可知，曝氣量從0.20 L/min 增加到1.00 L/min時(shí)，不同藥劑投加量下的氨氮去除效果幾乎沒(méi)有變化。這是因?yàn)檠鯕獾难趸阅苓h(yuǎn)遠(yuǎn)低于HClO[7]，且由于該反應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束，因此曝氣對(duì)氨氮去除基本沒(méi)有影響。為再次驗(yàn)證曝氣對(duì)氨氮去除沒(méi)有影響，對(duì)比了pH=1.50、反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)曝氣(曝氣量為0.40 L/min)下和機(jī)械攪拌(攪拌速率為100 r/min)對(duì)氨氮去除率的影響，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 攪拌方式對(duì)氨氮去除效果的影響Figure 5 Effect of agitation method on removal efficiency of ammonia nitrogen

由圖5 可知，3種投加量在2種攪拌方式下的氨氮去除率基本相同。因此，曝氣的作用只是使NaClO 溶液與廢水完全混合，不能起促進(jìn)氧化和提高氨氮去除效率的作用。工程中可使用其他成本較低的混合攪拌方式來(lái)代替曝氣，或可以在有攪拌的后續(xù)處理工藝中投加NaClO，以節(jié)約工程成本。

3 結(jié)論

(1)NaClO 氧化法能有效去除電鍍廢水中的氨氮，使出水氨氮指標(biāo)符合GB 21900–2008 要求，且該工藝運(yùn)行簡(jiǎn)單、操作靈活、維護(hù)方便。

(2)在pH=1.25、曝氣量0.40 L/min、反應(yīng)時(shí)間10 min 以及NaClO 溶液(有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%)投加量為50 mL/L 條件下，氨氮去除率最高，達(dá)到94.59%，出水氨氮僅為6.12 mg/L，且此時(shí)的NaClO 溶液投加量較少。綜合考慮運(yùn)行成本、氨氮去除率和有利于出水pH 達(dá)標(biāo)排放，宜將反應(yīng)前廢水pH 控制在1.50 左右。

(3)曝氣量對(duì)氨氮去除沒(méi)有影響，曝氣對(duì)氨氮氧化和去除效率的影響不大，只起與機(jī)械攪拌相同的混合作用，因此可采用成本較低的攪拌方式來(lái)進(jìn)行藥劑與廢水的混合。

(4)實(shí)際工程中，藥劑與水樣的混合時(shí)間也是氨氮氧化反應(yīng)的主要因素之一，因此今后應(yīng)在中試條件下研究NaClO 溶液與大體積水樣的完全混合時(shí)間。

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