折點(diǎn)加氯技術(shù)處理農(nóng)藥廢水中氨氮的研究

楊洪新，胡金玲，姜雪松，馬文靜

（沈陽化工研究院設(shè)計(jì)工程有限公司，沈陽 110021）

氨氮廢水處理方法主要有3種，分別為物理法、化學(xué)法、生物法[1]。物理法與化學(xué)法又分為離子交換法、吸附法、電化學(xué)氧化法、折點(diǎn)氯化法等[2]。離子交換法雖能去除部分氨氮，但存在交換劑的交換容量有限，交換劑使用需要改性、脫附等問題；吸附法目前應(yīng)用較少，主要原因是尚未找到價(jià)格合適、性能良好的吸附材料；電化學(xué)氧化法受電極材料的限制，能耗偏高，不屬于主流處理工藝；生物法目前應(yīng)用最廣，但是只適合處理低濃度氨氮廢水，而且存在處理時(shí)間較長(zhǎng)，效果不穩(wěn)定，占地面積大等問題。相比之下，折點(diǎn)加氯法處理氨氮廢水效果較好，具有設(shè)備簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單、處理效果好的優(yōu)點(diǎn)。因此，采用折點(diǎn)加氯法處理農(nóng)藥企業(yè)高氨氮廢水。

本實(shí)驗(yàn)旨在考察折點(diǎn)加氯技術(shù)對(duì)氨氮廢水的處理效果，確定氨氮初始濃度、反應(yīng)體系pH值、反應(yīng)時(shí)間、藥劑投加比例對(duì)氨氮去除效果的影響，確定最優(yōu)反應(yīng)參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和試劑

實(shí)驗(yàn)用水取自某農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)不同生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)廢水。試劑采用工業(yè)級(jí)次氯酸鈉，有效氯為10%，密度為1.18 g/cm3。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

折點(diǎn)加氯法處理氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置主要由磁力攪拌器、反應(yīng)器、藥劑投加裝置組成。為防止有害氣體外溢污染環(huán)境，整個(gè)實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。

圖1 折點(diǎn)加氯處理氨氮廢水實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

量取定量氨氮廢水于燒杯中，采用NaOH和H2SO4水溶液調(diào)節(jié)模擬廢水pH值，用滴管緩慢滴入次氯酸鈉水溶液，磁力攪拌促進(jìn)藥劑與廢水充分接觸，間隔一定時(shí)間取樣進(jìn)行分析，測(cè)定廢水中氨氮質(zhì)量濃度。

1.4 實(shí)驗(yàn)原理

折點(diǎn)加氯法處理氨氮廢水的原理如以下方程式所示[3]。

向水中通入氯氣，氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸與水中氨氮反應(yīng)生成一氯胺，隨著氯氣投加量的增加，氨氮被完全轉(zhuǎn)化。生成的一氯胺繼續(xù)與次氯酸反應(yīng)，最終生成氮?dú)狻１緦?shí)驗(yàn)采用次氯酸鈉代替氯氣，考察次氯酸鈉對(duì)氨氮廢水的處理效果，確定最優(yōu)參數(shù)。

1.5 分析方法

按照《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）[4]測(cè)定廢水中氨氮質(zhì)量濃度，計(jì)算氨氮去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 氨氮初始質(zhì)量濃度對(duì)氨氮去除率的影響

取不同生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)廢水，氨氮質(zhì)量濃度分別為100、150、200 mg/L，在反應(yīng)體系pH值為7，反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，在m（Cl2）∶m（N）相同的條件下，氨氮初始質(zhì)量濃度越高，氨氮去除率越低。當(dāng)m（Cl2）∶m（N）為8.6∶1.0時(shí)，初始質(zhì)量濃度100、150、200 mg/L的氨氮廢水中氨氮去除率分別83%、58%、33%，氨氮去除率差異較大。結(jié)果表明，氨氮質(zhì)量濃度越高，氨氮越難被去除。若需提升氨氮的去除效果，則需要投加更多的藥劑，進(jìn)而造成運(yùn)行成本增加。綜上所述，折點(diǎn)加氯技術(shù)適合處理較低質(zhì)量濃度的氨氮廢水。

圖2 氨氮初始質(zhì)量濃度對(duì)氨氮去除率的影響

2.2 m（Cl2）∶m（N）對(duì)氨氮去除率的影響

在氨氮初始質(zhì)量濃度為100 mg/L，反應(yīng)體系pH值為7，反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖 3 m（Cl2）∶m（N）對(duì)氨氮去除率的影響

由圖3可以看出，隨著m（Cl2）∶m（N）的增大，氨氮去除率也隨之增加，說明m（Cl2）∶m（N）的提高有利于氨氮的去除。當(dāng)m（Cl2）∶m（N）由7.6∶1.0增加至8.2∶1.0時(shí)，氨氮去除率由61%升至80%，去除率增長(zhǎng)較快；當(dāng)m（Cl2）∶m（N）由8.2∶1.0增加至8.6∶1.0時(shí)，氨氮去除率由80%升至83%，去除率增長(zhǎng)緩慢。對(duì)于100 mg/L的氨氮溶液，當(dāng)m（Cl2）∶m（N）=8.2∶1.0時(shí)，氨氮去除效果較好，繼續(xù)增加Cl2用量，氨氮去除率升高不明顯，而且還會(huì)造成余氯的增加。因此，m（Cl2）∶m（N）為8.2∶1.0，氨氮去除效果最理想。

2.3 反應(yīng)體系pH值對(duì)氨氮去除率的影響

在氨氮質(zhì)量濃度為100 mg/L，m（Cl2）∶m（N）為8.2∶1.0，反應(yīng)時(shí)間為30 min條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

當(dāng)反應(yīng)體系pH值由4升至7時(shí)，氨氮去除率逐漸升高。當(dāng)反應(yīng)體系pH值為4時(shí)，氨氮去除率為62%；當(dāng)反應(yīng)體系pH值為7時(shí)，氨氮去除率達(dá)到最大值，為80%；當(dāng)反應(yīng)體系pH值由7升至9時(shí)，氨氮去除率下降；當(dāng)反應(yīng)體系pH值為9時(shí)，氨氮去除率降至67%。結(jié)果表明，折點(diǎn)加氯反應(yīng)適宜在中性條件下進(jìn)行。主要原因是：pH值較低時(shí)，制約反應(yīng)（2）的進(jìn)行，從而影響處理效果；而pH值較高時(shí)，次氯酸鈉分解成有效氯的反應(yīng)受阻，也對(duì)結(jié)果有較強(qiáng)的影響[5]。

圖4 反應(yīng)體系pH值對(duì)氨氮去除率的影響

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮去除率的影響

在氨氮質(zhì)量濃度為100 mg/L，m（Cl2）∶m（N）=8.2∶1.0，反應(yīng)體系pH值為7的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，氨氮去除率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在10～30 min時(shí)，氨氮去除率增長(zhǎng)較為明顯；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間在30～60 min時(shí)，氨氮去除率增長(zhǎng)較緩。結(jié)果表明，折點(diǎn)加氯技術(shù)氨氮去除效果在30 min時(shí)基本達(dá)到最佳，此時(shí)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。因此，對(duì)于氨氮廢水，30 min是最理想的處理時(shí)間。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響

3 結(jié)論

折點(diǎn)加氯技術(shù)對(duì)氨氮初始質(zhì)量濃度為100 mg/L的廢水處理效果較好，此時(shí)藥劑投加量較少，運(yùn)行成本較低。對(duì)于氨氮質(zhì)量濃度為100 mg/L的廢水，當(dāng)m（Cl2）∶m（N）=8.2∶1.0，反應(yīng)體系pH值為7，反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，氨氮處理效果較好，處理后氨氮質(zhì)量濃度降至20 mg/L，氨氮去除率達(dá)到80%。