折點(diǎn)氯化法處理化工皂化污水中氨氮的實(shí)驗(yàn)研究

寧方敏

（濱化集團(tuán)股份有限公司，山東濱州 256600）

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例及文獻(xiàn)資料介紹，工業(yè)化工廢水中氨氮處理的主要方法有生物脫氮法[1]、折點(diǎn)加氯法[2]、離子交換法[3]、MAP法[4]、空氣吹脫法[5]、蒸氨法、電催化氧化法、化學(xué)沉淀法[6]等。處理氨氮方法雖各有特點(diǎn)，但也具有局限性：或運(yùn)行費(fèi)用高、設(shè)備投資大，能耗多；或造成大氣污染等問(wèn)題。針對(duì)化工廢水主要來(lái)源于環(huán)氧丙烷皂化污水，從經(jīng)濟(jì)成本和設(shè)備投資方面對(duì)皂化污水中氨氮含量處理，采用折點(diǎn)氯化法，該方法具有操作簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定、反應(yīng)速度快、除氮效果好等特點(diǎn)[7]。本文以公司氯堿副產(chǎn)—次氯酸鈉溶液對(duì)皂化污水做氧化處理實(shí)驗(yàn)，探究溶液pH、溫度、次氯酸鈉加入量、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)去除氨氮的影響，以達(dá)到有效降低氨氮含量的目的。

1 方法原理

折點(diǎn)氯化法是將次氯酸鈉或氯氣通入含氨氮的廢水中，利用 ClO-或Cl2將廢水中的NH4+氧化成 N2進(jìn)行排放，以實(shí)現(xiàn)去除氨氮的目標(biāo)。其反應(yīng)方程式為：

在此反應(yīng)中，持續(xù)不斷通入氯氣或次氯酸鈉溶液，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定點(diǎn)時(shí)，廢水中的氨氮濃度幾乎接近于0且水中游離的Cl2含量最低，這一個(gè)點(diǎn)被稱為拐點(diǎn)，在此狀態(tài)下的氯化被稱為折點(diǎn)氯化。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

濃硫酸：AR；次氯酸鈉溶液：10%；

250mL燒杯；pH計(jì)：PHS-3C型

實(shí)驗(yàn)用水為去離子水；水樣為環(huán)氧丙烷皂化污水；

分光光度計(jì)：T6新悅

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

在250mL燒杯中加入100mL環(huán)氧丙烷皂化污水，用H2SO4溶液調(diào)節(jié)溶液的pH后，邊攪拌邊加入次氯酸鈉溶液，反應(yīng)一定時(shí)間后，取溶液進(jìn)行氨氮分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同pH條件下實(shí)驗(yàn)影響

為確定pH對(duì)皂化尾水中氨氮去除效果的影響，取100mL皂化尾水，其氨氮含量為20.2mg/L和pH為11.98，經(jīng)硫酸溶液處理后其溶液pH值分別為5、6、7、8、9、10，加入10%次氯酸鈉溶液量為0.35mL，反應(yīng)溫度為30°，控制反應(yīng)時(shí)間均為4h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH對(duì)氨氮去除的影響

從圖1可以看出：皂化尾水在pH為6～8時(shí)去除效果最明顯，在pH為7時(shí)達(dá)到氯化折點(diǎn)，此時(shí)氨氮含量為1.2mg/L。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH=7時(shí)，反應(yīng)發(fā)生較快，當(dāng)pH＜6時(shí)，實(shí)驗(yàn)中Cl-含量增長(zhǎng)較快，H+濃度增加會(huì)抑制反應(yīng)進(jìn)行，當(dāng)pH＞8時(shí)，會(huì)影響次氯酸鈉分解成有效氯，降低氧化程度。因此反應(yīng)過(guò)程中要時(shí)刻監(jiān)控pH值波動(dòng)，控制皂化尾水pH保持在7附近。

3.2 有效氯加入量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

加入次氯酸鈉溶液量多少對(duì)折點(diǎn)氯化法影響很大。本實(shí)驗(yàn)采用一次性加入的方案，原皂化尾水氨氮含量為20.2mg/L，反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時(shí)間為4h，加入不同量的次氯酸鈉溶液來(lái)研究對(duì)氨氮去除的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 有效氯對(duì)氨氮去除的影響

由圖2可知，在100mL皂化尾水中一次性投加10%的次氯酸鈉溶液，小于0.30mL時(shí)氨氮去除影響最大，當(dāng)投加量為0.35mL時(shí)其氨氮含量為0.46mg/L，達(dá)到很好的去除率。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隨著次氯酸鈉含量的增加，皂化尾水中的余氯和Cl-含量也在上升，為防止皂化尾水造成二次污染，在滿足去除率的條件下，最終選擇每100mL皂化尾水中加入10%的次氯酸鈉溶液量為0.35mL。

3.3 反應(yīng)時(shí)間的影響

實(shí)驗(yàn)條件為：原皂化污水氨氮含量為20.2mg/L，反應(yīng)溫度30℃，濃硫酸調(diào)節(jié)pH至6.9，加10%的次氯酸鈉溶液0.35mL，反應(yīng)時(shí)間分別為5min，10min，15min，20min，25min，30min，結(jié)果如表1所示。

表1 不同反應(yīng)時(shí)間的氨氮去除效果

從表1可以看出：反應(yīng)5min時(shí)氨氮含量降至為 9.1mg/L，反應(yīng)20min后氨氮降低至0.7mg/L，反應(yīng)時(shí)間不斷延長(zhǎng)后，皂化尾水中的氨氮含量降低數(shù)值不大?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本、可操作性和調(diào)節(jié)pH的影響，選定反應(yīng)時(shí)間為20min。

3.4 反應(yīng)溫度影響

皂化尾水本身溫度為30℃°，將皂化尾水水溫降至25℃進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象兩種溫度下反應(yīng)差不多。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來(lái)說(shuō)，溫度高會(huì)使反應(yīng)速率加快，且考慮操作成本下，選擇30℃，無(wú)需再增加設(shè)備進(jìn)行降溫處理。

4 結(jié)論

1）采用折點(diǎn)氯化法對(duì)環(huán)氧丙烷皂化尾水進(jìn)行處理，確定的最佳反應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件為：pH=7、反應(yīng)溫度為30℃，反應(yīng)時(shí)間控制在30min，10%次氯酸鈉溶液投加量為0.35mL/100mL皂化尾水，在此操作條件下皂化尾水的氨氮去除效果最佳。

2）從運(yùn)行成本來(lái)看，100mL皂化尾水需要10%的次氯酸鈉溶液0.35mL，終沉池處理皂化尾水量為800m3/h，次氯酸鈉用量為2.8m3。10%次氯酸鈉價(jià)格為250元/t，根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算成本為0.87元/m3，成本能控制在1元以下。

3）折點(diǎn)氯化法可快速簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)環(huán)氧丙烷皂化尾水中氨氮的去除，使其達(dá)到國(guó)家污水氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)，并滿足企業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本要求。