高浓度氨氮废水试验研究

高浓度氨氮废水试验研究
霍莹;郑贝贝;杨勇;张莹;付连超
【摘要】为了解决某厂高浓度氨氮废水达标排放问题，本文采用吹脱-折点加氯法对高浓度氨氮废水进行了处理试验研究。

研究结果表明，在吹脱段pH值为11，温度35℃；氧化段pH值在7.5～8.5，次氯酸钠加入量（ω）为1％，氨氮的脱除率接近100％，可将废水中氨氮的浓度从4703 mg/L降至1 mg/L以下，远远低于GB8978-1996《污水综合排放标准》中的一级标准。

%In order to solve some factory high concentration of ammonia nitrogen wastewater discharge standard , the high concentration ammonia nitrogen wastewater was treated by stripping combined with break point chlorination method .Results showed that the rate of NH 3 -N removal can attain 100% at the optional condition of pH 11 , T 35 ℃ in stripping , and pH 7.5~8.5 , sodium hypchlorite dosage was controlled at 1%(ω) in oxidation.The content of NH 3 -N in the drainage was far below the GB 8978-1996 standard.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2014(000)020
【总页数】4页(P159-161,194)
【关键词】吹脱法;折点加氯法;氨氮废水;废水处理
【作者】霍莹;郑贝贝;杨勇;张莹;付连超
【作者单位】中海油天津化工研究设计院，天津 300131;中海油天津化工研究设计院，天津 300131;中海油天津化工研究设计院，天津 300131;中海油天津化工研究设计院，天津 300131;中海油天津化工研究设计院，天津 300131
【正文语种】中文
【中图分类】X7
随着我国工业的迅速发展，各种氨类产品的生产导致富含氨氮废水的大量排放。

氨氮的主要危害有:①引起水体富营养化;②进入人体后，可能转变成有害物质，影响胎儿及人的大脑;③增大给水消毒和工业循环水杀菌处理的用氯量;④对铜等金属有腐蚀性;五、污水回用时，再生水中氨氮可以促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率。

目前处理高浓度氨氮废水的方法有空气吹脱法［1］、化学沉淀法［2］、折点加氯法［3］和生化法［4］。

吹脱法又称气提法，是在处理高浓度氨氮废水中最广泛使用的方法。

然而仅靠吹脱法处理高浓度氨氮废水，尚不能达到国家一级排放标准，必须与其它方法联合处理。

折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠，使废水中氨完全氧化成氮气的方法。

此处理法处理效果最佳，不受水温影响，操作方便，投资省，但对于高浓度氨氮废水的处理运行成本很高。

如将吹脱法与折点加氯法相结合，既可以取得理想的处理效果，又能达到降低处理成本的目的。

本文采用吹脱－折点加氯相结合的方法，对某化工厂外排的高浓度氨氮废水进行了试验研究，通过考察吹脱段与折点加氯段中不同因素对氨氮脱除率的影响，优化出氨氮脱除的最佳工艺。

1 废水水质
废水取自某化工厂外排废水，氨氮为此股废水的主要污染物。

废水氨氮浓度为4
703 mg/L、CODCr 为66 mg/L、pH 值为8.6，为无色透明液体。

2 原理
含氨废水中的氨氮存在如下平衡反应方程:
此平衡受pH 值的影响，当pH 值增大时，平衡向右方向移动，使得体系中游离态氨的含量增加。

当pH ＞11 时，铵根离子全部转化为游离态氨。

折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠，使废水中氨完全氧化成氮气的方法。

其反应方程式为:
当废水中的有效氯达到某一点时，该点下水中的游离氯含量最低，而氨的浓度降为零。

当有效氯含量超过该点时，水中的游离氯就会增多。

一般折点加氯法所采用的氯系的氧化剂为Cl2、NaClO 等。

NaClO 溶液含有质量分数为10%以上的有效氯，无氯气外泄的危险，可进一步减少毒副产物(DBPs)的产生［5－6］。

综上述原理，将废水的pH 值控制在合适范围内，在适宜的温度下进行吹脱氨后，再选择NaClO 为氧化剂，采用折点加氯法对废水中的氨氮进行处理。

3 废水处理工艺
本工程的处理工艺为一级吹脱—二级吹脱—氧化处理，工艺流程见图1。

图1 工艺流程图
4 结果与讨论
4.1 吹脱段的影响因素分析
4.1.1 pH 值对吹脱效率的影响
氨氮废水的pH 值是影响水中NH3 含量的主要因素之一。

在不同pH 值下，考察废水中氨氮脱除率，其研究结果如图2所示。

图2 pH 值对NH3－N 去除率的影响
由图2 可以看出，随着pH 值的升高，废水中NH3－N 的去除率逐渐升高，在
pH 为10、11、12 下的NH3－N 的脱除率分别为66.3%、93.8%、95.7%。

见
在pH 为11 时，NH3－N脱除率已趋于平稳。

提高pH 值需要投加大量的碱，造成运行成本的增加。

综合各项因素，选择pH 为11 左右时为适宜的pH 值范围。

4.1.2 温度对吹脱效率的影响
温度也会影响反应式NH4++OH－ NH3+H2 O 的平衡，温度升高，平衡向右方向，增加体系中NH3 的含量，在不同温度下，考察废水中氨氮脱除率，其研究结果如图3 所示。

图3 温度对NH3－N 去除率的影响
由图3 可见，温度对氨氮的吹脱效率有较大影响，随着温度的升高氨氮去除率迅
速上升。

在温度为30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃下，氨氮的去除率分别为83.1%、93.8%、94.2%、95.3%。

这是由于在氢键和分子间力的作用下，游离氨通常以
NH3·H2 O 的形式存在于水中，影响了氨的吹脱效果。

随着温度的升高，NH3 在气相中的平衡分压增大，进而降低了NH3在水中的溶解度;此外，随着温度的升高，分子动能增大，减弱了NH3 和水分子间的分子间力并拆断氢键，从而NH3从更
容易水分子的束缚中解脱出来。

在温度高于35 ℃时，氨氮脱除率效率趋于平稳。

继续升高温度会消耗大量的能量，因此选择适当的温度是降低运行成本必须考虑的问题，本研究选择35 ℃的吹脱温度。

4.1.3 时间对吹脱效率的影响
吹脱时间也是影响吹脱效率的重要因素，保证足够的吹脱时间是保证吹脱效率的必要条件之一。

在不同温度下，考察废水中氨氮脱除率，其研究结果如图4 所示。

图4 时间对NH3－N 去除率的影响
由图4 可见，随着吹脱时间的延长，吹脱率迅速上升，当吹脱时间达到3 h、4 h、
5 h 后，NH3－N 去除率为93.8%、98.2%、98.7%。

当吹脱时间高于3 h 后，NH3－N 脱除率提高的趋势明显减缓，从经济角度考虑，吹脱时间定为3 h。

4.2 折点加氯段的影响因素分析
4.2.1 pH 值对NaClO 氧化脱除氨氮效果的影响
研究表明，分子形态的NH3比离子形态的NH4+更容易被氧化，而水中的NH3的含量与废水的pH 值相关，在不同pH 值下，考察NaClO 对废水中氨氮的氧化脱除率，其结果如图5 所示。

图5 pH 值对NaClO 去除氨氮效果的影响
从图5 可以看出，随着pH 值的升高，NH3－N 的脱除率呈现增加趋势，当pH 高于8.0 时，NH3－N 的脱除率却降低。

其原因是:当pH 值越大，［H+］浓度越低，分子态NH3 在水中所占的百分比就超高，越有利于氨的氧化。

但另一方面，次氯酸钠的半反应:
Nernst 方程:
随着pH 值或［OH－］浓度的增大，NaClO 的氧化能力减弱，不利于氨的氧化［7］。

所以，在这一综合矛盾体系中存在一个最佳pH 值，NaClO 氧化脱除氨氮的适宜pH 为8.0。

4.2.2 NaClO 投加量对氨氮去除效果的影响
NaClO 投加量是影响本工艺运行成本最主要的因素，如果加入量太高，使得企业运行成本增加，确保处理水达标的前提下，获得一个NaClO 的最少投加量，从而尽可能降低本工艺的运行成本。

考察了不同NaClO 加入量对氨氮脱除效果，其试验结果如图6 所示。

图6 NaClO 加入量对氨氮去除效果的影响
由图6 可知，随着NaClO 加入量的增加，氨氮脱除率呈现增大趋势。

当NaClO 加入量为1%时，NH3－N 的脱除率接近100%，同时水中未检测出余氯。

当NaClO 加入量继续增加，水中检测出余氯。

因此，优选1%(ω)投加量。

5 工程实例
拟处理的废水为南方某化工厂的外排废水，该厂主要生产无机类化工产品，外排废水主要以无机氨类为主要污染物，废水排放量为10 t/h。

表1 设计进出水水质项目(m C g·OD L/－1)(NmHg·3－L N－1/)pH 值进水66 4703 6 ～9出水－＜15 6 ～9
5.1 工艺流程
图7 工艺流程
5.2 主要工艺单元
(1)调节池:调节池容积300 m3，有效容积240 m3，水力停留时间HRT=24 h，全地下。

调节池内设置曝气装置，通过混合和曝气，调节水量水质，保证后续处理效果的稳定。

(2)混合池:调节池容积15 m3，有效容积12 m3，水力停留时间HRT=1.2 h。

混合池为碳钢防腐材质，内置搅拌装置，功率为7.5 kW，设有碱液投加系统两套，碱液的投加量根据调节池水质的变化动态调节，控制混合池内的废水pH 9.5 ～11 之间。

(3)吹脱塔:吹脱塔尺寸Φ2500×10500 mm。

吹脱塔内设置填料，同时按气水比3500∶1 匹配通风机。

采用顶部进水、底部排水，吹脱出的氨氮气体从塔顶通过排风扇排除，通过接连管通入吸收塔。

(4)吸收塔:吸收塔尺寸Φ4000×7000 mm。

吸收液为20%硫酸溶液。

采用顶端进气，底部排放的方式。

(5)贮水槽:贮水槽容积20 m3，有效容积16 m3，水力停留时间HRT=1.6 h。

贮
水槽采用碳钢防腐材质，底部设排水，连接水泵。

(6)反应池:反应池容积50 m3。

有效容积40 m3，水力停留时间HRT=4 h。

为碳
钢防腐材质，设有氧化剂投加系统2 套，氧化剂的投加量根据调节池水质的变化
动态调节，池底部铺设曝气管用于强化氧化反应。

5.3 处理效果
工程实施运行稳定后，出水氨氮可以稳定达到《污水综合排放标准(GB 8978－1996)》一级标准。

各工艺单元处氨氮的平均浓度见表2。

表2 各工艺单元NH3－N 质量浓度 (mg/L)一级吹脱塔二级吹脱塔氧化池868
73 0 898 69 1.2 871 72 1.5 852 76 1.5 863 68 0.2 876 63 0.8 859 70 0.7 841 65 1.3
5.4 投资及运行费用
本项目的工程总投资约为180 万元。

由于厂区有多余蒸汽供给，因此本项目的运
行费用主要考虑直接运行成本，主要包括:药剂费和动力费。

具体见表3。

表3 运行费用分配表项目药剂投加量单价价格/(元/吨·水)药剂费氧碱化剂10..01%% 21 40 00 00 元元//吨吨214..0 0动力费电费 55 kW/h 0.5 元/度电2.75合计27.75
6 结论
采用吹脱－氧化处理高氨氮废水效果良好，二次吹脱工艺能够有效去除废水中大部分氨氮。

吹脱工艺段的出水经次氯酸钠的进一步氧化处理后可以实现达标排放。

氨氮废水在吹脱段pH 值为11，温度为35 ℃，吹脱时间为3 h，再经NaClO 在
pH为8.0，投加量(ω)为1%的条件下氧化处理后，NH3－N 的脱除率接近100%，废水中氨氮含量由4 703 mg/L 降至为2 mg/L以下，出水NH3－N 浓度远远低
于GB8978－1996《污水综合排放标准》中的一级标准。

参考文献
［1］周罗明，陈建中，刘志勇.吹脱法处理高浓度氨氮废水［J］.广州环境科学，2005，20(1):9－11.
［2］贾玉鹤，李晶，刘洪波，等.磷酸铵镁沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的实验研究［J］.环境工程学报，2007，1(8):74－77.
［3］罗广英.折点加氯法去除水中氨氮［J］.广州化工，2009，37(5):172－173. ［4］ Ruiz G，Jeison D，Chamy R.Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of wastewater with high ammonia concentration［J］.Water Research，2003，37(6):1371－1377.
［5］张胜利，刘丹，曹臣.次氯酸钠氧化脱除废水中氨氮的研究［J］.工业用水与废水，2009，40(3):23－26.
［6］杨涛，傅金祥，梁建浩.次氯酸钠预氧化处理微污染水源水的试验［J］.工业用水与废水，2005，36(6):14－16.
［7］顾庆龙.次氯酸钠氧化法脱除二级生化出水中氨氮的中试研究［J］.环境科学与管理，2007，32(2):97－99.。