氯化铵废水的现行处理技术

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第 20 卷 增刊第 2 期 2007 年 12 月
江苏环境科技 J iangsu Envir onmental Science and Technology
Vol.20 Supp.2 Dec.2007
氯化铵废水的现行处理技术
雷晓林, 查红平, 肖维林, 董瑞斌
(南昌大学环境科学与工程学院, 江西 南昌 330031)
Abstr act: The source and quantity of ammonium chloride wastewater is summarized, and the damage to the environment is also introduced. Moreover, the paper discusses the current treatment technology of ammonium chloride wastewater and its future developing trend. Key wor ds: Ammonium chloride wastewater; Membrane separation; Electrodialysis
电渗析技术应用于氯化铵废水处理, 主要是运 用电位差作为推动力, 利用离子交换膜的选择透过 性, 把氯化铵废水中的氨氮和氯离子进行浓缩, 从而 达到处理的目的。据报道, 利用电渗析法处理稀土废 水中的氯化铵, 可将原来质量分数为 6%的氯化铵提 高到 13%, 大大降低了稀土废水中的氯化铵。问题 是: 利用电渗析技术的相关参数难以把握, 比如无法 获得理想的极限电流强度数据, 从而无法选择最佳 运行参数; 流量、进 口 浓 度 和 电 流 强 度 对 处 理 效 果 的影响也不太明白, 当流量大时, 处理不怎么好, 而 处理流量减小, 处理费用上涨, 极不经济, 还有进口 浓度和电流强度的选择, 在进口浓度的选择上, 应 该尽量让进口浓度稳定, 而电流强度的选择一般采 用经验值, 在 70 A 左右。未来可能的发展方向就是 去解决这其中的矛盾, 寻求既经济, 又有效的电渗 析技术工艺。
综述氨氮和氯离子的处理方法, 目前比较实用的 两种处理氯化铵废水的方法是电渗析法和反渗透法。
3 电渗析法
电渗析法是膜分离技术的一种, 它是在直流电 场的作wenku.baidu.com下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的
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江苏环境科技
2007 年 12 月
选择透过性, 把电解质从溶液中分离出来, 从而实 现溶液的淡化、精制或纯化的目的。电渗析技术已广 泛应用于各种工业废水的处理以及许多其它的化工 过程, 其应用范围还在不断扩大 , 并已经发展成为 一种新型的单元操作。此技术日趋完善, 前景广阔。 另外, 电渗析组合工艺的出现也给电渗析技术的发 展带来了新生力量。
目前氯离子的处理方法主要是化学方法, 包括 银盐法、锌粉法、氧化亚铜法和刷洗阳极法。银盐法 去除 Cl- 是使用最早的也是最昂贵的方法, 它是利用 Ag+ 和 Ca- 在镀液中形成难溶的白色沉 淀 AgCl, 然 后过滤去除。锌粉法由于锌的耗费不仅在形成 CuCl 上,同时也消耗在形成 H2 和 Cu2+上,其定量关系很难 确定。一般大约需 4 ~5 倍计算量的锌粉。氧化亚铜 法使用氧化亚铜处理 Cl- 使生成 CuCl 沉淀, 刷洗阳 极法去除 Cl- 应该说是比较好的方法, 它不引进任何 杂质, 但需要经常观察阳极表面是否有绿色膜层, 以 便 Cl- 在一旦偏离时, 便开始经常性处理 , 但如果阳 极含磷量偏高时可能敏感性差些。近年来, 物理方法 也有一定的发展, 最热是利用水滑石作吸附剂, 来达 到处理 Cl- 的目的。还有利用冷冻法浓缩分离也可以 去除部分 Cl- 。生化法是不是对 Cl- 也有处理效果, 这 有待考究。
4 膜分离技术
目前反渗透膜技术已经在海水淡化、纯水制备、 工业用水处理、废水处理回收和化工分离浓缩等方 面得到广泛的应用, 取得了显著的经济和社会效益。 以高分子分离膜为代表的膜分离技术作为一种新型 的流体分离单元操作技术,30 年来取得了令人瞩目 的巨大发展。据有关文献估计,当今的分离膜世界市 场规模已达到每年 20 亿美元以上。我国从 60 年代 中期开始研制反渗透膜, 与国外起步时间相距不远, 但由于原材料及基础工业条件限制, 生产的膜元件 性能偏低,生产成本高,还没有形成规模化生产。在我 国, 它的应用始于 70 年代后期,最早多限于电子、半 导体纯水,80 年代以后逐渐扩大到电力及其它工业, 90 年代起在饮用水处理方面获得普及, 现在反渗透 已进入到家庭饮用纯水。
( 1) 氨氮消耗水体的溶解氧, 加速水体的富营养
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雷晓林等 氯化铵废水的现行处理技术
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化过程。水体富营养化后, 使藻类迅速繁殖, 这样将 降低水的质量。具体表现为: 污水厂的滤池容易堵 塞, 降低净水质量; 海滨浴场的水体变色变味; 蓝藻 门的藻类毒性最强, 污染范围广且最严重, 产生的毒 素危害鱼和家畜;氨氮随污水排入水体后, 可在硝化 细菌作用下被氧化为硝酸盐, 会导致水体缺氧, 鱼类 大批死亡。工业废水排放量不断增加, 绝大部分废水 未经任何处理直接排入水体, 致使许多水域被污染。 据报道, 淮河泄洪时, 工业污水混入使洪泽湖成为 “死亡之水”, 湖内特种水产养殖业直接经济损失达 1 亿多元, 其中氨氮浓度严重超标, 成为水生物的致 命根源, 所以对于氯化铵废水处理必须引起足够重 视。水资源的不断恶化, 加剧了水资源危机, 农田施 肥利用率低, 绝大多数氮肥存在于土壤之中, 随着雨 水的冲刷进入江河中, 这是造成河流湖泊“水华”的 重要原因之一。
50 年代末期, 我国稀土矿山的生产开始走向工 业化道路。60 年代初期,稀土冶炼生产也进入工业化 的发展阶段。经过近 40 年的建设和生产, 获得了高 速发展, 并取得了巨大成就。据不完全统计, 改革开 放以后的 20 年与 1978 年前相比较, 我国稀土矿山 生产的矿产品量(稀土精矿) 增长约 11 倍; 稀土冶炼 厂生产的冶炼产品综合量增加约 82 倍; 我国稀土在 国内外市场总销售量递增约 75 倍, 稀土产品出口量 增长约 330 倍。此外, 稀土材料产量也增加了约 101 倍。到目前为止, 我国的稀土资源、稀土生产和稀土 出口均为全球之冠, 而稀土应用居世界第二。目前我 国 已 成 为 世 界 最 强 的 稀 土 工 业 国 家, 在 跨 入 21 世 纪之后, 我国也将变为世界稀土生产和应用的发展 中心。在稀土矿石冶炼过程中, 稀土分离会产生大量 的铵盐 (氯化铵) 废水。氯化铵废水产生于 P507 皂 化、单一稀土分离及碳沉铵盐废水, 废水中氯化铵的 质量浓度高达 11 000 mg·L-1。随着稀土工业的不断 发展, 产生的氯化铵废水量也会逐年的增加, 对环境 的影响越来越明显。 1.2 氯化铵废水对环境的危害
2 氯化铵废水的处理
2.1 氨氮的处理 氯化铵废水的处理包括氨氮的处理和氯离子的
处理, 其中氨氮的处理主要有物化法、生物法和化学 法。物化分离技术中有吹脱法、膜分离法(液膜分离, 反 渗 透)、离 子 交 换 法 。 生 物 转 化 技 术 中 主 要 是 应 用 生物硝化、反硝化原理, 在活性污泥法和生物膜法基 础上产生一系列组合工艺, 还有通过藻类养殖兼性 塘等自然水体净化达到水体除磷脱氮的功效, 另外 土壤灌溉也具有除氮功能。化学转化技术中有折点 氯化法、湿式氧化法、化学沉淀法。 2.2 氯离子的处理
能不足, 能耗降低, 而直接影响植物生长。土壤中累 积 大 量 的 氯 离 子 对 忌 氯 作 物 如 马 铃 薯 、甘 蔗 、烟 草 、 茶树和葡萄等的产量和品质均有不良影响, 如兰茶 树叶片中氯离子浓度超过 0.4%时, 就会出现品质下 降, 当幼龄茶园氯化钾一次用量达 300 kg·hm-2 时, 新梢内氯离子含量迅速增加, 超过临界值而受害凋 萎。另外, 环境中的氯盐通过混凝土的宏观、微观缺 陷, 渗入到混凝土中并到达钢筋表面, 在影响钢筋混 凝土桥梁耐久性因素中, 氯离子引起的钢筋锈蚀被 排在首位。据美国报道, 1998 年桥梁维修费为 1 550 亿元, 是其初建费的 4 倍。
另外, 氯化铵的大量排放会对土壤氯离子浓度 和 pH 值带来不良影响, 氯化铵会导致土壤氯离子 的积累, 土壤 pH 值下降, 高浓度的氯化铵可导致小 白菜的氯中毒, 改变土壤粒径结构。国内外有关氯离 子对农作物的危害也有大量的报道和研究, 受污染 的农田中, 当氯离子质量浓度达到 300 mg·L-1 时, 水 稻在分桑期的株高几乎呈不增长的状态, 当质量 浓度达 到 3 800 mg·L-1 时, 水稻地上部分全部枯死。 据报道, 水稻受氯离子危害的临界浓度是:返青期质 量浓度为 500 ~700 mg·L-1, 分桑期质量浓度为 700 ~1 000 mg·L-1, 超过这个临界 浓 度 , 将 引 起 水 稻 植 株体内的细胞生理性损害, 细胞内渗透压受到破坏, 引起细胞体内失水而质壁分离。氯离子的浓度越大, 植株呈现出的萎蔫症状越严重。毒理试验结果也表 明, 受这种高浓度氯化铵工业废水污染的土壤中 N 浓度也会异常增多, 容易引起植物营养过剩而造成 贪青徒长, 对一些农作物如水稻产量也会造成一定 的不利影响。在玉米叶片中氯离子浓度过高, 则使 Ps+浓度下降, 导致磷酸化反应 受 阻 , 植 物 细 胞 的 供
( 2) 氨氮在水中微生物作用下转变为硝态氮和 亚硝态氮, 对人体有毒害作用。硝态氮进入人体后, 能通过酶系统还原为亚硝态氮, 轻则引起高铁血红 蛋白病, 重则使婴儿死亡。硝态氮和亚硝态氮均为强 化学致癌物质- 亚硝基化合物的前体物质, 有致癌、 致突变、致畸的性质, 对人体危害十分严重。
( 3) 氨氮会与消毒液体中的氯气作用生成氯胺, 而氯胺的杀菌效果较差会降低消毒效果。所以当对 含有较高浓度氨氮的水源, 或含氨氮量较高的污水 厂出水进行消毒时, 会增加氯胺的消耗量, 而且杀菌 效果会显著降低。
1 氯化铵废水的产生源、产生量及对环境的危害
1.1 氯化铵废水的产生源和产生量 在化肥工业和稀土生产过程中都会产生一定量
的氯化铵废水, 由于氯化铵废水中氨氮和氯离子的 存在, 若氯化铵废水直接排放, 则会对水体产生一定 的污染, 且随着量的不断增长, 污染程度也在加大。 所以, 我们必须对其有深刻的认识, 现阶段一些研究 人员也在做这方面的努力, 通过一些物理、化学和生 化的手段来处理氯化铵废水, 主要是采用膜处理技 术和电渗析法。
摘 要 : 主要概述现阶段氯化铵废水的产生源、产生量及其对环境的危害, 进而讨论氯化铵废水的现行处理技术和
未来发展方向。
关键词: 氯化铵废水; 膜分离技术; 电渗析法
中图分类号: X5
文献标识码: B
文章编号: 1004- 8642( 2007) S2- 0124- 03
The Cur r ent Tr eatment Technology of Ammonium Chlor ide Wastewater LEI Xiao- lin, ZHA Hong- ping, XIAO Wei- lin, DONG Rui- bin
近年来, 随着我国农业的不断发展, 化肥工业得 到了长足的进步, 不仅在技术上取得了较大的突破, 在规模上更是空前的膨胀。尤其是碳酸钾类的化肥 生产, 我国碳酸钾工业化生产始于 20 世纪 60 年代, 70 年代末和 80 年代初形成规模,并且生产能力迅速 增加, 1994 年至 1998 年年产量 由 6 万 t 增 加 到 12 万 t, 4 年增长了 1 倍, 超过日本成为亚洲最大碳酸 钾生产国, 主要生产厂家有山东鲁南化肥厂, 山西文 水化工厂等。我国碳酸钾化肥主要采用的是间歇式 离子交换工艺, 在生产过程中会产生大量的氯化铵 废水。近年来, 我国化肥工业中氯化铵化肥所占的比 例也有大幅度提高, 这导致了其废水排放量进一步
收稿日期: 2007- 07- 05 作 者 简 介 : 雷 晓 林 ( 1981- ) ,男,畲 族,江 西 宁 都 人,硕 士 研 究 生,研 究 方
向: 污水治理和废水资源化研究.
增加。据估计, 每年至少含氯化铵的废水 1 000 万 t 。我国珠江沿岸大部分河流均不同程度受到化肥工 业氯化铵废水的污染, 随着我国农业的迅速发展以 及化肥工业的兴起, 化肥工业氯化铵废水带来的环 境问题将日益严重。
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