次氯酸鈉去除化工類生化尾水中氨氮的工程研究

戴建軍 卞為林(南京大學(xué)鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院， 江蘇 鹽城 224000)

江蘇某藥物發(fā)展有限公司主要從事抗艾滋病治療藥物的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，位于江蘇鹽城某化工園區(qū)，主要產(chǎn)品包括5-甲基尿苷、β-胸苷、齊多夫定醫(yī)藥中間體，該公司在生產(chǎn)過程中使用大劑量的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)，屬于高有機(jī)氮溶劑，該溶劑經(jīng)過減壓蒸餾回收后仍存在大量的DMF隨水排放，每天排放量大概0.2噸左右。全廠廢水經(jīng)收集池收集后經(jīng)該廠厭氧水解酸化+A/0兩級(jí)生物處理，尾水排入園區(qū)集中式污水處理廠進(jìn)行深度處理。

該企業(yè)自污水站建成經(jīng)三個(gè)月調(diào)試運(yùn)行以來，生化尾水氨氮嚴(yán)重超標(biāo)，其排放濃度在100～150mg/L之間，其他指標(biāo)均能穩(wěn)定符合園區(qū)接管標(biāo)準(zhǔn)，究其原因廢水中含有較大劑量的DMF，經(jīng)過生化系統(tǒng)破壞后產(chǎn)生大量氨氮，造成生化出水氨氮超標(biāo)?，F(xiàn)運(yùn)用次氯酸鈉氧化法對(duì)該企業(yè)生化尾水進(jìn)行深度脫氮處理中試研究，從而指導(dǎo)其工程運(yùn)用。

1 試驗(yàn)原理

在含氨氮的化工企業(yè)生化尾水中添加次氯酸鈉，次氯酸、次氯酸根離子能夠與水中的氨反應(yīng)產(chǎn)生一氯胺(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)，最終可氧化成氮?dú)狻？偡磻?yīng)式為：2NH3＋3NaClO→N2↑＋3H2O＋3NaCl。因此，在化工生化尾水中添加次氯酸鈉，廢水中的氨氮就可以通過上述反應(yīng)變成氮?dú)猓瑥亩够U水中的氨氮得以去除[1]。

2 材料與方法

2.1 材料

中試廢水主要取自該企業(yè)二級(jí)生物處理系統(tǒng)二沉池出水，中試期間該廠二沉池出水COD較為穩(wěn)定，在300～450mg/L之間，氨氮出水嚴(yán)重超標(biāo)，在100～150mg/L之間。工業(yè)次氯酸鈉溶液購(gòu)自上海，有效氯含量為10%。其余檢測(cè)用試劑耗材均采購(gòu)分析純國(guó)藥[2]。

2.2 方法

從該企業(yè)生化處理系統(tǒng)二沉池出水排放池中用計(jì)量泵泵入中試裝置配水槽，通過pH自動(dòng)控制儀調(diào)節(jié)配水槽廢水pH。經(jīng)過調(diào)配成功的廢水經(jīng)過液位差流入氧化反應(yīng)槽，同時(shí)用計(jì)量泵向氧化反應(yīng)槽投加次氯酸鈉。整個(gè)中試裝置的反應(yīng)pH，停留時(shí)間通過pH自動(dòng)控制儀及計(jì)量泵來實(shí)時(shí)控制。其中配水槽和氧化反應(yīng)槽通過壓縮空氣進(jìn)行曝氣攪拌，確保體系的混合均勻。

3 結(jié)果與討論

3.1 次氯酸鈉投加量對(duì)氨氮脫除效果的影響

次氯酸鈉投加量不僅影響氨氮的去除率，而且涉及到企業(yè)的運(yùn)行成本，直接關(guān)切到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此在保證生化尾水氨氮達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上優(yōu)化次氯酸鈉的投加量是完全有必要的。

圖1 次氯酸鈉投加量對(duì)廢水中氨氮的去除效果的影響

由圖1所示，氨氮的去除率隨次氯酸鈉的投加量的增加而增加，當(dāng)次氯酸鈉的投加量達(dá)到廢水的2.5%(v/v)時(shí)，出水氨氮濃度就可以小于50mg/L(接管標(biāo)準(zhǔn))，其實(shí)際次氯酸鈉使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了理論的計(jì)算值，1mg氨氮理論消耗8mg次氯酸鈉，因此當(dāng)142mg/L氨氮降到45mg/L時(shí)，理論消耗0.63%(v/v)的10%次氯酸鈉溶液，實(shí)際消耗了2.5%，究其原因主要是由于生化尾水中含有大量COD，300～450mg/L，有部分COD優(yōu)先被次氯酸鈉氧化，從而導(dǎo)致次氯酸鈉的投加量高于理論值，25%左右COD的去除率表明了這一點(diǎn)。

3.2 次氯酸鈉氧化反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮脫除效果的影響

保證廢水氨氮達(dá)標(biāo)排放的前提下，次氯酸鈉氧化反應(yīng)停留時(shí)間(HRT)在廢水量一定的情況下影響設(shè)備容積的大小，從而影響企業(yè)的設(shè)備投資。

由圖2所示，次氯酸鈉氧化去除廢水中的氨氮速率較快，在前十分鐘內(nèi)反應(yīng)即基本完成，總體來說氨氮的去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在30分鐘后，反應(yīng)基本完成。

圖2 次氯酸鈉氧化反應(yīng)時(shí)間對(duì)廢水中氨氮的去除效果的影響

3.3 氧化體系pH對(duì)次氯酸鈉氧化法去除氨氮效果的影響

當(dāng)次氯酸鈉投加量及氧化反應(yīng)停留時(shí)間一定時(shí)，氧化體系的pH是影響次氯酸鈉氧化效果的最重要因素，因此優(yōu)化氧化體系的pH也是非常有必要的。

圖3 氧化體系pH對(duì)廢水中氨氮的去除效果的影響

由圖3所示，當(dāng)反應(yīng)體系pH從6升至8時(shí)，廢水中的氨氮去除率隨pH的升高而升高，主要是由于pH升高時(shí)，H+離子濃度越低，廢水中的氨氮主要以NH3形式存在，相較于NH4+更有利于次氯酸鈉的氧化。但是當(dāng)pH從8繼續(xù)升高至9時(shí)，其去除率反而降低，這是因?yàn)楫?dāng)廢水的pH增高，次氯酸鈉的氧化性就會(huì)減弱，從而導(dǎo)致其氨氮的去除效率降低[3]?？傮w而言，pH控制在7.5～8.5之間，廢水中氨氮的去除基本不受影響。

4 實(shí)際工程連續(xù)運(yùn)行結(jié)果

在上述中試運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)條件下，該企業(yè)對(duì)于200t/d的實(shí)際工程進(jìn)行了試車，連續(xù)跟蹤了兩周，運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

由圖5所示，從200t/d的實(shí)際工程運(yùn)行結(jié)果來看，當(dāng)次氯酸鈉投加量為2.5%(v/v)，氧化停留時(shí)間為30min，氧化體系的pH控制在7.5～8.5之間，出水氨氮穩(wěn)定低于50mg/L，滿足該企業(yè)所在園區(qū)集中式污水處理廠的接管標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 企業(yè)200t/d的生化尾水連續(xù)運(yùn)行結(jié)果

5 結(jié)語

從中試運(yùn)行結(jié)果來看，針對(duì)該企業(yè)生活尾水COD低于500mg/L，氨氮在100～150mg/L左右的特殊水質(zhì)，次氯酸鈉氧化法在滿足氨氮達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，即NH3-N≤50mg/L，10%有效率的次氯酸鈉的投加量為2.5%(v/v)，氧化停留時(shí)間為30min，氧化體系的pH控制在7.5～8.5之間。

從該企業(yè)200t/d的實(shí)際工程連續(xù)2周的試車結(jié)果來看，次氯酸鈉氧化法適用于該企業(yè)生化尾水氨氮的去除，出水滿足該企業(yè)所在園區(qū)集中式污水處理廠的接管標(biāo)準(zhǔn)，氨氮去除率70%左右，同時(shí)COD協(xié)同去除25%左右。

從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本分析， 按照10%有效氯的次氯酸鈉投加量2.5%(v/v)計(jì)算，需要增加企業(yè)每噸廢水的運(yùn)行成本15元左右，按照年運(yùn)行300d，200t/d的廢水產(chǎn)生量核算，企業(yè)需額外投加90萬元/a，該企業(yè)年納稅額超千萬，此運(yùn)行成本對(duì)于該企業(yè)來說在可接受范圍之內(nèi)。

[1]顧慶龍.次氯酸鈉氧化法脫除二級(jí)生化出水中氨氮的中試研究[J]．環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(12):97-99．

[2]國(guó)家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002,11:279-281.

[3]Metcalf,Eddy.Wastewater Engineering:Treatment and Reuse(4rd ed.)[M].New York:MeGraw-Hill Book Co.,2003,519:123.5-1238.