废水处理设备

30年总氮废水处理专家

氨氮污染去除实验研究及工程运行总结

2019-05-17
来源:

氨氮污染去除实验研究及工程运行总结

陈思莉 1,常  莎 1,孙  兰 2,张政科 1,黄大伟 1,

陈  尧 1邴永1曾圣1汪文1

1. 环境保护部华南环境科学研究所广东广州 510530 2. 南华大学土木工程学院湖南衡阳 421001

 

摘要针对沿河排污口的氨氮超标问题提出次氯酸钠作氧化剂的高效处理方法选择氨氮质量浓度为 7.5~13.0 mg/L 的受污染水探索次氯酸钠投药量反应时间对出水氨氮的影响确定次氯酸钠最佳投药量同时针对余氯问题采用双氧水进行去除考察其最佳投药量通过实际工程运行总结出工程应用中次氯酸钠投加量与实验室投加量的关系

关键词次氯酸钠氨氮余氯黑臭水体

中图分类号X703 文献标识码A 文章编号1005-829X201812-0028-04


ExperimentaI research on the removaI of ammonia nitrogen poIIution and a summary on engineering operation

Chen Sil1Chang Sha1Sun Lan2Zhang Zhengke1Huang Dawe1Chen Yao1Bing Yongxin1Zeng Shengke1Wang Wenjing1

1. South China Institute of Environmental ScienceMEPGuangzhou 510530China

2. College of Civil EngineeringUniversity of South ChinaHengyang 421001China

 

Abstract Aiing at the problem of excessive nitroen aonia concentration at the draining outlet along the rivea highly efficient treatment method of sodium hypochlorite as oxidant has been proposedthe polluted water with am- monia nitrogen mass concentration of 7.5 to 13.0 mg/L selectedthe influence of sodium hypochlorite dosage and re- action time on the final effluent ammonia nitrogen investigatedand the optimal dosage of sodium hypochlorite ascer- tained. In additionaiing at the problem of residual chlorinehydrogen peroxide is used for its reovaland its op- tial dosage investigated. Through actual engineering operationthe relationship between the sodium hypochlorite dosage in engineering application and the dosage in laboratory is suarize

Key words sodium hypochloriteaonia nitrogenresidual chlorinealodorous black water

       黑臭水体是水体污染的一种极端现象, 其大面积出现不仅造成生态破坏, 同时也严重影响居民的生活及身心健康。截至 2016 年 11 月底,全国地级及以上城市已排查确认黑臭水体 2 026 个;36 个重点城市已排查确认黑臭水体 638 个。 在排查上报的全部黑臭水体中,河流数量占比最高,共 1 595 条,达85.7%,总长度约为 5 596 km〔1〕。

氨氮是定义黑臭水体的重要指标, 当氨氮>8 mg/L 则为黑臭水体。目前黑臭水体的治理方法有物理法、化学法、生物法,其中物理法包括调水冲污、人工曝气、控源截污、清淤疏浚,化学法包含化学氧化、化学沉淀和强化絮凝,以及微生物制剂修复技术〔2〕。消除黑臭水体的氨氮污染问题, 需采用系统的工程与管理措施但短时间内无法对沿河排污口进行集中收集,故采用移动式设施就地处理。

常规的氨氮去除方法有生物硝化反硝化、气提吹脱和离子交换法等。 对于移动式设施,采用常规处理方法存在局限性,因此笔者以氨氮浓度超标河道为研究对象, 介绍了次氯酸钠氧化氨氮的高效快速方法, 同时为避免流域河道死鱼的次生生态风险,进行余氯消除实验研究,并在实际工程应用中进行验证。   

1    实验部分

1.1       试剂与仪器

外可见分光光度计,上海元析仪器有限公司; BSA224S-CW 电子天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。取河流沿河排污口水作实验用水,其氨氮为 7.5~13.0 mg/L。

1.2       分析方法

氨氮测定:纳氏试剂分光光度法。 余氯测定:碘量法。

1.3       实验原理与方法

     将次氯酸钠溶液加入到氨氮超标的污水后, 次氯酸、次氯酸根与污水中的氨反应,生成一氯胺、二氯胺、三氯胺。 三氯胺在水中的溶解度很低(10-7 mol/L),且pH<5.5 时三氯胺才能稳定存在,所以在天然水体中三氯胺几乎不存在〔3〕。 总反应式见式(1)〔4〕。

2NH3+3NaClO→N2↑+3H2O+3NaCl          (1)

     按总反应式计算, 将氨氮氧化成氮气理论上n(Cl2)∶n(NH3-N)为 1.5(质量比为 7.6∶1),但实际应用中常因酚类、  氰化物等有机物的存在消耗部分有效氯,实际消耗的有效氯将高于理论值〔5〕。

     取 500 mL 受氨氮污染的沿河排污口废水水样, 投加次氯酸钠溶液。通过比较氨氮去除效果,确定最佳投药量。 在已投加次氯酸钠溶液的污水中投加双氧水去除余氯,确定双氧水最佳投药量。

     根据实验数据,结合处理排污口流量、温度、氨氮浓度等,适当调整次氯酸钠的投药量,总结工程运行中氨氮浓度与次氯酸钠最佳投药量之间的关系。

2    实验结果与讨论

2.1       次氯酸钠投药量对氨氮去除效果的影响

取 2 组排污口废水( 氨氮分别为 11.8、10.99 mg/L),在反应温度为 25 ℃、pH 为 7~9 的条件下,投加不同量的次氯酸钠溶液,反应 30 min,考察次氯酸钠投药量对氨氮去除效果的影响,结果见图 1。

image.png


图 1 次氯酸钠投加量对氨氮去除率的影响

        图 1 表明, 氨氮随次氯酸钠投药量的增加而减少,次氯酸钠达到 0.6~0.8 mL/L 时,氨氮降低速度最快;当次氯酸钠投药量为 0.85 mL/L 时,出水氨氮均低于 0.2 mg/L;继续投加次氯酸钠,出水氨氮基本不变。 可见次氯酸钠对氨氮的去除存在最佳投药量。

1.1       反应时间对氨氮去除效果的影响

取排污口废水(氨氮分别为 11.9、10.04、8 mg/L),在 25 ℃、pH 为 7~9 的条件下,分别投加 1、0.7、0.65 mL/L 的次氯酸钠溶液,考察反应时间对不同质量浓度氨氮去除效果的影响,结果见图 2。

image.png


图 2 反应时间对氨氮去除效果的影响

由图2 可知, 反应时间在 0~10 min 氨氮快速分解, 出现转折点,10 min 以后水中的氨氮变化不明显,均<0.3 mg/L,反应 40 min 出水氨氮最低。 由此可见,次氯酸钠与氨氮在 10 min 内反应迅速,20~30 min氨氮随着反应时间延长而缓慢下降,30 min 后氨氮不随反应时间的增加而降低, 与投药量是否充足无关。 因此将反应时间设为 30 min。

1.2        氨氮浓度与次氯酸钠最佳投药量间的关系

在不同时间段取 12 组排污口废水,在反应温度为 25 ℃、pH 为 7~9 的条件下,根据 2.1 的实验结果及测得原水氨氮情况,分别向各组原水中投加 0.5~

1.2 mL/L 的次氯酸钠溶液,反应 30 min 后测定氨氮浓度, 确定不同浓度氨氮下对应的次氯酸钠最佳投药量,结果如图 3 所示。

由图 3 可见,随着原水氨氮的增加,次氯酸钠的最佳投药量依次递增; 当氨氮质量浓度在 7.54~13 mg/L 范围内,氨氮与次氯酸钠最佳投药量呈线性关系;经计算得出,次氯酸钠最佳投药下次氯酸钠与氨氮的质量比约为 0.078。

2.4 双氧水最佳投药量

首先确定余氯最大非致死浓度(LC0)及阈值。

image.png

  图 3 不同浓度氨氮对应的次氯酸钠最佳投药量


      取受污染河水,放入斑马鱼,投加不同量的次氯酸钠溶液,测定余氯并观察小鱼。 发现余氯<0.2 mg/L时, 小鱼无异常现象; 当余氯在 0.2~0.4 mg/L 范围内时,小鱼会出现短暂侧身翻肚现象;当余氯>0.4 mg/L时,出现死鱼现象。 由此可得,余氯对该流域鱼类的最大非致死质量浓度为 0.4 mg/L、阈值为 0.2 mg/L。

取排污口废水(氨氮为 11.23 mg/L),分为 3 组。在 25 ℃、pH 为 7~9 的条件下分别加入 0.85、0.9、1 mL/L 次氯酸钠,30 min 后测定余氯, 分别为 1.2、 4.7、5.8 mg/L。 取反应后的溶液分为 4 组,加入不同浓度的双氧水,在 15、30 min 测定余氯,结果见图 4。

image.png

4 不同余氯对应的双氧水最佳投药量


由图 4a可知当初始余氯为 1.2 mg/ 时,对应的双氧水最佳投药量为 0.000 8 mL/L当余氯降至

0.2 mg/L反应 30 min 后,余氯不随双氧水投药量的增加而降低。由图 4可知当初始余氯为 4.7 mg/时,双氧水的最佳投药量为 0.02 mL/L反应 30 min 余氯可降低到 0.2 mg/L由图 4可知初始余氯为

5.8 mg/时,双氧水的最佳投药量为 0.022 mL/L,反30 min 余氯可降低到 0.2 mg/以下加入双氧水处理后均不发生死鱼现象且小鱼无异常

3    工程运行结果

      1.1       氨氮去除效果

实际工程运行中由于水质条件复杂药剂混匀程度较差需对静态烧杯实验条件进行优化适当放大最佳投药量以保证氨氮去除效果广东东莞某排污口流量为 1 000 m3/d采用次氯酸钠去除氨氮工

艺,用移动式装置进行处理,停留时间为 1 h,得到实际工程运行参数,结果见表 1


1 实际工程运行参数


氨氮/

理论最佳

去除后          实际运行中次氯酸钠

实际投药量

m次氯酸钠

·-1

投药量/·-1

氨氮/·-1)          投药量/·-1

最佳投药量

m氨氮

7.53

0.58

0.09                1.05

1.8

14.73

11.00

0.84

0.10                1.52

1.8

14.59

12.25

0.94

0.09                1.68

1.8

14.48

由表 1 可以看出当实际运行中的投药量为烧杯实验投药量的 18 倍时实际工程中的氨氮去除效果最佳此时次氯酸钠与氨氮的质量比分别147314591448 处理后氨氮质量浓度均<01 mg/L满足 GB 38382002 类水质标准要求

1.2      余氯去除效果

考虑到实际工程应用中双氧水与余氯混合的局限性以及双氧水极易分解为氧气和水的特性在实际工程应用中对双氧水的投加量进行放大在处理水量为 320 3/d 的实际污水处理厂进行试车

余氯为 1 mg/时投加双氧水 15.3 m3/h0.5 h 后余氯降至 0.6 mg/L继续投加 13 m3/h 双氧水氯降至 0.3 mg/L总排口未出现死鱼现象

4    结论

(1)次氯酸钠与氨氮反应分 2 个阶段,第一阶段反应迅速,氨氮迅速降低;第二阶段,随着次氯酸钠投 加量的增加,氨氮基本保持不变。 两阶段的过渡点即为次氯酸钠的最佳投药点。 (2)根据静态实验结果将反应时间设为 30 min。 氨氮为 7.54~13 mg/L 时,次氯酸钠最佳投药量与氨氮质量浓度呈线性关系,其质量比约为 0.078。 (3)选择双氧水去除余氯,当余氯为1.2、 4.7、5.8 mg/L 时,双氧水的最佳投药量分别为0.000 8、

0.02、0.022 mL/L。 工程应用中,余氯低于 0.4mg/L 时不会出现死鱼现象。去除余氯与双氧水最佳投药量的关系需进一步研究。(4)相较静态烧杯试验,在工程运行中次氯酸钠的最佳投药量需适当放大约1.8 倍, 才能满足最佳的氨氮去除效果,使氨氮低于0.1 mg/L。 实际工程运行中,次氯酸钠与氨氮的质量比约为 14.60。

参考文献

1 亢舒 全国 295 座城市逾七成存在黑臭水体N 经济日报2016- 02-19.

2 廖伟伶 我国黑臭水体污染与修复技术研究现状J 2017 第九届河湖治理与水生态文明发展论坛论文集C流域水循环模拟与调控国家重点实验室国际水生态安全中国委员会长江水利委员会长江科学院南京大学常熟生态研究院中国水利技术信息中心20178.

3 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2009403):23-26.

4岳楠周康根董舒宇次氯酸钠氧化去除废水中氨氮的研究J 应用化工2015444602-604

5张卉赵婷婷戴柳江半仿生-酶法提取甘草中甘草酸的工艺研究J 中国现代应用药学2013309969-972.

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