APP下载

折点加氯法去除氨氮应用于河道突发性污染中的试验研究及其应用

2021-03-04

资源信息与工程 2021年1期
关键词:原水次氯酸钠氨氮

赵 振

(南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏 南京 210000)

1 前言

在经济快速发展的同时,我国许多河道污染问题十分突出[1],耗氧性有机物和氮磷营养物一直居高不下。河道日常管理中,有时会遇到突发性污染事件,如企业偷排,管网破损污水下河,施工期非法排污等,由此引起发的氨氮超标污染最为常见。目前河道治理方法主要分为物理、化学和生物-生态这三类[2]。由于水体污染成因不同,在治理河道水体的技术上不能只采用单一的技术[3]。具体实践中,化学方法作为应急措施去除效果很好,是一种瞬间见效快的方法[4]。当河道突发性污染时,含有较高的氨氮浓度,易形成水体富营养化[5],利用生物方法很难快速达到很好的去除效果。折点加氯法是一种可以精确高效去除氨氮的方法[6],这种方法操作简单,可以在短时间内解决明显、氨氮污染问题,并提高水体透明度。

折点加氯法的一个明显缺点是当投加量过多时,会产生副产物氯胺和氯化物有机物[7],造成二次污染。本实验定量地投加次氯酸钠,通过多次反复试验研究,找到去除氨氮含量与投加次氯酸钠的最佳比值,既可以有效去除氨氮,又控制了投加次氯酸钠的量,做到控制成本。

本实验折点加氯法是将次氯酸钠通入废水中,将废水中的NH4-N转化为N2的化学脱氮工艺。随着次氯酸钠的投加,主要发生如下反应:

当次氯酸钠通入废水中达到一个数值时,水中的氨氮含量降至零,此时化合性余氯最高。当继续增加次氯酸钠时,水中的化合性余氯逐渐降至最低,化合性余氯逐渐转变为N2和NHCl2,此时我们称为折点。在折点以后,若继续加氯,余氯量将随之增加,但增加的是自由性余氯,加氯量超过折点的称为过量加氯。因此,为了既有效去除水中的氨氮污染,又要控制投加次氯酸钠后产生的二次污染问题,需要通过试验定量的确定次氯酸钠投加量与氨氮含量的比值,拟合确定最佳投加量,以指导实际工程应用。

2 实验方法与仪器

2.1 实验方法

取氨氮含量不同的废水作为试验原水,计算理论最佳投加量,同一浓度氨氮废水中投加不同含量的次氯酸钠,次氯酸钠有效氯含量为5.6%,进行多组对比反应试验。控制pH值在6~7为最佳反应时间,接触时间为0.5~1.5 h,反应完成后鼓气30 min~1 h,采用3,3′,5,5′-四甲基联苯胺比色法测样品中的余氯含量[9]。

2.2 实验仪器

试验仪器:759S紫外可见分光光度计(上海棱光技术有限公司);余氯快速检测仪;水浴锅;50 mL比色管;25 mL棕色酸式滴定管;磁力搅拌器;PH计;温度计;浊度仪。

2.3 实验现象

本实验由于原水无色,实验过程中也不会产生沉淀等现象,具体实验情况如图1所示。

图1 实验装置

3 实验结果与讨论

3.1 原水氨氮浓度为15 mg/L时的最佳投配比

分析数据可知,随着次氯酸钠的投加,氨氮离子先转化为化合性余氯,氨氮基本去除的时候,化合性余氯达到最大值。随着次氯酸钠的继续加入,化合性余氯部分转化为氮气,化合性余氯的量逐渐下降。当有效氯含量不低于5.6%的次氯酸钠投加量约0.7 mL时,氨氮浓度基本去除。当化合性余氯(氯胺)达到一个值不再降低时,如图2的B点,即我们选取的最佳投加点,此时原水中氨氮基本去除,且余氯最低,二次污染控制在下限值。当原水氨氮浓度为15 mg/L时,取1 mL为最佳投加量,则去除氨氮与投加次氯酸钠的摩尔比为1∶3.51,最佳质量比为1∶18.69。

图2 氨氮与氯胺浓度与加氯量关系

3.2 原水氨氮浓度为30 mg/L时的最佳投配比

分析数据可知,当原水浓度为30 mg/L,次氯酸钠投加量约1.3 mL时,水中氨氮浓度基本降为最低值,此时化合性余氯含量最高,非最佳投加点。当继续投加次氯酸钠时,氨氮含量几乎不再降低,氯胺的含量继续下降到B点时(如图3所示),此时水中氨氮含量最低,且氯胺含量相对较少。为了减少二次污染和处理成本,建议B点为最佳投加点。取1.8 mL为最佳投加量,则去除氨氮与投加次氯酸钠的摩尔比为1∶3.16,最佳质量比为1∶16.82。

图3 氨氮与氯胺浓度与加氯量关系

3.3 原水氨氮浓度为50 mg/L时的最佳投配比

分析数据可知,当原水浓度为50 mg/L,次氯酸钠投加量约2.0 mL时,水中氨氮浓度基本降为最低值,此时化合性余氯含量最高,不是最佳投加点。当继续投加次氯酸钠时,氨氮含量基本不再降低,氯胺的含量继续下降到B点时(如图4所示),此时水中氨氮含量最低,且氯胺含量相对较少。为了减少二次污染和处理成本,建议B点为最佳投加点。通过综合分析,取3.0 mL为次氯酸钠最佳投加量,则去除氨氮与投加次氯酸钠的摩尔比为1∶3.157,最佳质量比为1∶16.80。

图4 氨氮与氯胺浓度与加氯量关系

3.4 不同氨氮浓度的最佳投配比

本实验采用氨氮含量为2~100 mg/L之间的原水,进行多组对比实验分析,具体数据如图5所示,大量数据拟合后得到一个最佳摩尔比为1∶3.2,即最佳质量投加比为1∶17.03,去除1 mg/L的氨氮需要投加17.03 mg/L的纯次氯酸钠。将本实验的最佳投加量运用到实践中,均能够完全去除水中的氨氮含量,且能够有效控制余氯的影响,避免二次污染。

图5 不同氨氮浓度对应的最佳投配比拟合情况

3.5 pH值对处理效果的影响

图6 pH值对处理效果的影响

4 工程应用

应用一:山东省聊城市某化工厂是一家生产电解铝的大型企业,生产废水中含有大量的污染物,废水多年来排入附近河道,严重破坏河道的生态系统。水中氨氮含量达到40 mg/L,冬季气温较低,为了应急治理河道中高氨氮污染问题,采用折点加氯法去除水中氨氮。经过一个月左右的时间治理,水中氨氮浓度基本维持在2 mg/L以下,取得很好的去除效果。

应用二:南京市江宁区某黑臭河道,水中氨氮高达20 mg/L左右。原采取一体化环保设备进行处理,水中氨氮含量检测始终不达标。为了快速高效地去除高浓度氨氮污染,采用折点加氯法,选取最佳投加量,在短时间内就将氨氮降到5 mg/L以下,再辅以生态修复的方法,整体取得了很好的去除效果。

5 结果与展望

(1)本实验通过大量实验来拟合确定折点加氯法的最佳投氯量,当氨氮浓度与纯次氯酸钠质量比为1∶17.03时,可以完全去除废水中的氨氮,可很好地控制水中余氯含量且处理成本低。

(2)物理法处理高氨氮废水一般作为预处理工程[10],通常需要根据具体污水情况来综合分析,一般可以采用多种技术综合处理[11~13]。折点加氯法去除氨氮可以作为一种应急措施,例如河道的突发性污染,可以短时间内高效去除氨氮,再结合生物处理方法,通过物化和生物处理有效结合,可取得很好的去除效果且运行成本最低[14]。

(3)折点加氯去除氨氮可达到90%~100%,处理效果稳定,不受水温影响,投资较少,运行成本低。

猜你喜欢

原水次氯酸钠氨氮
碱改性凹凸棒石去除水源水中氨氮的试验研究
生活饮用水氨氮的检测
含氯消毒剂不能跟酒精混用
含氯消毒剂不能跟酒精混用
生活饮用水氨氮的检测
深圳市自来水水质管理经验总结
关于超滤在运行时不加次氯酸钠的可行性探析
原水大阵
新型BCO—SBBR组合工艺处理猪场沼液的效果
电解食盐水清除甲醛装置