化学沉淀法—次氯酸钠氧化法联合去除污水中氨氮的试验

2014-07-16李凯刘汉湖潘凌潇

江苏农业科学 2014年3期

关键词：氨氮

李凯　刘汉湖　潘凌潇

摘要：以100 mg/L氨氮模拟污水为研究对象，探讨次氯酸钠氧化法以及化学沉淀法脱除污水中氨氮的最佳反应条件。结果表明，次氯酸钠氧化法与化学沉淀法单独使用均可以在一定程度上去除污水中的氨氮；次氯酸钠氧化法与化学沉淀法联合使用可以提高污水中氨氮的去除率，出水达到二级排放标准，相对而言，化学沉淀法-次氯酸钠氧化法比次氯酸钠氧化法-化学沉淀法效果更佳。

关键词：次氯酸钠氧化法；化学沉淀法；氨氮

中图分类号： X703 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）03-0330-03

近年来，随着工农业的发展，大量高浓度的含氮污水被排入水体，导致水体富营养化严重[1]。水体中的氮包括有机氮、无机氮，两者之和称为总氮（TN）。有机氮包括蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等。无机氮包括氨氮（NH3-N）、硝酸盐氮（NO3-N）、亚硝酸盐氮（NO2-N）。由于氨氮是氮循环的核心，同时，氨氮一般要经过硝酸盐氮或亚硝酸盐氮才能转化为无害的氮气，所以氮素大部分是由氨氮转化而来。污水中氨氮去除方法包括物理方法、化学方法、生物方法等。虽然每种处理技术都能有效地去除氨氮，但是实际应用于污水的处理方法应具有应用方便、处理性能稳定、适用于污水水质且经济实用等特点。本研究采用次氯酸钠氧化法及化学沉淀法处理污水，并比较2种方法各自的优缺点，旨在为氨氮污水处理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验原理

1.1.1 次氯酸钠氧化法向含氨氮的污水中加入次氯酸钠后，次氯酸、次氯酸根离子能够与水中的氨反应产生一氯胺、二氯胺、三氯胺。由于三氯胺在pH值<5.5条件下才能稳定存在，而且在水中溶解度很低，所以天然水中几乎不存在三氯胺。只要次氯酸钠剂量足够，就可以通过一系列反应将水中的氨氮转化成氮气。

1.1.2 化学沉淀法化学沉淀法是指向污水中投加Mg2+、PO43+，使其与污水中的氨氮生成难溶的磷酸铵镁沉淀物，从而将污水中的氨氮脱除[2]。化学沉淀法中常用的镁盐试剂有MgO、MgCl2、MgSO4，以Na2HPO4、NaH2PO4、H3PO4作为磷酸根的来源。但是H3PO4与MgO 仅在局部发生接触，反应生成胶状的Mg3（PO4）2或Mg（OH）2，且MgO是难溶的氧化物，致使氨氮去除率低[3]。由于相同质量的NaH2PO4·2H2O对氨氮去除率略低于Na2HPO4·12H2O，因此，本试验主要选用Na2HPO4·12H2O、MgCl2·6H2O作为沉淀剂。

1.2 试剂与仪器

氯化铵、浓硫酸、硫代硫酸钠、磷酸氢二钠、氯化镁、碘化钾、可溶性淀粉等试剂均为分析纯，次氯酸钠（有效氯含量10%）。FA2004N电子天平、pH410A型酸度计、752型紫外光栅分光光度计、HJ-6多头磁力加热搅拌器。

1.3 模拟污水的配制

称取0.763 8 g氯化铵，在100～105 ℃下干燥2 h，溶于 2 000 mL 水中，配制成浓度为100 mg/L的模拟污水。

1.4 方法

采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮含量，采用碘量法测定有效氯含量，采用酸度计测定pH值。

1.4.1 次氯酸钠氧化法将次氯酸钠溶液与氨氮加入污水水样中，用HJ-6多头磁力加热搅拌器搅拌一段时间。反应结束后，用淀粉-碘化钾试纸测试废水中是否含有游离氯，若含有游离氯，可以向经处理的污水中加入适量的3.5 g/L硫代硫酸钠溶液以消除游离氯。

1.4.2 化学沉淀法将Na2HPO4·12H2O与MgCl2·6H2O投放到污水中，用10%NaOH溶液与10%HCl溶液调节污水pH值，用HJ-6多头磁力加热搅拌器搅拌2 h，使之与氨氮充分反应生成磷酸铵镁，静置2 h左右，取上清液测定污水中氨氮的含量[4]。

2 结果与分析

2.1 次氯酸钠氧化法

2.1.1 氯与氨氮的量比对污水中氨氮去除率的影响理论上，当氯与氨氮的量比为1.5时可以将氨氮氧化为氮气，但是实际应用中常受污水中其他因素的影响，氯与氨氮的量比往往会偏离1.5。在室温且pH值为自然状态下，控制反应时间为20 min，探究氯与氨氮的量比对污水中氨氮去除率的影响，结果如图1所示。由图1可以看出，当氯与氨氮的量比为12～1.7时，随着氯与氨氮的量比的增大，氨氮的去除率不断提高；当氯与氨氮的量比为1.7时，氨氮去除率达63.6%；当氯与氨氮的量比大于1.7时，氨氮的去除率上升较慢。因此，建议氯与氨氮的量比为1.7。

2.1.2 反应时间对污水中氨氮去除率的影响在室温且pH值为自然状态下，当氯与氨氮的量比为1.7时，研究反应时间对污水中氨氮去除率的影响，结果如图2所示。

由图2可以看出，随着反应时间的延长，氨氮去除率有所提高，但是提高缓慢。当反应时间由20 min延长至60 min时，氨氮去除率仅由63.6%提高到68.1%。从节能角度考虑，反应时间为 20 min较为合适。

2.1.3 pH值对污水中氨氮去除率的影响室温下，反应时间为20 min，氯与氨氮的量比为1.7时，研究pH值对污水中氨氮去除率的影响，结果如图3所示。

由图3可以看出，随着pH值的上升，氨氮的去除率呈现先上升后下降的变化趋势，当pH值为7～9时氨氮去除率较高。当pH值大于9时，氨氮的去除率下降较快。因此，最适pH值为7～9，即可以选择自然水体。次氯酸钠氧化法能够有效去除污水中的氨氮，与传统的氯系氧化剂液氯相比，使用次氯酸钠作为氧化剂不会产生氯气外泄的危险[5]，而且可进一步减少消毒副产物的产生。但是，水体中的其他物质也会消耗部分有效氯，影响处理效果[6]。

2.2 化学沉淀法

2.2.1 药剂配比对污水中氨氮去除率的影响溶液中反应离子的超饱和度是影响晶核形成的主要原因，适度投加镁盐、磷酸盐可以进一步去除氨氮[7]。因此，n（Mg） ∶ n（N）固定为1.1，pH值为9.0，反应时间为4 h，改变磷酸盐的投加量以确定最佳的n（P） ∶ n（N）值，结果如图4所示。

由图4可以看出，当n（P） ∶ n（N）为1.2时，氨氮去除率最高，达到了18.1%，以后随着n（P） ∶ n（N）的增加，氨氮去除率有下降的趋势。因此，n（P） ∶ n（N）为1.2，pH值为9.0，反应时间为4 h，改变镁盐的投加量以确定最佳的n（Mg） ∶ n（N）值，结果如图5所示。

由图5可以看出，当n（Mg） ∶ n（N）为1.5时，氨氮去除率达28.8%。由此可知，最佳投加量确定为n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P）为1.5 ∶ 1 ∶ 1.2。

2.2.2 pH值对污水中氨氮去除率的影响将投加量控制为n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P）为1.5 ∶ 1 ∶ 1.2，反应时间4 h，在不同pH值条件下测定氨氮的去除率，因为磷酸铵镁为碱性盐，在酸性条件下完全溶解[8-9]，所以pH值取值范围为8.0～140，结果如图6所示。

由图6可以看出，当pH值为9.0～11.0时，氨氮的去除

效果较好，当pH值为10.0时氨氮去除率达到54.4%。当pH值小于8.0时，仅有少量沉淀生成。当pH值大于11.0时，沉淀物为乳胶状，可以判定此时生成的沉淀物不是磷酸铵镁。化学沉淀法操作方便，氨氮去除率较高，生成的磷酸铵镁沉淀可以回收，作为缓释化肥[10]。但是化学沉淀法反应时间较长，运行费用较高。

2.3 次氯酸钠氧化法与化学沉淀法联合脱除污水中的氨氮

从以上试验可以看出，次氯酸钠氧化法与化学沉淀法对于污水中的氨氮都有一定去除效果，单独使用其中一种方法，均不能达到氨氮的排放指标，因此，笔者尝试联合采用次氯酸钠氧化法以及化学沉淀法脱除污水中的氨氮。

2.3.1 化学沉淀法-次氯酸钠氧化法脱除污水中的氨氮 n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P）为1.5 ∶ 1 ∶ 1.2，pH值为10.0，在 HJ-6 多头磁力加热搅拌器中搅拌2 h充分反应，沉淀2 h后取上清液，加入次氯酸钠溶液氧化脱除废水中剩余的氨氮，20 min 后向废水中加入适量的3.5 g/L硫代硫酸钠溶液以消除游离氯，对污水中的氨氮含量进行测定（表1）。结果表明，处理后的废水达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级排放标准（<25 mg/L）。

由此可知，次氯酸钠氧化法与化学沉淀法联合使用可以提高污水中氨氮的去除率，处理后的废水能够达到 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级排放标准。相比较而言，化学沉淀法-次氯酸钠氧化法去除效果更好。

3 结论

本研究表明，次氯酸钠氧化法与化学沉淀法均可以在一定程度上去除污水中的氨氮。次氯酸钠氧化法与化学沉淀法联合使用可以提高污水中氨氮的去除率，处理后的废水能够达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级排放标准。相比较而言，化学沉淀法-次氯酸钠氧化法去除效果更好。

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