贵金属生产中高氨氮废水的处理研究

刘国旗，任志勇，李欢，郅欢欢，王红梅，张静，白延利，孟俊杰

（1.兰州金川贵金属材料股份有限公司，甘肃 兰州 730000；2.国家镍钴新材料工程技术研究中心，甘肃 兰州 730000）

随着工业化水平和程度的提高，冶金、石油、制药、化学等工业规模与产量的快速扩大和提升，使得工业废水的排放量不断增大，废水中氨氮含量急剧攀升，给工业废水治理和水资源环境保护带来严峻挑战。氨（NH3）中的N原子具有孤电子对，具有良好配位能力，极易与过渡金属（Fe、Co、Cu、Ni）或贵金属金属（Pt、Pd、Ru、Rh）形成配位化合物，化工领域中，氨配位的金属化合物具有十分重要的地位[1]。通过对公司所提供的工业废水进行检测，检测结果显示，该废水中氨氮含量为800mg/L-1200mg/L。目前园区污水处理厂生化处理池所能接受的氨氮浓度≤300mg/L，已经超出了园区制定的排放标准。针对高浓度氨氮废水的处理，则当前使用频次较高且行之有效地方法主要有吹脱法、湿式催化氧化法、化学沉淀法等。吹脱法、对操作过程要求严格，而且吹脱法将氨吹到大气中，造成二次污染；湿式催化氧化法的催化剂价格昂贵。

化学沉淀法，又称磷酸铵镁沉淀法。该方法的主要原理是通过向含有高含量氨氮的工业废水中投入M和P的试剂，与废水中的氨氮元素和磷元素发生反应，以磷酸铵镁沉淀物方式析出，同时还能实现对工业污水中氮、磷的有效回收。化学沉淀法在能源紧张的今天，受到了人们普遍的关注。我们采用化学沉淀法，加入M和P的试剂，设计了适合工业生产的最佳实验方案，使治理后的工业废水能够达到园区废水处理厂生物法进一步处理的排放标准。

1 实验部分

1.1 实验原料与主要仪器设备

实验原材料包括：氨氮工业废水（兰州金川贵金属材料股份有限公司）、沉淀剂M（镁盐）、沉淀剂P（磷酸盐）、氢氧化钠（工业碱）等。

主要仪器设备包括：反应釜、溶解罐、过滤设备、工业泵、水浴锅、烧杯、磁力搅拌器、pH数字测定仪等。

1.2 实验过程与工艺流程

量取氨氮废水5L，加入10L的反应釜中，调节pH值到9-10之间，再将已经完全溶解的沉淀剂M溶液全部加入至反应釜中，调节pH值在9-10之间，将完全溶解的沉淀剂P溶液缓慢加入反应釜中，控制加入时间速度为15-20mL/min之间。最后再次调节pH值到9-10之间，搅拌30min，静置沉降4h之后过滤，得到的沉淀进行回收，废水排放至园区废水厂。

2 结果与讨论

2.1 药剂加入量对氨氮处理效果的影响

废水中NH3-N的处理结果与沉淀剂M、P的加入量成正比例关系，药剂加入越多，处理效果越好。当摩尔比为1.0：1.0：1.1的情况下，废水中氨氮浓度达到280mg/L，已满足工业园区废水厂生物法处理对公司的排放要求，所以最终选取1.0：1.0：1.1作为本工艺的优选比例。

2.2 反应时间对氨氮处理效果的影响

在固定沉淀剂的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1的条件下，不同反应时间氨氮处理效果不同。反应时间越长，处理效果越好，在40min以后时间对反应的影响就变得不是很大，已满足园区废水厂对公司的排放要求。

2.3 反应温度对氨氮处理效果的影响

在固定沉淀剂的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，反应时间t=40min的条件下，用不同温度的水浴锅对反应容器进行加热，最终测出反应后水样中的氨氮含量如图1所示。温度在10-50℃时该工艺对氨氮具有很好的处理效果，已满足园区废水厂对公司的排放要求。

图1 反应温度对氨氮处理效果的影响

2.4 反应pH值对氨氮处理效果的影响

在固定沉淀剂的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，温度T=30℃，反应时间t=40min的条件下，调节不同的体系pH值。pH=8-10的范围内，处理效果最明显，过低过过高都会生成其他杂质而消耗药剂，所以最终确定反应的pH值为8.5。

2.5 不同氨氮初始浓度的处理效果

在固定沉淀剂的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，温度T=30℃，体系pH=8.5，反应时间t=40min的条件下，不同氨氮初始浓度的处理效果不同。实验结果显示，即使初始浓度不同，均可以将氨氮含量降低到300mg/L以下，说明次工艺的实用性非常强。

表1 工业化处理试验结果

2.6 工业化处理实验结果

工业化处理条件：（1）沉淀剂加入比例NH3-N：M：P =1.0：1.0：1.1 ；（2）反应温度T=30℃ ；（3）最佳反应pH=8.5（4）反应时间t=40分钟。

工业化处理结果如表1，其中日废水处理量70-200吨，废水初始pH=5.6-9.5之间，初始NH3-N值在700-1500 mg/L之间，处理后的NH3-N值降低至300mg/L以下，满足工业园区废水处理厂生物法处理的排放要求。

3 结论

通过设置单因素控制实验，考察了沉淀剂加入量、温度、时间、pH值对氨氮处理效果影响，最佳实验条件如下：（1）沉淀剂加入比例NH3-N：M：P =1.0：1.0：1.1；（2）反应温度T=30℃ ；（3）最佳反应pH=8.5（4）反应时间t=40分钟。