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

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。