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纯碱废水中氨氮处理方法

 

        联碱法生产纯碱排放的废水,pH为8~9,氨氮质量浓度为4 000~20 000mg/L。由于废水中氨氮浓度高,用单一方法处理,氨氮浓度很难达到排放标准。为此,进行了吹脱法和磷酸铵镁法结合处理纯碱高浓度氨氮废水的试验及应用。

1、吹脱法试验

1.1 吹脱原理

        将气体通人废水中,使气液相充分接触,水中溶解的游离氨穿过气液界面向气相转移,从而达到脱除氨氮的目的。吹脱法常用空气做载体。

        废水中的氨氮大多以铵离子和游离氨保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下:

NH4+ +OH- = NH3 +H2O

        此平衡受Ph和温度的影响。pH升髙,平衡向右移动,游离氨的比例较大;温度升高,平衡向右移动。表1列出了不同09、温度下氨氮离解为氨的离解率。

氨氮离解为氨的离解率

1.2试验方案

        向取自纯碱厂的废水中加碱,调节其pH,使废水中铵盐转化为游离氨,同时向废水中通入空气,将游离氨从废水中吹脱出来。随若游离氨的不断吹出,铵离子不断转化为游离氨被吹脱出来,废水的氨氮浓度逐渐下降。用蒸馏法(GB7478-87)测定吹脱前后废水中氨氮含量,计算氨氮去除率。

1.3工艺条件的确定

1.3.1 反应pH

        从表1知,pH为11时,废水中氨氮离解为氨的离解率可高达98%,因此,为使废水中的铵离子充分转化为游离氨而吹脱出来,吹脱前应向废水中加碱将pH调至11以上,并在整个吹脱过程中保持碱性。

1.3.2反应温度

        固定废水pH= 11.5、处理水量300mL,测定不同温度下吹脱的氨氮去除率,结果见表2。

吹脱温度对氨氮去除率的影响

        在一定压力下,氨在水中的溶解度随温度升高而降低,因此温度越高,越有利于氨从水中逸出。由表2可以看出:水温为25℃时,氨氮脱除率已经达到97%以上。

1.3.3气液比

        在温度为40℃、pH=11.5、处理水量300mL时,测定不同的吹脱气液比(体积比)时的氨氮去除率,结果见表3。

气液比对氨氮去除率的影响

        由表3可以看出:氨氮的去除率随气液比的增大而升高,气液比为3200~3500时,氨氮的去除率已达98.5%以上,但气液比大于3500时,氨氮的去除率并不随气液比的增大而继续升高。因此适宜的气液比为3200~3500。

1.4结论与讨论

        (1)吹脱法脱除纯碱废水中的氨氮,其脱除率与pH、温度和气液比有关。越高,吹脱效率越好,但也不宜过高,pH在11.0~11.5时,氨氮脱除效果最佳;废水温度越高,吹脱效率越好,但考虑到纯碱厂混合废水水温一般在25℃以上,此温度下氨氮脱除率已经很高,因此可不采用加温吹脱;气液比越高,吹脱效率越高,但气液比超过3500后吹脱效率并不随气液比的增大而升高。气液比控制在3200~3500,氨氮脱除效果最佳。

        (2)吹脱气可以采用20%。稀盐酸溶液吸收。当吸收液中氯化铵浓度足够高、吸收反应基本完全时打入氯化铵回收系统。

        (3)联碱法生产纯碱排放的废水,若仅采用吹脱法进行处理,即使吹脱效率很髙,其氨氮含量仍无法达到国家排放标准。

2、磷酸铵镁法试验

2.1磷酸铵镁法原理

        向含氨氮的废水中加入PO43-、Mg2+,其与铵离子反应生成对MgNH4PO4.6H2O,磷酸铵镁微溶于冷水,因此废水中的氨氮被去除。相关反应方程式如下:

Mg2+ PO43- + NH4 + 6H2O = MgNH4PO4.6H2O↓

1.2 试验方案

        取经吹脱处理后的纯碱厂含氨氮废水(氨氮含量为200~400 mg/L,pH为8~9),分析废水中的氨氮浓度,根据氨氮浓度,按比例向废水
中加入化学沉淀药剂MgCl2.6H20和Na3P04.12H20,沉淀完后,取上层清液分析氨氮浓度,计算氨氮去除率。

2.3 工艺条件的确定

2.3.1 沉淀剂投加顺序

不同的沉淀剂加入顺序对氨氮去除率的影响见表4。

由表4可以看出,不同沉淀剂的加人顺序对废水中氨氮的去除率有很大影响,先加MgCl2.6H2O再投加Na3P04.12H2O更有利于废水中氨氮的

脱除。

2.3.2沉淀剂投加比例

        按先加MgCl2.6H2O再投加NaP04.12H20的顺序,考察沉淀剂的投加比例对氨氮去除率的影响,见表5。

沉淀剂投加比例对氨氮去除率的影响

        从表5可以看出:最佳沉淀剂投加比例为n(Mg2+):n(NH4+):n(PO43-)=1.3:1:1。

2.3.3 反应pH

        用氯化铵配制氨氮质量浓度为399 mg/L的溶液,溶液pH=6.67。按选定的沉淀剂投加顺序和配比进行试验,考察不同对氨氮去除率的影响(见表6)。

PH对氨氮去除率的影响

        由表6可见,为达到高氨氮去除率,不能过髙,应控制在9.8以下。纯碱废水经过吹脱处理后,应该是中性偏弱碱性(pH为8~9),再投入沉淀剂反应,因磷酸钠是强碱弱酸盐,反应后水样会有所升髙,因此反应过程中应加酸控制在9.8以下。

2.3.4反应时间

        此沉淀反应是离子反应,反应速度很快。试验证明,反应进行20min。前后的氨氮去除率没有显著变化。

2.4 结论与讨论

        (1)对氨氮质量浓度为200~400mg/L的废水,采用对MgCl2.6H2O和Na3P04.12h20进行沉淀处理,先加MgCl2.6H2O再加NaP04.12H20更有利于氨氮的去除。

        最佳沉淀剂投加比例为n(Mg2+):n(NH4+):n(PO43-)=1.3:1:1。

        (2)氨氮废水经磷酸铵镁法处理得到的磷酸铵镁沉淀是一种含磷、氮、镁的复合肥料,经理论计算,含磷、氮、镁的复合肥料,经过理论计算,含P2O529%、N5.7%、Mg9.8%,是一种很好的缓释复合肥。

        (3)磷酸铵镁法处理氨氮废水,氨氮脱除效果较好,但处理费用较高,因此,该法只适用于氨氮含量不太高的废水。

3、应用效果

        在试验的基础上,将吹脱法和磷酸铵镁法结合用于指导某联碱法纯碱厂废水的氨氮处理。在室温(25℃左右)下向废水中加碱(NaOH溶液,32%),调节其pH>11,将废水进行循环吹脱处理,氨氮去除率达97%以上。经吹脱处理后的废水再用磷酸铵镁法处理,按合适的沉淀剂投加顺序和投加比例,并控制pH在9.8以下,处理后废水氨氮质量浓度降至60mg/L以下,达到国家废水排放标准。说明采用吹脱法和磷酸铵镁法结合是一种处理联碱法纯碱废水氨氮的有效方法。

 

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