酸性廢水去除氨氮技術(shù)
鉛、鋅冶煉行業(yè)作為我國(guó)冶金行業(yè)的重要組成部分,冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的三廢問(wèn)題值得高度關(guān)注,國(guó)家也對(duì)鉛、鋅工業(yè)污染物排放制定了GB25466-2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。企業(yè)一直將重金屬含量是否達(dá)標(biāo)作為外排水的重要依據(jù),隨著社會(huì)的發(fā)展,廢水排放指標(biāo)越來(lái)越多,要求越來(lái)越嚴(yán),除了重金屬元素要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)外,廢水中的氨氮含量也要得到嚴(yán)格控制。水體中過(guò)量的氨氮會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化、降低水體溶氧、反應(yīng)產(chǎn)生致癌物質(zhì)、破壞生態(tài)平衡等危害,所以嚴(yán)格控制廢水中的氨氮含量迫在眉睫。
前人已對(duì)去除廢水中的氨氮做了大量研究,主要分為四大類:化學(xué)法,如折點(diǎn)氯化法、磷酸銨鎂沉淀法、電化學(xué)氧化法;物理法,如分子篩離子交換法、吹脫法;生物法,如生物硝化與反硝化法;新興氨氮去除技術(shù),如氯/紫外聯(lián)合氧化技術(shù)"、超聲吹脫組合工藝。針對(duì)不同類型的廢水需采用不同的氨氮處理工藝,筆者針對(duì)郴州某冶煉廠所產(chǎn)生的酸性廢水進(jìn)行氨氮去除處理,在不改變現(xiàn)有工藝路線的基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)有工藝條件進(jìn)行改進(jìn),以確保外排水能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放,減少返回二次處理,節(jié)約生產(chǎn)成本。
1、氨氮去除的影響因素
試驗(yàn)所處理的廢水為郴州某冶煉廠產(chǎn)生的酸性廢水,采用車(chē)間原工藝處理,工藝流程為三段處理法:一段采用石灰乳調(diào)節(jié)酸性廢水pH值至10,攪拌30min后壓濾;二段加入硫化鈉和生物制劑,用石灰乳調(diào)節(jié)酸性廢水pH值至9后壓濾;三段加入生物制劑和穩(wěn)定劑,然后用石灰乳調(diào)節(jié)pH值至7左右,攪拌30min后壓濾,壓濾廢水合格則外排。原工藝重金屬含量能夠達(dá)標(biāo),但氨氮含量有時(shí)需要返回一段進(jìn)行二次處理才能達(dá)標(biāo),故試驗(yàn)主要研究對(duì)象為氨氮含量,暫不考慮其他指標(biāo)。試驗(yàn)所取酸性廢水原液氨氮質(zhì)量濃度為50mg/L。
1.1 pH值
在反應(yīng)時(shí)間為30min、反應(yīng)溫度為85℃、不曝氣的條件下,改變pH值對(duì)酸性廢水進(jìn)行處理。pH值與酸性廢水氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖1。
從圖1可以看出:酸性廢水中氨氮含量隨著pH值的升高出現(xiàn)快速下降。這是由于氮在水體中以氨態(tài)氮形式存在最為常見(jiàn),而NH在堿性條件下不穩(wěn)定可以生成NH3,隨著堿性增強(qiáng),酸性廢水中氨氮含量降低。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)條件選擇最佳pH值為10。
1.2 反應(yīng)時(shí)間
在反應(yīng)溫度為85℃、pH值為10、不曝氣的條件下,改變反應(yīng)時(shí)間對(duì)酸性廢水進(jìn)行處理。反應(yīng)時(shí)間與酸性廢水氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖2。
從圖2可以看出:反應(yīng)前30min,氨氮含量出現(xiàn)快速下降,從30min到60min氨氮含量變化較小,說(shuō)明酸性廢水中的氨氮在前30min基本反應(yīng)完全??紤]到時(shí)間成本,選擇反應(yīng)30min最佳。
1.3 曝氣時(shí)間
在反應(yīng)溫度為85℃、pH值為10、反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下,用實(shí)驗(yàn)室小型氣泵插入到反應(yīng)裝置底部進(jìn)行曝氣,氣泵流量為60L/min。曝氣時(shí)間與酸性廢水氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖3。
從圖3可以看出:增加曝氣后,隨著曝氣時(shí)間的延長(zhǎng),酸性廢水中的氨氮含量又得到進(jìn)一步下降。這類似于吹脫法除去廢水中的氨氮,吹脫法的原理是將溶液調(diào)至堿性,使銨離子轉(zhuǎn)化為游離氨,再利用氣體為載體,將其與液相分離。試驗(yàn)中采用空氣作為載體,既起到吹脫作用,又有部分氧化作用,使得酸性廢水中的氨氮更快、更完全地釋放出來(lái),強(qiáng)化脫除氨氮的效果。
1.4 反應(yīng)溫度
在pH值為10、反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下,結(jié)合生產(chǎn)情況,選擇30,45,65,85和95℃對(duì)酸性廢水進(jìn)行處理。在不曝氣的情況下,反應(yīng)溫度與酸性廢水中氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖4。曝氣30min,反應(yīng)溫度與酸性廢水中氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖5。
圖4和圖5中均出現(xiàn)氨氮含量隨著反應(yīng)溫度的升高而快速下降的現(xiàn)象,由此可見(jiàn)溫度是影響氨氮處理效果的重要因素。隨著反應(yīng)溫度的升高,酸性廢水中分子運(yùn)動(dòng)更劇烈,溶液處于不穩(wěn)定不平衡狀態(tài),而NH4+在堿性條件下不穩(wěn)定可以生成NH3,酸性廢水溫度升高,體系能量上升,為NH4+轉(zhuǎn)化為NH3提供動(dòng)力,導(dǎo)致酸性廢水中更多的NH4+轉(zhuǎn)化為NH3,使得酸性廢水中氨氮含量下降。對(duì)比圖4和圖5可以明顯看到,同一溫度下,曝氣和不曝氣對(duì)氨氮含量的影響也很大,增加曝氣后,酸性廢水中的氨氮含量明顯低于不曝氣的情況,說(shuō)明曝氣起到了吹脫氨氮的作用。綜上,最優(yōu)反應(yīng)條件為升高溫度的同時(shí)進(jìn)行曝氣,溫度控制在85℃最佳,繼續(xù)升溫雖然還能進(jìn)一步降低酸性廢水中氨氮含量,但升溫的成本也會(huì)增加。
2、不同工藝條件對(duì)比
2.1 原有工藝
該企業(yè)原有酸性廢水處理工藝流程見(jiàn)圖6。
圖6中所示生物制劑和穩(wěn)定劑為中南大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研制,主要作用為去除酸性廢水中的重金屬和鉈。酸性廢水經(jīng)過(guò)三段處理后重金屬含量均基本達(dá)標(biāo),氨氮含量偶爾會(huì)超標(biāo),超標(biāo)的廢水需返回一段進(jìn)行二次處理,直至各項(xiàng)指標(biāo)均合格后再排放。為了使氨氮含量能夠穩(wěn)定持續(xù)地達(dá)標(biāo)、減少二次處理的次數(shù)、節(jié)約生產(chǎn)成本,在原有工藝路線不改變的情況下,根據(jù)上述影響氨氮含量相關(guān)因素的研究結(jié)果進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)整。
2.2 工藝參數(shù)對(duì)比
根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)溫度、pH值及曝氣時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響較大,技術(shù)人員結(jié)合原有工藝路線,提出6種工藝參數(shù)的調(diào)整方案,并進(jìn)行酸性廢水中氨氮含量的對(duì)比,確定最優(yōu)的參數(shù)。不同方案測(cè)定的酸性廢水氨氮含量結(jié)果見(jiàn)表1。
從表1可以看出,在不改變?cè)泄に嚶肪€的情況下,對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,結(jié)果相差甚大。方案二和方案三是在不改變一、二段處理?xiàng)l件的情況下,將三段的反應(yīng)溫度升至85℃進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看,三段升溫不調(diào)節(jié)pH值處理后的酸性廢水中氨氮含量有明顯下降,最終效果和方案一相差不大;三段升溫同時(shí)調(diào)節(jié)pH值處理后的酸性廢水中氨氮含量明顯優(yōu)于升溫不調(diào)節(jié)pH值工藝,氨氮去除率達(dá)到92%,效果較好,但會(huì)導(dǎo)致三段處理后的酸性廢水pH值過(guò)高,達(dá)不到外排標(biāo)準(zhǔn)。
方案四至六是在不改變二段處理?xiàng)l件的情況下,對(duì)一段和三段的反應(yīng)溫度、pH值進(jìn)行調(diào)整的對(duì)比試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,方案六的氨氮去除效果略優(yōu)于方案五,明顯優(yōu)于方案四,且末端回調(diào)pH值不會(huì)影響三段處理后酸性廢水中的氨氮含量。
方案四至六是在不改變二段處理?xiàng)l件的情況下,對(duì)一段和三段的反應(yīng)溫度、pH值進(jìn)行調(diào)整的對(duì)比試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,方案六的氨氮去除效果略優(yōu)于方案五,明顯優(yōu)于方案四,且末端回調(diào)pH值不會(huì)影響三段處理后酸性廢水中的氨氮含量。
根據(jù)GB25466-2010,氨氮(p)要低于8mg/L才能達(dá)標(biāo)排放。穩(wěn)妥起見(jiàn),選擇方案六的工藝參數(shù)最佳,結(jié)合氨氮去除影響因素的研究結(jié)論,在方案六的基礎(chǔ)上加曝氣更能保證氨氮含量達(dá)標(biāo)。因此最終選擇的酸性廢水氨氮處理的工藝路線為:一段升溫至85℃,二段處理?xiàng)l件不變,三段升溫至85℃、調(diào)節(jié)pH值至10、曝氣30min,最終用少許硫酸回調(diào)濾液的pH值至7~8,可使酸性廢水中氨氮(P)從50mg/L降至3mg/L。
3、結(jié)論
該企業(yè)的酸性廢水除氨氮試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論:
1)調(diào)節(jié)廢水的pH值至10,反應(yīng)時(shí)間為30min,升溫至85℃,外加曝氣30min,酸性廢水中氨氮去除率能達(dá)到92%。
2)最優(yōu)工藝路線為:一段升溫至85℃,二段處理?xiàng)l件不變,三段升溫至85℃、調(diào)節(jié)pH值至10、曝氣30min,最終用少許硫酸回調(diào)的pH值至7~8,可使酸性廢水中氨氮(p)從50mg/L降至3mg/L。
在污染物達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)減少資金投入是企業(yè)一直重點(diǎn)關(guān)注的方向。對(duì)該企業(yè)來(lái)說(shuō),在不改變?cè)兴嵝詮U水處理工藝路線的基礎(chǔ)上,利用該企業(yè)自產(chǎn)的硫酸和蒸汽,調(diào)節(jié)酸性廢水處理的反應(yīng)溫度和pH值,不需另外投資購(gòu)買(mǎi)設(shè)備、材料,減少了運(yùn)行成本,去除氨氮的效果明顯且穩(wěn)定,減少了酸性廢水二次處理的成本和風(fēng)險(xiǎn)。(來(lái)源:郴州市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,國(guó)家石墨產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,國(guó)家有色貴重金屬產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(湖南))