折点加氯技术处理农药废水中氨氮的研究

杨洪新，胡金玲，姜雪松，马文静

（沈阳化工研究院设计工程有限公司，沈阳 110021）

氨氮废水处理方法主要有3种，分别为物理法、化学法、生物法[1]。物理法与化学法又分为离子交换法、吸附法、电化学氧化法、折点氯化法等[2]。离子交换法虽能去除部分氨氮，但存在交换剂的交换容量有限，交换剂使用需要改性、脱附等问题；吸附法目前应用较少，主要原因是尚未找到价格合适、性能良好的吸附材料；电化学氧化法受电极材料的限制，能耗偏高，不属于主流处理工艺；生物法目前应用最广，但是只适合处理低浓度氨氮废水，而且存在处理时间较长，效果不稳定，占地面积大等问题。相比之下，折点加氯法处理氨氮废水效果较好，具有设备简易、操作简单、处理效果好的优点。因此，采用折点加氯法处理农药企业高氨氮废水。

本实验旨在考察折点加氯技术对氨氮废水的处理效果，确定氨氮初始浓度、反应体系pH值、反应时间、药剂投加比例对氨氮去除效果的影响，确定最优反应参数。

1 实验部分

1.1 材料和试剂

实验用水取自某农药生产企业不同生产工艺节点废水。试剂采用工业级次氯酸钠，有效氯为10%，密度为1.18 g/cm3。

1.2 实验装置

折点加氯法处理氨氮废水的实验装置如图1所示。实验装置主要由磁力搅拌器、反应器、药剂投加装置组成。为防止有害气体外溢污染环境，整个实验在通风橱内进行。

图1 折点加氯处理氨氮废水实验装置

1.3 实验方法

量取定量氨氮废水于烧杯中，采用NaOH和H2SO4水溶液调节模拟废水pH值，用滴管缓慢滴入次氯酸钠水溶液，磁力搅拌促进药剂与废水充分接触，间隔一定时间取样进行分析，测定废水中氨氮质量浓度。

1.4 实验原理

折点加氯法处理氨氮废水的原理如以下方程式所示[3]。

向水中通入氯气，氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸与水中氨氮反应生成一氯胺，随着氯气投加量的增加，氨氮被完全转化。生成的一氯胺继续与次氯酸反应，最终生成氮气。本实验采用次氯酸钠代替氯气，考察次氯酸钠对氨氮废水的处理效果，确定最优参数。

1.5 分析方法

按照《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ 535—2009）[4]测定废水中氨氮质量浓度，计算氨氮去除率。

2 结果与讨论

2.1 氨氮初始质量浓度对氨氮去除率的影响

取不同生产工艺节点废水，氨氮质量浓度分别为100、150、200 mg/L，在反应体系pH值为7，反应时间30 min的条件下进行实验，实验结果如图2所示。

由图2可以看出，在m（Cl2）∶m（N）相同的条件下，氨氮初始质量浓度越高，氨氮去除率越低。当m（Cl2）∶m（N）为8.6∶1.0时，初始质量浓度100、150、200 mg/L的氨氮废水中氨氮去除率分别83%、58%、33%，氨氮去除率差异较大。结果表明，氨氮质量浓度越高，氨氮越难被去除。若需提升氨氮的去除效果，则需要投加更多的药剂，进而造成运行成本增加。综上所述，折点加氯技术适合处理较低质量浓度的氨氮废水。

图2 氨氮初始质量浓度对氨氮去除率的影响

2.2 m（Cl2）∶m（N）对氨氮去除率的影响

在氨氮初始质量浓度为100 mg/L，反应体系pH值为7，反应时间30 min的条件下进行实验，实验结果如图3所示。

图 3 m（Cl2）∶m（N）对氨氮去除率的影响

由图3可以看出，随着m（Cl2）∶m（N）的增大，氨氮去除率也随之增加，说明m（Cl2）∶m（N）的提高有利于氨氮的去除。当m（Cl2）∶m（N）由7.6∶1.0增加至8.2∶1.0时，氨氮去除率由61%升至80%，去除率增长较快；当m（Cl2）∶m（N）由8.2∶1.0增加至8.6∶1.0时，氨氮去除率由80%升至83%，去除率增长缓慢。对于100 mg/L的氨氮溶液，当m（Cl2）∶m（N）=8.2∶1.0时，氨氮去除效果较好，继续增加Cl2用量，氨氮去除率升高不明显，而且还会造成余氯的增加。因此，m（Cl2）∶m（N）为8.2∶1.0，氨氮去除效果最理想。

2.3 反应体系pH值对氨氮去除率的影响

在氨氮质量浓度为100 mg/L，m（Cl2）∶m（N）为8.2∶1.0，反应时间为30 min条件下进行实验，实验结果如图4所示。

当反应体系pH值由4升至7时，氨氮去除率逐渐升高。当反应体系pH值为4时，氨氮去除率为62%；当反应体系pH值为7时，氨氮去除率达到最大值，为80%；当反应体系pH值由7升至9时，氨氮去除率下降；当反应体系pH值为9时，氨氮去除率降至67%。结果表明，折点加氯反应适宜在中性条件下进行。主要原因是：pH值较低时，制约反应（2）的进行，从而影响处理效果；而pH值较高时，次氯酸钠分解成有效氯的反应受阻，也对结果有较强的影响[5]。

图4 反应体系pH值对氨氮去除率的影响

2.4 反应时间对氨氮去除率的影响

在氨氮质量浓度为100 mg/L，m（Cl2）∶m（N）=8.2∶1.0，反应体系pH值为7的条件下进行实验，实验结果如图5所示。

由图5可以看出，氨氮去除率随反应时间的延长而增加。当反应时间在10～30 min时，氨氮去除率增长较为明显；当反应时间在30～60 min时，氨氮去除率增长较缓。结果表明，折点加氯技术氨氮去除效果在30 min时基本达到最佳，此时反应达到化学平衡状态。因此，对于氨氮废水，30 min是最理想的处理时间。

图5 反应时间对处理效果的影响

3 结论

折点加氯技术对氨氮初始质量浓度为100 mg/L的废水处理效果较好，此时药剂投加量较少，运行成本较低。对于氨氮质量浓度为100 mg/L的废水，当m（Cl2）∶m（N）=8.2∶1.0，反应体系pH值为7，反应时间为30 min时，氨氮处理效果较好，处理后氨氮质量浓度降至20 mg/L，氨氮去除率达到80%。