精馏塔塔釜低氨氮废水技术

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篇首语:只要学不死,就往死里学。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了精馏塔塔釜低氨氮废水技术相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

钴湿法冶炼加工的过程中,会产生高浓度氨氮废水,公司高浓度废水处理是采用经精馏塔蒸氨法,从运行效果看,控制塔釜排水氨氮在200 mg/L~100 mg/L,其处理成本较划算。但是单一采用此方法,要达到排放标准,即NH4+-N≤10 mg/L,处理效果不稳定且处理成本很高。因此,决定再增加一道深度处理低氨氮废水工序。

低氨氮废水处理方法主要有三类,即物理法、化学法、生物法。物理与化学法主要有以下几种方法[1]:离子交换法、吸附法、电化学氧化法、折点氯化法等。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,交换剂使用前需要改性等问题;吸附法尚未有成熟的价格合适、性能良好的吸附剂作为吸附材料;电化学氧化法受电极材料的限制,能耗偏高;生物处理含有机物的较低浓度氨氮废水效果好,但是处理时间较长,效果不稳定,占地面积大。而折点加氯法处理氨氮废水效果好,设备简单,反速率快且完全,通入氯气对水可以起到消毒作用。因此,结合公司的实际情况,决定选择折点加氯法深度处理低氨氮废水。

本文通过探讨原水氨氮浓度对处理效果的影响,确定适合折点加氯法处理的原水氨氮的范围,再探讨低浓度氨氮废水折点加氯法反应最佳pH、药剂的消耗比、反应时间以及加药方式,寻求最有效、经济的低氨氮废水深度处理方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

原水取自本公司污水处理车间精馏蒸氨塔塔釜后液,pH=7.0。试剂为工业级次氯酸钠,即漂白水(Cl2 含量ω=10%,密度ρ=1.18g/cm3)。

1.2 实验原理与方法

1.2.1实验原理

在含有氨的水中投加次氯酸(HOCl)时,当pH 在中性附近时,主要随次氯酸投加逐步进行下述反应[2],如图2 所示:

NH4++HOCl→NH2Cl+H2O (1)

NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O (2)

2NH2Cl +HOCl→N2↑+3H++3Cl-+H2O (3)

由于NaOCl 溶液含有10%以上的有效氯,使用时较安全,无氯气外泄的危险,因此实验采用次氯酸钠(NaOCl)作为氧化剂。

氯酸钠在水中的水解:

 NaOCl 的折点反应为:

 当投氯量达到氯与氨的摩尔比值1∶1 时,化合余氯即增加,当摩尔比达到1.5∶1 时,即(以Cl2 质量计)质量比7.6∶1,余氯下降到最低点,此即“折点”。在折点处,基本上全部氧化性的氯都被还原,全部氨都被氧化,进一步加氯就都产生自由余氯。

1.2.2实验方法

取若干个500 mL 水样于烧杯中,放于磁力搅拌器上,调整所需温度与转速,加入一定量的次氯酸钠溶液进行反应。反应完毕后取水样检测氨氮最后对数据进行分析。漂白水加入量折算成有效Cl2 的计算公式:

Cl2 的质量:m=ρωV

ρ—漂白水的密度;

ω—漂白水的有效含量;

V—漂白水的体积。

1.3 实验检测仪器

分光光度计(721),上海精密科学仪器有限公司,PHS-3C 型精密pH 计;数显恒温磁力搅拌器(85-2),金坛市大地自动化仪器厂。

2 结果与讨论

2.1 原水氨氮浓度对处理效果的影响

试验条件:三股原水:水样1,c(NH4+)=200 mg/L;水样2,c(NH4+)=150 mg/L;

水样3,c(NH4+)=80 mg/L;反应温度为20 ℃;按不同单耗加药;加药方式为一次性加药;反应时间为30 min;试验结果如图1所示。

 从实验过程看,原水氨氮过高,药剂消耗大且处理效果很不理想。主要原因是随着药剂的增加,pH 逐步下降,终点pH=2.5,不利于反应进行,余氯残留较多。若要加足够的碱中和至合适pH,当氧化1 mg/L NH4+-N 时,需3.6 mg/L 的碱度(以CaCO3 计)来中和[2],原水氨氮浓度越高,其需要加入的碱越多,从经济的角度出发,不合算。而原水氨氮小于100 mg/L,随着药剂的增加,氨氮下降很明显。且处理后氨氮小于10 mg/L 时,其pH=5.5~6.0,只需加少量的碱调至中性,就能达到排放要求。

2.2 pH 对处理效果的影响

试验条件:原水c(NH4+)=80 mg/L;反应温度为20 ℃;加药方式为一次性加药;反应时间为 30 min;按m(Cl2)∶m(NH4+)=8.2∶1;试验结果如图2 所示。

 从反应效果来看,pH 过低、过高处理效果均不理想。因整个反应过程会产生酸,pH 过低,则制约反应(3)进行,达不到预期效果。而pH 过高,则影响次氯酸钠分解成有效氯,从而影响处理效果。因此pH=在5.5~6.5 氨氮去除效果是最好的。

2.3 药剂消耗比对处理效果的影响

试验条件:原水c(NH4+)=80 mg/L;反应温度为20 ℃;加药方式为一次性加药;按不同单耗加药,反应时间为30 min;试验结果如图3 所示。

 通过实验可看出,在氨氮低于100 mg/L 的原水中,按m(Cl2)∶m(NH4+)=8.0∶1,处理效果好,可达到排放要求。考虑到水质可能有所变动和次氯酸钠的不稳定性,因此生产上建议采用最佳的药剂质量比为m(Cl2)∶m(NH4+)=8.0∶1~8.2∶1 之间,虽药剂量越大处理效果越好,但这样不仅造成成本增加,更有可能会使水中余氯增多,导致二次污染。

2.4 反应时间及加药方式对处理效果的影响

试验条件:原水c(NH4+)=80 mg/L;反应温度为20 ℃;m(Cl2)∶m(NH4+)=8.2∶1;加药方式为一次性加药;测定不同反应时间氨氮浓度的变化,试验结果如图4 所示。

 从实验过程看,随着反应时间的延长,氨氮的浓度逐步下降。10~30 min 之间,氨氮下降幅度很大,效果很明显。但是反应时间继续延长,由于药剂几乎消耗完全,氨氮下降的幅度很小了。因此,为了提高整个处理效率,反应时间为30 min。

从实验过程看,采用一次性加药方式,虽然操作比较方便,但是反应过程中有较浓的氯气的气味,处理时单耗较高,反应不完全,很可能会导致水中余氯的增多。而采用缓慢分批加药,虽比较慢,实际设计操作时有些繁琐,但是药剂与原水混合比较好,反应比较彻底,也能使调节pH 发挥作用,使次氯酸钠更快水解出有效氯,其单耗低,处理效果更好,几乎没有氯气的气味。因此建议采用计量式连续加药的方式。

3 结论

(1)从实验过程看,折点加氯更适用于处理氨氮浓度100 mg/L以下的低浓度氨氮废水,其氯投加量相对减少,处理效果较好,况且减少了额外加碱回调pH 的处理费用,降低了处理成本费用。因此,精馏塔回收氨水塔釜须控制氨氮浓度低于100 mg/L。

(2)对于低浓度氨氮废水(氨氮含量小于100 mg/L),其折点加氯法的处理的最佳工艺条件为:采用计量式连续加药的方式,控制pH=5.5-6.5;m(Cl2)∶m(NH4+)=8.0∶1~8.2∶1 之间;反应时间T=30 min。处理后氨氮小于10 mg/L,达到相关的排放标准。

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