苯胺基乙腈生产废水氨氮处理

Posted 2023-01-15 生产废水

篇首语：书犹药也，善读可以医愚。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了苯胺基乙腈生产废水氨氮处理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

去除高浓度氨氮常用的方法有物理法、化学法和物理化学法。磷酸镁铵（MAP）法〔1〕是一种将废水中的氨氮转化为沉淀物（MgNH4PO4·6H2O）从而除去氨氮的化学处理方法。由于MAP 法生成的沉淀是一种缓释肥料，且基本不吸收金属离子和其他杂质〔2〕，可使废水中的氨氮变废为宝。因此，MAP 法是一种绿色环保的去除废水中高浓度氨氮的方法。

苯胺基乙腈生产废水是染料工业废水，具有成分复杂、高COD、高氨氮的特征，是一类难生物降解的高浓度有机废水〔3〕。目前有少量研究采用生化法进行处理〔4〕。因该废水中含有浓度极高的氨氮，且其中的有机氮分解还会向水中释放氨氮，若采用生化处理，须将氨氮处理至生化系统可耐受的浓度。

笔者通过试验研究了MAP 对苯胺基乙腈生产废水中高浓度氨氮的处理效果及最佳反应条件，为去除该类废水中的氨氮提供了可能的途径。

1 废水处理工艺流程

由于原水的氨氮过高（NH3-N>7 000 mg/L），为保证MAP 工艺去除氨氮的效果可靠和经济合理，试验先将废水进行吹脱处理，使其中的氨氮降至2 000 mg/L 以下，然后对吹脱出水进行MAP 处理，最后进行生化处理。处理工艺流程如图 1 所示。

图 1 工艺流程

2 试验部分

由文献〔5〕可知，影响MAP 去除氨氮效果的主要因素有药剂种类、反应pH、进水氨氮等。先用单因素试验考察各因素对氨氮去除率的影响，并确定各因素的最佳水平范围，之后再通过正交试验进一步对各因素水平进行优化，得到MAP 处理苯胺基乙腈生产废水的最佳反应条件。

2.1 试验水质及检测方法

试验废水取自重庆市永川区某化工厂废水处理站调节池，其水质如表 1 所示。

2.2 试剂与仪器

氧化镁、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸、磷酸氢镁，皆为分析纯。

202A-4 电热恒温箱，南通华泰实验仪器有限公司；ZR4-6 六联搅拌器，深圳中润水工业技术发展有限公司；DR5000 紫外可见光分光光度计、DRB200 COD 消解器、HQ11d 型pH 计，美国哈希公司。

2.3 试验方法

取一定量的废水倒入烧杯中，以选定的药剂组合称取药品加入（投加固体磷药剂时，须先将磷药剂溶于少量去离子水后加入烧杯，再向其中加入氧化镁）。用搅拌器搅拌，设定其转速为100 r/min，搅拌时间为1 h。搅拌器启动后，用10 mol/L NaOH 溶液和10 mol/L HCl 溶液调节pH 至设计值。搅拌停止后静置30 min，取上清液测定出水氨氮和残磷。

3 试验结果及讨论

3.1 最佳反应pH

各取5 份500 mL 废水，测其氨氮为1 534 mg/L，倒入烧杯内。以氧化镁和磷酸氢二钠为组合药剂，按 m（Mg）∶m（N）∶m（P）=1∶1∶1 分别在不同pH 下进行沉淀试验。实验中发现，当pH＜9 或pH＞10 时，氨氮去除率均较差，这主要是由于较低的pH 环境不利于 PO4PO3-的形成，而较高的pH 使Mg2+容易形成Mg（OH）2，只有pH 约在9～10 时才会大量形成磷酸镁铵沉淀。通过其他药剂组合的磷酸镁铵沉淀试验也能得到相似的结论〔6〕。

3.2 MAP 药剂组合

采用磷酸镁铵沉淀法处理废水中氨氮时常用MgCl2、MgSO4 等无机镁盐提供镁离子，由于这些无机镁盐的溶解性很好，能与水中的铵离子和磷酸根离子充分反应，具有较好的氨氮去除率。但这些沉淀剂引入了大量Cl-、SO42-，不仅难以从水中去除，还给后续生化处理造成严重影响。MgO 是一种生物友好型药剂，能减少化学物质残留对后续生化系统产生的不良影响〔7〕。因此试验中选择MgO 作为药剂。取 5 份500 mL 氨氮为1 660 mg/L 的废水，选择MgHPO4、MgO+Na2HPO4、MgO+NaH2PO4、MgO+H3PO4，4 组药剂，保持m（N）∶m（P）=1∶1，分别以m（Mg）∶m（N）为1.3∶1、1.5∶1、1.7∶1、2.0∶1 进行配比，在pH=9.5 下进行沉淀试验，结果见图 2。

图 2 不同镁氮配比下的去除效果

由图 2 可知，MgO+H3PO4 对氨氮的去除率稍高于其他3 个药剂组合。此外，选定药剂组合还应考虑的因素有经济性、投加方便性、配比调整灵活性、前后工艺衔接可行性。药品价格直接影响处理成本；部分固体药品在投加前需预先溶解后投加，不如液体药剂使用方便；当原水中氨氮变化较大时，选定的药剂组合应能根据具体情况灵活调整配比，以达到理想的去除效果；由于沉淀法要求在一定的pH 下反应，故沉淀操作前后的处理单元所需pH 应尽量与沉淀反应pH 相一致，避免调节pH 过程中消耗大量酸碱及引入外来离子。对4 组药剂的影响因素进行对比，结果见表 2。

综合考虑各方面因素，选定苯胺基乙腈生产废水的沉淀药剂组合为MgO+H3PO4。

3.3 药剂投加方式

上述药剂组合在进行沉淀试验时均存在沉淀蓬松难以沉降的问题，分析认为原因可能是：（1）氨氮过高，形成的沉淀物过多，体积膨大，不易沉降。（2）废水本身含油状物质，对沉淀颗粒进行包裹，使其不能相互碰撞形成大颗粒沉淀物，沉降性能欠佳。针对第1 个原因，以吹脱前废水、吹脱后废水分别进行试验，对比试验结果。针对第2 个原因，将药剂投加方式改为预配沉淀剂投加，即先将MgO 和H3PO4 用少量去离子水混合搅拌至糊状再加入废水中，将预配沉淀剂投加方式与原投加方式进行对比。为定性说明沉降效果，借用SV（污泥沉降速率）说明不同投加方式对去除效果的影响，见表 3。

由表 3 可知，沉淀剂投加方式对沉降效果有显著影响，而原水氨氮对沉降效果的影响很小。由于该废水含有较多不易溶于水的成分包裹在颗粒沉淀周围，难以生成较大的沉淀颗粒，导致生成的沉淀不易沉降，因此将投加方式均改为预配沉淀剂投加。

3.4 正交试验结果

苯胺基乙腈生产废水中可能含有某些油性物质，同时MgO 在水中溶解度较低，使得MAP 反应在m（Mg）∶m（N）∶m（P）=2∶1∶1 的配比下对氨氮的去除率较低，出水氨氮仍无法满足生化处理的要求，因此需经正交试验对药剂配比进行优化，结果见表 4。

由表 4 可知，增加pH 有利于提高氨氮去除率，但pH=9.5、10 时的结果相差较小，废水经吹脱后其 pH 与9.5 相近，因此选定pH=9.5 为最佳值；m（Mg）∶ m（N）=2.5∶1、m（N）∶m（P）=1∶1.2 时氨氮去除率最高。而较低的pH、较小的m（Mg）∶m（N）和m（N）∶m（P）增加了残磷量。在保证氨氮去除率尽可能高的前提下，使残磷量适度（约15～20 mg/L，为后续生化处理补充磷元素），选择5 号工艺条件为最佳方案。由极差可知，影响氨氮去除率的因素重要性顺序为m（Mg）∶ m（N）>m（N）∶m（P）>pH；而影响残磷量的因素顺序为m（Mg）∶m（N）>m（N）∶m（P）>pH。

。

4 结论

（1）采用氧化镁和磷酸作为处理苯胺基乙腈生产废水中氨氮的沉淀药剂，其最佳反应pH 为9～10，过高或过低的pH 下易发生副反应，导致氨氮去除率降低。

（2）反应过程中发现MAP 生成物蓬松，不易沉降，经试验证实主要原因可能是该废水中含较多不易溶于水的物质阻碍了沉淀形成。预配制沉淀剂进行投加可以解决上述问题。

（3）经正交试验得到磷酸铵镁法处理苯胺基乙腈生产废水中氨氮的较佳工艺条件：pH=9.5、m（Mg）∶ m（N）=2.5∶1、m（N）∶m（P）=1∶1.2。在此条件下的氨氮去除率接近90% ，残磷量为16.1 mg/L，能有效降低废水中的氨氮并补充磷元素，有利于后续生化处理。