今天是:2022年8月17日  星期三
产品知识 Product knowledge

探究次氯酸钠去除废水中氨氮的效果

发布时间:2022年3月2日

随着废水排放标准的日益提高,去除废水中残留氨氮的要求越来越高。在各种去除氨氮的物化方法中。折点加氯法因为简单易行备受关注。与传统的氯系氧化剂液氯相比,次氯酸钠(NaCl0)不仅使用安全无氯气外泄的危险.而且可进一步减少消毒副产物(DBPs)的产生,因此用于氨氮的去除是较合适的氯化氧化剂。施光明等用NaCl0降低ADC发泡剂废水中的氨氮,弥补了在碱性条件下吹脱除氮的不足。郑作添等研究了受木屑污染雨水中氮的去除,结果表明采用NaCl0溶液氧化法具有很高的氨氮去除效率。顾庆龙将NaCl0用于二级生化出水中氨氮的脱除.确保处理水达标排放。本研究通过正交试验和单因素试验系统地探讨了氯与氨氮的量比、反应时间和pH值等因素对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响,并考察了高低不同氨氮浓度下,苯酚对氨氮去除率的影响.

1试验原理

在含氨氮的水溶液中加入次氯酸钠后,次氯酸、次氯酸根离子能够与水中的氨反应产生一氯胺(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)。由于NCl3在pH<5.5时才能稳定存在,而且在水中溶解度很低,只有10-7mol/L,所以在天然水溶液中NCl3几乎不存在。相关反应机理可用下列反应式表示:

NaCl0+H20—HC10+NaOH(1)

NH3+HC10—NH2Cl+H20(2)

NH2C1+HC10—NHCl2+H20(3)

NHCl2+H20—NOH+2Cl-+2H+(4)

NHCl2+NOH-N2+HC10+H++Cl-(5)

总反应式为:

2NH3+3NaClO—N2+3H20+3NaCl(6)

由上可知,只要提供足够的次氯酸钠剂量,水中的氨氮就可以通过一系列反应转化成氮气去除。

2试验部分

2.1主要仪器与试剂

FA2004N型电子天平,pHS-3C型酸度计,722S分光光度计.78HW-1型恒温磁力搅拌器。次氯酸钠(有效氯6.36%)、苯酚、NH2Cl、浓H2S04、Na2S203等试剂均为分析纯。

2.2分析方法

氨氮(NH3-N)用纳氏比色法,余氯用碘量法,pH值用pHS-3C型酸度计测定。

2.3试验方法

2.3.1次氯酸钠氧化脱除氨氮的效果研究

研究以质量浓度为100mg/L氨氮模拟废水进行静态试验.根据反应原理,影响次氯酸氧化脱除氨氮的影响因素主要有氯与氨氮的量比(A)、反应时间(B)和pH值(C),故选L9(33)的正交试验方案来安排试验.根据初步试验结果.选择如表1所示的因素水平设计试验方案。
表1

为了进一步研究各个因素对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响,在正交试验的基础上,以氯与氨氮的量比、pH值和反应时间为基本条件,每次改变其中的一个量,其它条件为常量,研究该因素对氧化脱除氨氮的影响。

2.3.2苯酚对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响

按总反应式进行计算.将氨氮氧化成氮气.理论上氯(以Cl2计)与氨氮的量比应为1.5:1(质量比为7.6:1),但实际应用中常因为酚类、氰化物、硫、锰等物质的存在,往往使氧化每克氨氮所需有效氯要远大于7.6mg。为此,在次氯酸钠氧化脱除氨氮的最优条件下.试验苯酚的影响。

3结果与讨论

3.1正交试验结果

按正交试验设计所定.对不同条件下用次氯酸钠氧化处理氨氮废水得到的测定结果及数据处理见表2。从表2可知,在试验所取的参数范围内,影响次氯酸钠氧化脱除氨氮反应的主次顺序可由极差的大小得到:A>B>C,即氯与氨氮的量比>反应时间>pH值。
表2

3.2反应条件对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响

3.2.1氯与氨氮的量比

在室温,pH值为7~9,反应时间30min的条件下.考察氯与氨氮的量比对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响,结果如图1和图2所示.
图1
图2

由图1和图2可以看出.氯与氨氮的量比对氨氮去除率和余氯的影响都经历了两个转折点:①在氯与氨氮的量比为0.96时.氨氮去除率位于第一个拐点,此时余氯量最大,为83.0mg。②在氯与氨氮的量比1.76时.氨氮去除率位于第二个拐点,此时余氯量最小,为28.24mg。究其原因,在含氨氮废水中加入次氯酸钠后,氨氮去除率与余氯的组成由有效氯与氨氮的量比决定:当氯与氨氮的量比小于1:1时,氨氮主要通过反应式(2)转化为性质稳定的NH2Cl,且余氯中大部分也为NH2Cl。在弱碱性条件下,NH2Cl半衰期较长,分解速率很慢,所以氨氮去除率增加缓慢,余氯增加迅速。当氯与氨氮的量比大于1:1时.部分NH,Cl将逐渐转化成NHCl2。NHC12性质不太稳定会发生分解转化为氮气,因此氨氮去除率急剧增加,余氯急剧减少.当氯与氨氮的量比等于1.76时,余氯降到最低点即折点:折点以后,余氯大部分为游离性余氯,少部分为NH2Cl、NHC12和NC13,所以余氯表现为快速增加,而氨氮去除率趋于缓慢。

3.2.2反应时间

在室温,pH值为7~9,氯与氨氮的量比分别为0.72.1.45和1.76条件下,考察反应时间对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响,结果如图3。
图3

由图3可知.次氯酸钠氧化脱除氨氮的反应是一个快速反应,在最初的10min内,3种不同氯与氨氮的量比下的氨氮去除率分别达到9.6%、59.2%和88.8%。而后随反应时间的延长.氨氮去除率的增加变得非常缓慢.特别是氯与氨氮的量比为1.76的情况下.根据3.2.1节的分析,这主要是因为3种不同氯与氨氮的量比情况下,体系中反应生成的NH2Cl和NHC12含量不同所造成。此外,由于NH,Cl分解速度很慢,所以在短时间内,即使氯与氨氮的量比大于1.76.氨氮去除率仍达不到100%。

3.2.3反应体系的pH值

在室温,反应时间30min,氯与氨氮的量比为1.35的条件下,考察pH值对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响.结果如图4。

由图4可知,氨氮去除率随着pH值上升,先增加后减少,相对而言,pH值为7~9时去除效果较好。当pH值大于10后,氨氮去除率减少较多,反应速率变慢,其原因是强碱性环境下,次氯酸的氧化性减弱,不利于氨氮氧化成氮气。试验中还观察到,加酸调节pH值接近9时,溶液中产生大量气泡,pH值迅速下降,反应非常剧烈,用pH试纸检测未观察到氨气逸出。另外,在试验的pH值条件下,氨氮去除率的变化范围为50.95%~55.7%,变化幅度较小。这表明在一定的pH值范围内,pH值只会改变反应速率的大小,而对整个反应过程中氨氮去除率的影响并不是很大。
图4

3.3苯酚对次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响

在室温,pH值为7~9,反应时间30min的条件下,向氨氮质量浓度分别为100mg/L和2400mg/L的模拟废水中各加入次氯酸钠2.3mL和5.0mL,考察苯酚浓度对氨氮去除率的影响.结果如图5所示。
图5

由图5可知,在高低两种氨氮浓度下,氨氮去除率都随苯酚浓度增加而递减,但高氨氮浓度受苯酚的影响较低氨氮浓度的小。在氨氮的质量浓度为100mg/L的水样中,当苯酚的质量浓度由0mg/L上升到100mg/L时,氨氮去除率由69.39%下降到30.0%:与之相比,在氨氮的质量浓度为2400mg/L的水样中,当苯酚的质量浓度由0mg/L上升到100mg/L时,氨氮去除率由44.82%下降到37.9%。究其原因:低氨氮浓度废水中,随着苯酚浓度增加,消耗于苯酚的次氯酸钠也随之增加.相应的与氨氮作用的次氯酸则随之减少.故氨氮去除率不断减少.而高浓度氨氮废水中.由于氨氮浓度远远大于苯酚浓度.在竞争次氯酸钠的过程中氨氮具有明显优势.因此苯酚浓度变化对整个体系中氨氮去除率影响较小。

4结论

(1)通过正交试验确定了影响次氯酸钠氧化脱除氨氮反应的主次顺序为:氯与氨氮的量比>反应时间>pH值。

(2)在单因素试验中,进一步考察了氯与氨氮的量比、反应时间和pH值的影响。试验结果表明:氯与氨氮的量比对氨氮去除率和余氯的影响都经历了两个转折点.第一个转折点时,氨氮去除率增加变快,余氯量最大:第二个转折点时氨氮去除率增加变缓,余氯量最小。

反应时间试验表明.次氯酸钠氧化脱除氨氮的反应是一个快速反应。在相同时间内,不同氯与氨氮的量比条件下氨氮去除率的差异主要由体系中反应生成的NH,Cl和NHC1,含量不同所造成.由于NH,Cl分解速度很慢,所以在短时间内,即使增大氯与氨氮的量比,氨氮去除率仍达不到100%.

在试验的pH值范围5~11内,氨氮去除率变化幅度较小。这表明pH值只会使反应速率减慢,而对整个反应过程中氨氮去除率影响并不是很大.

(3)在高低两种氨氮浓度下,氨氮去除率都随苯酚浓度增加而递减,但高氨氮浓度受苯酚的影响较低氨氮浓度的小。

新闻中心MENU