酸性废水去除氨氮技术

铅、锌冶炼行业作为我国冶金行业的重要组成部分，冶炼过程中产生的三废问题值得高度关注，国家也对铅、锌工业污染物排放制定了GB25466-2010《铅、锌工业污染物排放标准》。企业一直将重金属含量是否达标作为外排水的重要依据，随着社会的发展，废水排放指标越来越多，要求越来越严，除了重金属元素要达到排放标准外，废水中的氨氮含量也要得到严格控制。水体中过量的氨氮会造成水体富营养化、降低水体溶氧、反应产生致癌物质、破坏生态平衡等危害，所以严格控制废水中的氨氮含量迫在眉睫。

前人已对去除废水中的氨氮做了大量研究，主要分为四大类：化学法，如折点氯化法、磷酸铵镁沉淀法、电化学氧化法;物理法，如分子筛离子交换法、吹脱法;生物法，如生物硝化与反硝化法;新兴氨氮去除技术，如氯/紫外联合氧化技术"、超声吹脱组合工艺。针对不同类型的废水需采用不同的氨氮处理工艺，笔者针对郴州某冶炼厂所产生的酸性废水进行氨氮去除处理，在不改变现有工艺路线的基础上，对现有工艺条件进行改进，以确保外排水能够稳定达标排放，减少返回二次处理，节约生产成本。

一、氨氮去除的影响因素

试验所处理的废水为郴州某冶炼厂产生的酸性废水，采用车间原工艺处理，工艺流程为三段处理法：一段采用石灰乳调节酸性废水pH值至10，搅拌30min后压滤;二段加入硫化钠和生物制剂，用石灰乳调节酸性废水pH值至9后压滤;三段加入生物制剂和稳定剂，然后用石灰乳调节pH值至7左右，搅拌30min后压滤，压滤废水合格则外排。原工艺重金属含量能够达标，但氨氮含量有时需要返回一段进行二次处理才能达标，故试验主要研究对象为氨氮含量，暂不考虑其他指标。试验所取酸性废水原液氨氮质量浓度为50mg/L。

1.pH值

在反应时间为30min、反应温度为85℃、不曝气的条件下，改变pH值对酸性废水进行处理。pH值与酸性废水氨氮含量的关系见图1。

 

从图1可以看出：酸性废水中氨氮含量随着pH值的升高出现快速下降。这是由于氮在水体中以氨态氮形式存在最为常见，而NH在碱性条件下不稳定可以生成NH₃，随着碱性增强，酸性废水中氨氮含量降低。根据试验结果，结合现有生产条件选择最佳pH值为10。

2 .反应时间

在反应温度为85℃、pH值为10、不曝气的条件下，改变反应时间对酸性废水进行处理。反应时间与酸性废水氨氮含量的关系见图2。

 

从图2可以看出：反应前30min，氨氮含量出现快速下降，从30min到60min氨氮含量变化较小，说明酸性废水中的氨氮在前30min基本反应完全。考虑到时间成本，选择反应30min最佳。

3 .曝气时间

在反应温度为85℃、pH值为10、反应时间为30min的条件下，用实验室小型气泵插入到反应装置底部进行曝气，气泵流量为60L/min。曝气时间与酸性废水氨氮含量的关系见图3。

 

从图3可以看出：增加曝气后，随着曝气时间的延长，酸性废水中的氨氮含量又得到进一步下降。这类似于吹脱法除去废水中的氨氮，吹脱法的原理是将溶液调至碱性，使铵离子转化为游离氨，再利用气体为载体，将其与液相分离。试验中采用空气作为载体，既起到吹脱作用，又有部分氧化作用，使得酸性废水中的氨氮更快、更完全地释放出来，强化脱除氨氮的效果。

4. 反应温度

在pH值为10、反应时间为30min的条件下，结合生产情况，选择30，45，65，85和95℃对酸性废水进行处理。在不曝气的情况下，反应温度与酸性废水中氨氮含量的关系见图4。曝气30min，反应温度与酸性废水中氨氮含量的关系见图5。

图4和图5中均出现氨氮含量随着反应温度的升高而快速下降的现象，由此可见温度是影响氨氮处理效果的重要因素。随着反应温度的升高，酸性废水中分子运动更剧烈，溶液处于不稳定不平衡状态，而NH₄⁺在碱性条件下不稳定可以生成NH₃，酸性废水温度升高，体系能量上升，为NH₄⁺转化为NH₃提供动力，导致酸性废水中更多的NH₄⁺转化为NH₃，使得酸性废水中氨氮含量下降。对比图4和图5可以明显看到，同一温度下，曝气和不曝气对氨氮含量的影响也很大，增加曝气后，酸性废水中的氨氮含量明显低于不曝气的情况，说明曝气起到了吹脱氨氮的作用。综上，最优反应条件为升高温度的同时进行曝气，温度控制在85℃最佳，继续升温虽然还能进一步降低酸性废水中氨氮含量，但升温的成本也会增加。

二、不同工艺条件对比

1 .原有工艺

图6中所示生物制剂和稳定剂为中南大学科研团队研制，主要作用为去除酸性废水中的重金属和铊。酸性废水经过三段处理后重金属含量均基本达标，氨氮含量偶尔会超标，超标的废水需返回一段进行二次处理，直至各项指标均合格后再排放。为了使氨氮含量能够稳定持续地达标、减少二次处理的次数、节约生产成本，在原有工艺路线不改变的情况下，根据上述影响氨氮含量相关因素的研究结果进行工艺参数的调整。

2.工艺参数对比

根据研究发现，反应温度、pH值及曝气时间对氨氮去除效果的影响较大，技术人员结合原有工艺路线，提出6种工艺参数的调整方案，并进行酸性废水中氨氮含量的对比，确定最优的参数。不同方案测定的酸性废水氨氮含量结果见表1。

从表1可以看出，在不改变原有工艺路线的情况下，对相关参数进行调整，结果相差甚大。方案二和方案三是在不改变一、二段处理条件的情况下，将三段的反应温度升至85℃进行的对比试验。从试验数据来看，三段升温不调节pH值处理后的酸性废水中氨氮含量有明显下降，最终效果和方案一相差不大;三段升温同时调节pH值处理后的酸性废水中氨氮含量明显优于升温不调节pH值工艺，氨氮去除率达到92%，效果较好，但会导致三段处理后的酸性废水pH值过高，达不到外排标准。

方案四至六是在不改变二段处理条件的情况下，对一段和三段的反应温度、pH值进行调整的对比试验。从试验结果来看，方案六的氨氮去除效果略优于方案五，明显优于方案四，且末端回调pH值不会影响三段处理后酸性废水中的氨氮含量。

方案四至六是在不改变二段处理条件的情况下，对一段和三段的反应温度、pH值进行调整的对比试验。从试验结果来看，方案六的氨氮去除效果略优于方案五，明显优于方案四，且末端回调pH值不会影响三段处理后酸性废水中的氨氮含量。

根据GB25466-2010，氨氮(p)要低于8mg/L才能达标排放。稳妥起见，选择方案六的工艺参数最佳，结合氨氮去除影响因素的研究结论，在方案六的基础上加曝气更能保证氨氮含量达标。因此最终选择的酸性废水氨氮处理的工艺路线为：一段升温至85℃，二段处理条件不变，三段升温至85℃、调节pH值至10、曝气30min，最终用少许硫酸回调滤液的pH值至7~8，可使酸性废水中氨氮(P)从50mg/L降至3mg/L。

三、结论

该企业的酸性废水除氨氮试验可以得出以下结论：

1)调节废水的pH值至10，反应时间为30min，升温至85℃，外加曝气30min，酸性废水中氨氮去除率能达到92%。

2)最优工艺路线为：一段升温至85℃，二段处理条件不变，三段升温至85℃、调节pH值至10、曝气30min，最终用少许硫酸回调的pH值至7~8，可使酸性废水中氨氮(p)从50mg/L降至3mg/L。

在污染物达标排放的同时减少资金投入是企业一直重点关注的方向。对该企业来说，在不改变原有酸性废水处理工艺路线的基础上，利用该企业自产的硫酸和蒸汽，调节酸性废水处理的反应温度和pH值，不需另外投资购买设备、材料，减少了运行成本，去除氨氮的效果明显且稳定，减少了酸性废水二次处理的成本和风险。