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出水氨氮异常迅速而有效的应急手段
更新时间:2022-09-09 来源:环保工程师

  在污水处理厂硝化系统出现问题,出水氨氮超标时,想要迅速、有效的去除氨氮,只能通过物理化学的手段来应急了!常用且有效的物化手段目前只有折点加氯及沸石吸附法!市场上的很多氨氮去除剂就是次氯酸盐,就是就是利用折点加氯的原理!本文详细介绍一下两种工艺,让大家能做到遇到问题心中有底!

  一、折点加氯除氨氮

  折点加氯法是用化合价+1价氯的化合物次氯酸钠(或者次氯酸钙),把水体中的氨氮氧化为氮气的加工工艺。当然还可以立即把氯气进入废水中,运用歧化反应,生成次氯酸,随后在将废水中的NH3-N氧化成N2

  当氧化剂添加水里后,水里氨氮会被首要氧化成一氯铵,随后会被继续氧化变为二氯胺、三氯铵,三氯铵不稳定,会变为氮气释放出来,这就是折点加氯法的反映基本原理和过程,氨的浓度降为零。当氯气进入量超出该点时,水里的游离氯便会增加。

  当添加的氧化剂做到足量时,水里的氨氮浓度最低标准(可是并非为零),同时水里余氯成分也是最低标准,超出这一点以后,水里余氯成分就刚开始升高,因而该点称之为折点,该状况下的氯化称之为折点氯化。但在实际生产中,应用折点加氯法往往存在折点、加氯量不好判断的情况。

  1、加氯量-余氯曲线

  看懂加氯量-余氯曲线,是用好折点加氯法的关键所在。在水的加氯处理中,加氯量与余氯的关系如下图所示。曲线的x轴和y轴分别代表加氯量和余氯量,单位为mg/l。其中,水中的加氯量可分为需氯量和余氯两部分。如图所示:

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  需氯量是指用于杀死细菌、氧化有机物和还原性物质所消耗的部分。

  余氯是指为了抑制水中残余细菌的再度繁殖,尚需维持的少量氯。

  1、当水中无细菌、有机物和还原性物质等,需氧量为零,加氯量等于余氯量,如图中所示的虚线L1,该线与坐标轴成45度角。

  2、当水中含有细菌、有机物和还原性物质,但主要不是游离氨时,需氧量OA满足后就会出现余氯,如图所示虚线L2,这条线与x轴交角小于45度,其原因为:

  水中有机物与氯作用的速度有快慢。在测定余氯时,有一部分有机物尚在继续与氯作用中。

  水中余氯有一部分会自行分解,如次氯酸由于受水中某些杂质或光线的作用,产生如下的催化分解:2HOCl=2HCl+O2

  3、当水中的有机物主要是氨和氮化合物,情况比较复杂。

  当起始的需氧量OA满足后,加氯量增加,剩余氯也增加(曲线AH段),但后者增长得慢一些。超过H点加氯量后,虽然加氯量增加,余氯量反而下降,如HB段,H点称为峰点。此后随着加氯量的增加,剩余氯又上市,如BC段,B点称为折点。

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  a、在曲线OA段,表示水中杂质把氯消耗光,余氯量为零,需氯量为b,这时虽然也能杀死一些细菌,但消毒效果不可靠。

  b、在曲线AH段,加氯后,氯与氨发生反应,有余氯存在,所以有一定消毒效果,但余氯为化合性,其主要成分是一氯氨。氯和氨发生如下反应:NH3+HClO=NH2Cl+H2O。

  此时随着加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中氨氮逐渐减少,当加氯量达到H点时,水中的氨降至零,化合性余氯升至最高。

  c、在曲线HB段,仍然产生化合性余氯,加氯量继续增加,会发生如下反应:2NH2Cl+HClO=N2↑+H2O+3HCl。

  反应结果使氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,余氯量反而逐渐减少,最后到达折点B。

  d、在曲线BC段,超过折点B后,已经没有消耗氯的杂质了,出现自由性余氯,该段消毒效果最好。

  由此可见水中含有氨氮时,加氯量-余氯曲线是一条折线,此时对应的加氯法称为折线加氯法。

  2、氨氮含量与加氯量、加氯点的关系

  一般情况下,当pH值在7左右,采用折点加氯时,一氯胺、二氯胺、三氯胺同时存在。其中,产生的化合余氯成分以一氯胺为主,二氯胺和三氯胺少量存在(不影响分析),因此,在实践操作中为简化分析计算,常常将化合余氯看作一氯胺。

  假设水中杂质的耗氧量为b(mg/l),即曲线OA段的耗氧量为b(mg/l),水中余氯控制目标值为a(mg/l)。

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  如水中含无氨氮,采用游离加氯法。当加氯点为Y时(如图所示),所需加氯量y=b+1.35a(mg/l)。

  如水中含有c(mg/l)氨氮,采用折点加氯法,加氯量需分情况讨论:

  1、当加氯点被控制在AH段的Y1时,所需加氯量y1=b+1.38a(mg/l)。

  需要说明的是,为确保加氯点能被控制在AH段的Y1点,水中氨的含量必须满足条件:c不小于0.33a(mg/l)。

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  2、当加氯点被控制在HB段的Y2点时,所需加氯量y2=b+4.18c+1.034*(3.03c-a)(mg/l)。

  需要说明的是,加氯点被控制在HB段的Y2点,在AH段氨与氯气反应,水中的氨全部被消耗掉。

  3、当加氯点被控制在BC段的Y3点时,所需加氯量y3=b+7.31c+1.35a(mg/l)。

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  综上所述,加氯量的大小与水中的杂质含量、氨氮含量、余氯的控制目标值和所选择的加氯点有关。

  当水中杂质含量一定,余氯的控制目标相同时,水中无氨氮时的加氯量要比有氨氮时的加氯量低,也就是说氨氮会引起加氯量的增加,增加量主要取决于加氯点的位置。

  如果水中含有氨氮,就采用折点加氯,从余氯-加氯量曲线可知,对应同一个余氯值,可能存在三个不同的加氯点,这三个加氯点分别对应的加氯量有很大差别。

  实践表明,在曲线BC段Y3点采用游离氯消毒的加氯量,要远远大于在AH和HB段Y1、Y2点采用化合氯消毒的加氯量。

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  通常Y3点的加氯量可达到Y1点加氯量的2~3倍,为减少加氯量,折点加氯时的加氯点应选择在加氯量-余氯曲线的AH段,此时的余氯是化合氯。

  二、沸石吸附法除氨氮

  沸石对氨氮的去除以物理吸附作用与离子交换作用为主,其吸附作用具有“快速吸附,缓慢平衡”的特点。

  1、吸附作用

  在沸石的组成结构中,[SiO4]和[AlO4]以共角顶的形式联成硅铝氧格架,在格架中形成了许多宽阔的孔穴和孔道(占晶体总体积的50%以上),使得天然沸石具有比表面积大(通常在440~1030m2/g);天然沸石往往孔径均匀,因而可以产生“超孔效应”;在沸石表面所具有的强大色散力作用下,沸石孔穴中分布的阳离子和部分架氧所具有的负电荷相互平衡,使得沸石又具有较强的色散力和静电力作用;加之沸石所特有的分子结构而形成的较大静电引力,使沸石具有相当大的引力场,由以上四种因素的综合作用使得沸石具有很强的吸附性,与其他吸附剂相比,沸石具有吸附量大、高选择性和高效吸附等特点。

  2、离子交换作用

  离子交换是指沸石晶体内部阳离子与废水中NH4+进行交换的化学过程:在硅(铝)氧四面体基本单元中,部分氧原子的价键未得到中和,使整个四面体基本单元带有部分的负电荷,为达到电性中和,该四面体基本单元中缺少的正电荷会由附近带正电的金属离子阳离子(如K+、Na+、Ca2+、Mg2+)来补偿;废水中的NH4+直径小于沸石的孔穴通道直径,通过沸石的吸附作用容易进入孔穴到达沸石表面,并与沸石晶格中金属离子阳离子发生交换并将其置换下来,而且离子交换后的沸石并不发生结构变化,这使沸石具有离子交换特性。废水中NH4+与沸石中金属离子阳离子发生交换反应,使废水中NH4+减少,从而实现沸石对氨氮的去除作用。

  3、吸附作用影响因素

  1)沸石投加量及沸石粒径对氨氮去除效果的影响

  在一定范围内,沸石用量增加,NH4-N去除率也增加。但并非用量越多去除效果越好,有研究表明:沸石用量在2g/L以上时,去除效果并未明显增加,另外再增加沸石用量从经济角度也是不科学的。杨胜科等研究发现:1g沸石就可以将200mL水样中1mg/LNH4+降至0.2mg/L以下,此时已低于国家饮用水标准,再增加沸石用量,并未显著地提高NH4+的去除率,相反却使水质产生浑浊,从而影响水体的浑浊度指标,并易使比色测定误差增大,为此针对不同成分的含氨氮水,应将沸石用量控制在一定的范围内。

  2)温度对氨氮去除效果的影响

  沸石对氨氮的去除效果与废水的温度有着密切关系:随着温度升高,沸石对氨氮的吸附能力加强,因为温度的升高,使得NH4+离子动能增加,运动频率也随之增加,运动频率较高的NH4+离子更容易深入到沸石空穴中而被交换吸附。

  3)pH对氨氮去除效果的影响

  沸石对氨氮的去除随废水pH值的增加而先增大后减小:当溶液偏酸性时,溶液中存在大量的H+,H+的半径要远小NH4+的半径,比NH4+更容易与沸石上的金属阳离子发生交换,不利于NH4+的交换;当溶液偏碱性时,OH-与NH4+发生中和反应,生成NH3,使得水中氨氮以分子形态存在,NH3不能与沸石进行离子交换,仅吸附现象起作用,氨氮去除能力下降。

  参考资料:[1]陈春雾.折点加氯及其应用[J].城镇供水,2010(4):3.;[1]王文冬,杨颖显.沸石对水体中氨氮去除机理及影响因素研究[J].科学技术创新,2013,000(028):124-124.


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