次氯酸鈉去除化工類生化尾水中氨氮的工程研究

戴建軍 卞為林(南京大學鹽城環保技術與工程研究院， 江蘇 鹽城 224000)

江蘇某藥物發展有限公司主要從事抗艾滋病治療藥物的研發、生產與銷售，位于江蘇鹽城某化工園區，主要產品包括5-甲基尿苷、β-胸苷、齊多夫定醫藥中間體，該公司在生產過程中使用大劑量的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)，屬于高有機氮溶劑，該溶劑經過減壓蒸餾回收后仍存在大量的DMF隨水排放，每天排放量大概0.2噸左右。全廠廢水經收集池收集后經該廠厭氧水解酸化+A/0兩級生物處理，尾水排入園區集中式污水處理廠進行深度處理。

該企業自污水站建成經三個月調試運行以來，生化尾水氨氮嚴重超標，其排放濃度在100～150mg/L之間，其他指標均能穩定符合園區接管標準，究其原因廢水中含有較大劑量的DMF，經過生化系統破壞后產生大量氨氮，造成生化出水氨氮超標。現運用次氯酸鈉氧化法對該企業生化尾水進行深度脫氮處理中試研究，從而指導其工程運用。

1 試驗原理

在含氨氮的化工企業生化尾水中添加次氯酸鈉，次氯酸、次氯酸根離子能夠與水中的氨反應產生一氯胺(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)，最終可氧化成氮氣。總反應式為：2NH3＋3NaClO→N2↑＋3H2O＋3NaCl。因此，在化工生化尾水中添加次氯酸鈉，廢水中的氨氮就可以通過上述反應變成氮氣，從而使化工廢水中的氨氮得以去除[1]。

2 材料與方法

2.1 材料

中試廢水主要取自該企業二級生物處理系統二沉池出水，中試期間該廠二沉池出水COD較為穩定，在300～450mg/L之間，氨氮出水嚴重超標，在100～150mg/L之間。工業次氯酸鈉溶液購自上海，有效氯含量為10%。其余檢測用試劑耗材均采購分析純國藥[2]。

2.2 方法

從該企業生化處理系統二沉池出水排放池中用計量泵泵入中試裝置配水槽，通過pH自動控制儀調節配水槽廢水pH。經過調配成功的廢水經過液位差流入氧化反應槽，同時用計量泵向氧化反應槽投加次氯酸鈉。整個中試裝置的反應pH，停留時間通過pH自動控制儀及計量泵來實時控制。其中配水槽和氧化反應槽通過壓縮空氣進行曝氣攪拌，確保體系的混合均勻。

3 結果與討論

3.1 次氯酸鈉投加量對氨氮脫除效果的影響

次氯酸鈉投加量不僅影響氨氮的去除率，而且涉及到企業的運行成本，直接關切到企業的經濟效益。因此在保證生化尾水氨氮達標排放的基礎上優化次氯酸鈉的投加量是完全有必要的。

圖1 次氯酸鈉投加量對廢水中氨氮的去除效果的影響

由圖1所示，氨氮的去除率隨次氯酸鈉的投加量的增加而增加，當次氯酸鈉的投加量達到廢水的2.5%(v/v)時，出水氨氮濃度就可以小于50mg/L(接管標準)，其實際次氯酸鈉使用量遠遠超過了理論的計算值，1mg氨氮理論消耗8mg次氯酸鈉，因此當142mg/L氨氮降到45mg/L時，理論消耗0.63%(v/v)的10%次氯酸鈉溶液，實際消耗了2.5%，究其原因主要是由于生化尾水中含有大量COD，300～450mg/L，有部分COD優先被次氯酸鈉氧化，從而導致次氯酸鈉的投加量高于理論值，25%左右COD的去除率表明了這一點。

3.2 次氯酸鈉氧化反應時間對氨氮脫除效果的影響

保證廢水氨氮達標排放的前提下，次氯酸鈉氧化反應停留時間(HRT)在廢水量一定的情況下影響設備容積的大小，從而影響企業的設備投資。

由圖2所示，次氯酸鈉氧化去除廢水中的氨氮速率較快，在前十分鐘內反應即基本完成，總體來說氨氮的去除率隨時間的延長而增加，在30分鐘后，反應基本完成。

圖2 次氯酸鈉氧化反應時間對廢水中氨氮的去除效果的影響

3.3 氧化體系pH對次氯酸鈉氧化法去除氨氮效果的影響

當次氯酸鈉投加量及氧化反應停留時間一定時，氧化體系的pH是影響次氯酸鈉氧化效果的最重要因素，因此優化氧化體系的pH也是非常有必要的。

圖3 氧化體系pH對廢水中氨氮的去除效果的影響

由圖3所示，當反應體系pH從6升至8時，廢水中的氨氮去除率隨pH的升高而升高，主要是由于pH升高時，H+離子濃度越低，廢水中的氨氮主要以NH3形式存在，相較于NH4+更有利于次氯酸鈉的氧化。但是當pH從8繼續升高至9時，其去除率反而降低，這是因為當廢水的pH增高，次氯酸鈉的氧化性就會減弱，從而導致其氨氮的去除效率降低[3]。總體而言，pH控制在7.5～8.5之間，廢水中氨氮的去除基本不受影響。

4 實際工程連續運行結果

在上述中試運行參數的優化試驗條件下，該企業對于200t/d的實際工程進行了試車，連續跟蹤了兩周，運行結果如圖5所示。

由圖5所示，從200t/d的實際工程運行結果來看，當次氯酸鈉投加量為2.5%(v/v)，氧化停留時間為30min，氧化體系的pH控制在7.5～8.5之間，出水氨氮穩定低于50mg/L，滿足該企業所在園區集中式污水處理廠的接管標準。

圖5 企業200t/d的生化尾水連續運行結果

5 結語

從中試運行結果來看，針對該企業生活尾水COD低于500mg/L，氨氮在100～150mg/L左右的特殊水質，次氯酸鈉氧化法在滿足氨氮達標排放的基礎上，即NH3-N≤50mg/L，10%有效率的次氯酸鈉的投加量為2.5%(v/v)，氧化停留時間為30min，氧化體系的pH控制在7.5～8.5之間。

從該企業200t/d的實際工程連續2周的試車結果來看，次氯酸鈉氧化法適用于該企業生化尾水氨氮的去除，出水滿足該企業所在園區集中式污水處理廠的接管標準，氨氮去除率70%左右，同時COD協同去除25%左右。

從經濟運行成本分析， 按照10%有效氯的次氯酸鈉投加量2.5%(v/v)計算，需要增加企業每噸廢水的運行成本15元左右，按照年運行300d，200t/d的廢水產生量核算，企業需額外投加90萬元/a，該企業年納稅額超千萬，此運行成本對于該企業來說在可接受范圍之內。

[1]顧慶龍.次氯酸鈉氧化法脫除二級生化出水中氨氮的中試研究[J]．環境科學與管理,2007,32(12):97-99．

[2]國家環保局.水和廢水監測分析方法(第4版)[M].北京:中國環境科學出版社, 2002,11:279-281.

[3]Metcalf,Eddy.Wastewater Engineering:Treatment and Reuse(4rd ed.)[M].New York:MeGraw-Hill Book Co.,2003,519:123.5-1238.