貴金屬生產中高氨氮廢水的處理研究

劉國旗，任志勇，李歡，郅歡歡，王紅梅，張靜，白延利，孟俊杰

（1.蘭州金川貴金屬材料股份有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.國家鎳鈷新材料工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730000）

隨著工業化水平和程度的提高，冶金、石油、制藥、化學等工業規模與產量的快速擴大和提升，使得工業廢水的排放量不斷增大，廢水中氨氮含量急劇攀升，給工業廢水治理和水資源環境保護帶來嚴峻挑戰。氨（NH3）中的N原子具有孤電子對，具有良好配位能力，極易與過渡金屬（Fe、Co、Cu、Ni）或貴金屬金屬（Pt、Pd、Ru、Rh）形成配位化合物，化工領域中，氨配位的金屬化合物具有十分重要的地位[1]。通過對公司所提供的工業廢水進行檢測，檢測結果顯示，該廢水中氨氮含量為800mg/L-1200mg/L。目前園區污水處理廠生化處理池所能接受的氨氮濃度≤300mg/L，已經超出了園區制定的排放標準。針對高濃度氨氮廢水的處理，則當前使用頻次較高且行之有效地方法主要有吹脫法、濕式催化氧化法、化學沉淀法等。吹脫法、對操作過程要求嚴格，而且吹脫法將氨吹到大氣中，造成二次污染；濕式催化氧化法的催化劑價格昂貴。

化學沉淀法，又稱磷酸銨鎂沉淀法。該方法的主要原理是通過向含有高含量氨氮的工業廢水中投入M和P的試劑，與廢水中的氨氮元素和磷元素發生反應，以磷酸銨鎂沉淀物方式析出，同時還能實現對工業污水中氮、磷的有效回收。化學沉淀法在能源緊張的今天，受到了人們普遍的關注。我們采用化學沉淀法，加入M和P的試劑，設計了適合工業生產的最佳實驗方案，使治理后的工業廢水能夠達到園區廢水處理廠生物法進一步處理的排放標準。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與主要儀器設備

實驗原材料包括：氨氮工業廢水（蘭州金川貴金屬材料股份有限公司）、沉淀劑M（鎂鹽）、沉淀劑P（磷酸鹽）、氫氧化鈉（工業堿）等。

主要儀器設備包括：反應釜、溶解罐、過濾設備、工業泵、水浴鍋、燒杯、磁力攪拌器、pH數字測定儀等。

1.2 實驗過程與工藝流程

量取氨氮廢水5L，加入10L的反應釜中，調節pH值到9-10之間，再將已經完全溶解的沉淀劑M溶液全部加入至反應釜中，調節pH值在9-10之間，將完全溶解的沉淀劑P溶液緩慢加入反應釜中，控制加入時間速度為15-20mL/min之間。最后再次調節pH值到9-10之間，攪拌30min，靜置沉降4h之后過濾，得到的沉淀進行回收，廢水排放至園區廢水廠。

2 結果與討論

2.1 藥劑加入量對氨氮處理效果的影響

廢水中NH3-N的處理結果與沉淀劑M、P的加入量成正比例關系，藥劑加入越多，處理效果越好。當摩爾比為1.0：1.0：1.1的情況下，廢水中氨氮濃度達到280mg/L，已滿足工業園區廢水廠生物法處理對公司的排放要求，所以最終選取1.0：1.0：1.1作為本工藝的優選比例。

2.2 反應時間對氨氮處理效果的影響

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1的條件下，不同反應時間氨氮處理效果不同。反應時間越長，處理效果越好，在40min以后時間對反應的影響就變得不是很大，已滿足園區廢水廠對公司的排放要求。

2.3 反應溫度對氨氮處理效果的影響

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，反應時間t=40min的條件下，用不同溫度的水浴鍋對反應容器進行加熱，最終測出反應后水樣中的氨氮含量如圖1所示。溫度在10-50℃時該工藝對氨氮具有很好的處理效果，已滿足園區廢水廠對公司的排放要求。

圖1 反應溫度對氨氮處理效果的影響

2.4 反應pH值對氨氮處理效果的影響

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，溫度T=30℃，反應時間t=40min的條件下，調節不同的體系pH值。pH=8-10的范圍內，處理效果最明顯，過低過過高都會生成其他雜質而消耗藥劑，所以最終確定反應的pH值為8.5。

2.5 不同氨氮初始濃度的處理效果

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，溫度T=30℃，體系pH=8.5，反應時間t=40min的條件下，不同氨氮初始濃度的處理效果不同。實驗結果顯示，即使初始濃度不同，均可以將氨氮含量降低到300mg/L以下，說明次工藝的實用性非常強。

表1 工業化處理試驗結果

2.6 工業化處理實驗結果

工業化處理條件：（1）沉淀劑加入比例NH3-N：M：P =1.0：1.0：1.1 ；（2）反應溫度T=30℃ ；（3）最佳反應pH=8.5（4）反應時間t=40分鐘。

工業化處理結果如表1，其中日廢水處理量70-200噸，廢水初始pH=5.6-9.5之間，初始NH3-N值在700-1500 mg/L之間，處理后的NH3-N值降低至300mg/L以下，滿足工業園區廢水處理廠生物法處理的排放要求。

3 結論

通過設置單因素控制實驗，考察了沉淀劑加入量、溫度、時間、pH值對氨氮處理效果影響，最佳實驗條件如下：（1）沉淀劑加入比例NH3-N：M：P =1.0：1.0：1.1；（2）反應溫度T=30℃ ；（3）最佳反應pH=8.5（4）反應時間t=40分鐘。