折點氯化法處理化工皂化污水中氨氮的實驗研究

寧方敏

（濱化集團股份有限公司，山東濱州 256600）

根據國內外工程實例及文獻資料介紹，工業化工廢水中氨氮處理的主要方法有生物脫氮法[1]、折點加氯法[2]、離子交換法[3]、MAP法[4]、空氣吹脫法[5]、蒸氨法、電催化氧化法、化學沉淀法[6]等。處理氨氮方法雖各有特點，但也具有局限性：或運行費用高、設備投資大，能耗多；或造成大氣污染等問題。針對化工廢水主要來源于環氧丙烷皂化污水，從經濟成本和設備投資方面對皂化污水中氨氮含量處理，采用折點氯化法，該方法具有操作簡單、處理效果穩定、反應速度快、除氮效果好等特點[7]。本文以公司氯堿副產—次氯酸鈉溶液對皂化污水做氧化處理實驗，探究溶液pH、溫度、次氯酸鈉加入量、反應時間等對去除氨氮的影響，以達到有效降低氨氮含量的目的。

1 方法原理

折點氯化法是將次氯酸鈉或氯氣通入含氨氮的廢水中，利用 ClO-或Cl2將廢水中的NH4+氧化成 N2進行排放，以實現去除氨氮的目標。其反應方程式為：

在此反應中，持續不斷通入氯氣或次氯酸鈉溶液，當到達一定點時，廢水中的氨氮濃度幾乎接近于0且水中游離的Cl2含量最低，這一個點被稱為拐點，在此狀態下的氯化被稱為折點氯化。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

濃硫酸：AR；次氯酸鈉溶液：10%；

250mL燒杯；pH計：PHS-3C型

實驗用水為去離子水；水樣為環氧丙烷皂化污水；

分光光度計：T6新悅

2.2 實驗方法

在250mL燒杯中加入100mL環氧丙烷皂化污水，用H2SO4溶液調節溶液的pH后，邊攪拌邊加入次氯酸鈉溶液，反應一定時間后，取溶液進行氨氮分析。

3 結果與討論

3.1 不同pH條件下實驗影響

為確定pH對皂化尾水中氨氮去除效果的影響，取100mL皂化尾水，其氨氮含量為20.2mg/L和pH為11.98，經硫酸溶液處理后其溶液pH值分別為5、6、7、8、9、10，加入10%次氯酸鈉溶液量為0.35mL，反應溫度為30°，控制反應時間均為4h，實驗結果如圖1所示。

圖1 pH對氨氮去除的影響

從圖1可以看出：皂化尾水在pH為6～8時去除效果最明顯，在pH為7時達到氯化折點，此時氨氮含量為1.2mg/L。實驗過程中發現當pH=7時，反應發生較快，當pH＜6時，實驗中Cl-含量增長較快，H+濃度增加會抑制反應進行，當pH＞8時，會影響次氯酸鈉分解成有效氯，降低氧化程度。因此反應過程中要時刻監控pH值波動，控制皂化尾水pH保持在7附近。

3.2 有效氯加入量對實驗的影響

加入次氯酸鈉溶液量多少對折點氯化法影響很大。本實驗采用一次性加入的方案，原皂化尾水氨氮含量為20.2mg/L，反應溫度為30℃，反應時間為4h，加入不同量的次氯酸鈉溶液來研究對氨氮去除的影響，結果如圖2所示。

圖2 有效氯對氨氮去除的影響

由圖2可知，在100mL皂化尾水中一次性投加10%的次氯酸鈉溶液，小于0.30mL時氨氮去除影響最大，當投加量為0.35mL時其氨氮含量為0.46mg/L，達到很好的去除率。在實驗過程中發現隨著次氯酸鈉含量的增加，皂化尾水中的余氯和Cl-含量也在上升，為防止皂化尾水造成二次污染，在滿足去除率的條件下，最終選擇每100mL皂化尾水中加入10%的次氯酸鈉溶液量為0.35mL。

3.3 反應時間的影響

實驗條件為：原皂化污水氨氮含量為20.2mg/L，反應溫度30℃，濃硫酸調節pH至6.9，加10%的次氯酸鈉溶液0.35mL，反應時間分別為5min，10min，15min，20min，25min，30min，結果如表1所示。

表1 不同反應時間的氨氮去除效果

從表1可以看出：反應5min時氨氮含量降至為 9.1mg/L，反應20min后氨氮降低至0.7mg/L，反應時間不斷延長后，皂化尾水中的氨氮含量降低數值不大。考慮到經濟成本、可操作性和調節pH的影響，選定反應時間為20min。

3.4 反應溫度影響

皂化尾水本身溫度為30℃°，將皂化尾水水溫降至25℃進行對比實驗。實驗現象兩種溫度下反應差不多。根據化學反應動力學來說，溫度高會使反應速率加快，且考慮操作成本下，選擇30℃，無需再增加設備進行降溫處理。

4 結論

1）采用折點氯化法對環氧丙烷皂化尾水進行處理，確定的最佳反應實驗條件為：pH=7、反應溫度為30℃，反應時間控制在30min，10%次氯酸鈉溶液投加量為0.35mL/100mL皂化尾水，在此操作條件下皂化尾水的氨氮去除效果最佳。

2）從運行成本來看，100mL皂化尾水需要10%的次氯酸鈉溶液0.35mL，終沉池處理皂化尾水量為800m3/h，次氯酸鈉用量為2.8m3。10%次氯酸鈉價格為250元/t，根據上述數據計算成本為0.87元/m3，成本能控制在1元以下。

3）折點氯化法可快速簡單實現環氧丙烷皂化尾水中氨氮的去除，使其達到國家污水氨氮排放標準，并滿足企業經濟運行成本要求。