次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮胡小兵

•214•【环境保护】次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮胡小兵*，赵鑫，刘孔辉，叶星（1.安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山243032；2.安徽工业大学生物膜法水质净化及利用技术教育部工程研究中心，安徽马鞍山243032）摘要：以次氯酸钠为氧化剂，对预处理过的实际电镀废水中的氨氮进行处理。研究了NaClO投加量、进水pH、曝气量和搅拌方式对氨氮去除效果的影响。结果表明，曝气量和搅拌方式对氨氮去除效果的影响不大。较适宜的工艺条件为：NaClO溶液(有效氯含量6%)50mL/L，pH1.50，曝气量0.40L/min。经本工艺处理的出水氨氮符合国标要求，说明采用次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮可行。关键词：电镀废水；次氯酸钠；氨氮；去除效果中图分类号：X781.1文献标志码：A文章编号：1004–227X(2014)05–0214–03Removalofammonianitrogenfrompretreatedelectroplatingwastewaterbyoxidationwithsodiumhypochlorite//HUXiao-bing*,ZHAOXin,LIUKong-hui,YEXingAbstract:Sodiumhypochloritewasusedasanoxidanttotreattheammonianitrogeninapretreatedelectroplatingwastewater.TheeffectsofNaClOdosage,influentpH,aerationrate,andagitationmethodontheremovalefficiencyofammonianitrogenwerestudied.Itisshownthataerationrateandagitationmethodhaveinsignificantimpactontheremovalofammonianitrogen.Thesuitableprocessparametersare:NaClO(availablechlorine6%)50mL/L,pH1.50,andaerationrate0.40L/min.Thecontentofeffluentammonianitrogenaftertreatmentbythegivenprocessmeetsthenationaldischargestandard,illustratingthatusingsodiumhypochlorite-oxidationmethodtoremovetheammonianitrogeninelectroplatingwastewaterispracticable.Keywords:electroplatingwastewater;sodiumhypochlorite;ammonianitrogen;removaleffectFirst-author’saddress:SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversityofTechnology,Ma’anshan243032,China收稿日期：2013–09–30修回日期：2013–12–25基金项目：安徽省高校省级科学研究项目（KJ2013A059）。作者简介：胡小兵（1966–），男，安徽泾县人，博士，副教授，主要从事生态工程与水质净化及污水处理方面的研究工作。作者联系方式：(E-mail)[e-mail]。电镀是公认的全球三大污染工业之一，电镀废水成分复杂、有毒物质种类多，如不处理而直接排放，会对环境造成严重污染，危害极大[1]。废水中的铬、镍、铜、镉、锌等采用现有处理技术已能实现回收[2-3]。生产中使用氨水、氯化铵等原料产生的氨氮大量存在于废水中。李冰璟等[4]采用铁碳微电解–水解酸化–好氧膜生物反应器工艺去除电镀废水中的COD(化学耗氧量)和氨氮，但生化处理周期长，运行管理复杂。现有其他处理技术主要是去除电镀废水中的有机污染物，还不能有效去除氨氮[5]。次氯酸钠(NaClO)是一种常用强氧化剂，已用于多种废水处理[6-7]。张胜利等[8]用NaClO氧化去除模拟废水中的氨氮，效果显著。顾庆龙[9]使用NaClO氧化法去除二级生化出水中超标的氨氮，出水氨氮可达标排放。但有关NaClO氧化法去除难处理工业废水中氨氮的研究尚未见报道。本文拟采用NaClO为氧化剂对电镀废水中的氨氮进行处理，主要考察氧化剂投加量、pH、曝气量等因素对氨氮去除效果的影响，探索NaClO去除电镀废水中氨氮的可行性。1实验1.1废水来源苏州某金属工艺品公司电镀综合废水经预沉淀池、折流反应池、调节池、混凝沉淀池等构筑物处理后，除氨氮外，出水中其他指标均符合GB21900–2008《电镀污染物排放标准》要求。取该公司电镀废水预处理出水为对象进行试验，其氨氮含量为105~115mg/L，pH约为1.25。每次试验取200mL废水，所用NaClO溶液的有效氯含量为6%(质量分数)。1.2水质分析方法氨氮按HJ535–2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》，采用722s可见分光光度计(上海精密DOI:10.19289/j.1004-227x.2014.05.009次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮•215•科学仪器有限公司)测定。pH按GB/T27500–2011《pH值测定用的复合玻璃电极》，用pHS-25数显pH计(上海精密科学仪器有限公司)测定。2结果与讨论2.1NaClO溶液投加量对氨氮去除率的影响初步试验确定了pH=1.25、曝气量为0.40L/min、反应时间为10min，在此条件下考察NaClO溶液的投加量对氨氮去除效果的影响，结果如图1所示。0102030405060708090020406080100氨氮去除率出水氨氮含量ϕ(NaClO)/(mL/L)氨氮去除率/%020406080100120ρ(氨氮)/(mg/L)图1NaClO投加量对氨氮去除效果的影响Figure1EffectofNaClOdosageonremovalefficiencyofammonianitrogen由图1可知，氨氮去除率随NaClO投加量增大而提高，在NaClO投加量为50mL/L时出现拐点，随后继续增大NaClO溶液的投加量，氨氮去除率不再增大，表明废水中能被氧化的氨氮基本已被氧化完全，出水氨氮小于8mg/L，去除率达94.59%。从理论上分析，要将1g氨氮全部氧化需要7.60g有效氯[9]，则氧化1L电镀废水中0.11g氨氮需要13.9gNaClO溶液，即需要15.30mL的NaClO溶液。由于废水中所含氰化物和有机添加剂等还原性物质也要消耗NaClO，因此NaClO实际消耗量远超理论消耗量，至少要50mL/L。2.2pH对氨氮去除率的影响在NaClO投加量为50mL/L、曝气量为0.40L/min、反应时间10min的条件下，将进水pH调节至不同值，考察pH对NaClO去除氨氮效果的影响，结果如图2所示。由图2可知，随pH升高，氨氮的去除率先下降后上升。pH为1.25时，氨氮去除率昀高，达95.09%，123456789106872768084889296氨氮去除率/%进水pH5101520253035ρ(氨氮)/(mg/L)氨氮去除率出水氨氮含量图2pH对氨氮去除效果的影响Figure2EffectofpHonremovalefficiencyofammonianitrogen但在pH为1.25~3.00范围内迅速下降。由NaClO+H2O→HClO+NaOH的反应可知，由于pH升高，NaClO溶液的氧化性能降低，导致氨氮去除率下降[8,10]。由于4NH+↔NH3+H+，当pH趋向于碱性时，水样中的分子态NH3所占比例越高，氨氮越容易被氧化[8]，因此，在pH为3.00~6.00范围内，氨氮去除率随pH升高而增大，峰值达86.07%。当pH高于6时，随pH升高，氨氮去除率变化不大。因此，低pH有利于NaClO对氨氮的氧化。为考察NaClO氧化对改善废水pH的作用大小，测定了反应前后pH的变化，结果如图3所示。出水pH随着反应前溶液pH的增大而增大。在进水pH为1.25~6.00范围内，反应后溶液pH大幅升高；反应前溶液pH大于6时，出水pH基本稳定，保持在10左右，高于GB21900–2008中pH为6~9的要求。结合图2可知，低pH有利于氨氮的去除，出水pH也低，可减少后续处理中因调节pH而投加药剂的成本。因此，进水pH应控制在1.50左右为好。1234567891012345678910出水pH进水pH图3反应前后的pH对比Figure3ComparisonofpHbeforeandafterreaction2.3曝气对氨氮去除率的影响有研究表明，曝气可加快一些反应的速率，提高反应程度[11-12]。因此，为促进NaClO对氨氮的氧化，采用曝气的方式进行搅拌，使氧化剂与废水充分混合。在pH=1.50、反应时间为10min、NaClO溶液投加量分别为30、40和50mL/L的条件下，考察不同曝气量对氨氮去除率的影响，结果如图4所示。0.00.20.40.60.81.01.25055606570758085909550mL/LNaClO40mL/LNaClO氨氮去除率/%曝气量/(L/min)30mL/LNaClO图4曝气量对氨氮去除效果的影响Figure4Effectofaerationrateonremovalefficiencyofammonianitrogen次氯酸钠氧化法去除电镀废水中的氨氮•216•由图4可知，曝气量从0.20L/min增加到1.00L/min时，不同药剂投加量下的氨氮去除效果几乎没有变化。这是因为氧气的氧化性能远远低于HClO[7]，且由于该反应在短时间内结束，因此曝气对氨氮去除基本没有影响。为再次验证曝气对氨氮去除没有影响，对比了pH=1.50、反应时间为10min时曝气(曝气量为0.40L/min)下和机械搅拌(搅拌速率为100r/min)对氨氮去除率的影响，结果如图5所示。253035404550555060708090100氨氮去除率/%ϕ(NaClO)/(mL/L)曝气机械搅拌图5搅拌方式对氨氮去除效果的影响Figure5Effectofagitationmethodonremovalefficiencyofammonianitrogen由图5可知，3种投加量在2种搅拌方式下的氨氮去除率基本相同。因此，曝气的作用只是使NaClO溶液与废水完全混合，不能起促进氧化和提高氨氮去除效率的作用。工程中可使用其他成本较低的混合搅拌方式来代替曝气，或可以在有搅拌的后续处理工艺中投加NaClO，以节约工程成本。3结论(1)NaClO氧化法能有效去除电镀废水中的氨氮，使出水氨氮指标符合GB21900–2008要求，且该工艺运行简单、操作灵活、维护方便。(2)在pH=1.25、曝气量0.40L/min、反应时间10min以及NaClO溶液(有效氯质量分数6%)投加量为50mL/L条件下，氨氮去除率昀高，达到94.59%，出水氨氮仅为6.12mg/L，且此时的NaClO溶液投加量较少。综合考虑运行成本、氨氮去除率和有利于出水pH达标排放，宜将反应前废水pH控制在1.50左右。(3)曝气量对氨氮去除没有影响，曝气对氨氮氧化和去除效率的影响不大，只起与机械搅拌相同的混合作用，因此可采用成本较低的搅拌方式来进行药剂与废水的混合。(4)实际工程中，药剂与水样的混合时间也是氨氮氧化反应的主要因素之一，因此今后应在中试条件下研究NaClO溶液与大体积水样的完全混合时间。参考文献：[1]王文星.电镀废水处理技术研究现状及趋势[J].电镀与精饰,2011,33(5):42-46.[2]陈惠国.论电镀废水治理技术发展动态[J].电镀与环保,2001,21(3):32-35.[3]KALIDHASAN