化学沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的试验研究

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书书书第23卷 第1期             桂林工学院学报            Vol.23No.12003年1月         JOURNALOFGUILININSTITUTEOFTECHNOLOGY        Jan2003文章编号:1006-544X(2003)01-0089-04化学沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的试验研究潘终胜,汤金辉,赵文玉,杨国清,刘康怀(桂林工学院资源与环境工程系,广西桂林541004)摘 要:深圳下坪垃圾填埋场渗滤液的COD浓度为6808mg/L,NH3-N的浓度高达3220mg/L.采用厌氧生物处理法处理有机物浓度高的废水时,由于过高的NH3-N对生物有抑制或毒害作用,为提高废水的可生化性,需降低渗滤液里的NH3-N浓度.本试验采用了盐酸、氧化镁和磷酸作为去除NH3-N的沉淀药剂.沉淀药剂与渗滤液中的NH3-N发生化学反应,生成六水硫酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)沉淀物.试验反应速度快,没有二次污染,而且六水硫酸铵镁可作为多种农作物的复合肥.在pH=95的试验条件下,当n(NH+4)∶n(Mg2+)∶n(PO3-4)=1∶12∶1时,渗滤液中NH3N的去除率达762%,并且可同时去除渗滤液中的40%的COD.关键词:垃圾渗滤液;氨氮;化学沉淀中图分类号:X705;X799303        文献标识码:B①  垃圾填埋场所产生的渗滤液中NH3N和COD含量都很高[1].目前,既经济又有效地去除高浓度COD污水的方法是厌氧生物处理法.由于高浓度的NH3N对生物处理有抑制或毒害作用,为利用生物处理,有必要对NH3N进行去除或者降低其含量[2].而且这样的预处理,有助于保证出水NH3N浓度较低,可以实现达标排放[3].  根据污水中总氮浓度的高低、氮化合物的组分不同,污水中氨氮的常用的处理方法主要有吹脱法、折点加氯法、离子交换法、生物法和化学沉淀法等[4].采用吹脱法和化学沉淀法去除高浓度NH3N污水的中的NH3N是比较经济的.但传统的吹脱技术会造成吹脱塔堵塞,并且吹脱出大量挥发性的氨、苯酚和硫化氢等气体,这些气体有很大臭味和毒性,会对环境造成二次污染[1,5].化学沉淀法反应不但所需的时间较短,操作简单,而且没有因反应产生具有臭味和毒性的气体,并且产生的沉淀物含有氮、磷等具有肥效的元素,可用做复合肥施用在多种农作物上.正是化学沉淀法具有上述的优点,故本试验采用化学沉淀法去除垃圾渗滤液中的氨氮.但由于垃圾渗滤液组成复杂,需要确定比较理想的反应条件和反应药剂的配合比.1 化学沉淀法反应机理  在化学沉淀法中,化学反应能否朝所需结果的方向发展,主要受下面反应平衡式的控制:   MgNH4PO4=Mg2++NH+4+PO3-4,(1)  式中,MgNH4PO4的溶度积Ks=[Mg2+][NH+4][PO3-4]=25×10-13,当垃圾渗滤液中Mg2+、NH+4和PO3-4的摩尔浓度的乘积[Mg2+][NH+4][PO3-4]>25×10-13时,理论上讲NH3-N得以沉淀去除.  渗滤液中的Mg2+、NH+4和PO3-4浓度受到很多因素的影响,其中pH是最大的影响因素.pH将影响以下3个反应平衡式   Mg2++OH-=MgOH+,(2)①收稿日期:2002-10-18;修订日期:2002-11-19作者简介:潘终胜(1974-),男,广西邕宁人,硕士研究生,讲师,给水排水专业.   NH+4+OH-=NH3·H2O,(3)   PO3-4+H+=HPO2-4,(4)(2)和(3)式随pH的升高,反应向右移动,相应地,Mg2+和NH+4的浓度就会降低,不利于产生MgNH4PO4沉淀物.但是,对于(4)式来说,pH的升高,将使H+浓度降低,就会使平衡式向左移动,相应地PO3-4浓度将会增高,利于产生MgNH4PO4沉淀物.因此pH将是影响Mg2+,NH+4和PO3-4摩尔浓度积的主要因素,过高或过低的pH都不利于MgNH4PO4沉淀,也就是不利于NH3-N的去除,所以必须确定一个比较理想的pH.  由于垃圾成分复杂,因此在垃圾渗滤液中的阴离子或者能形成络合物的物质种类繁多.可与Mg2+形成沉淀阴离子或者可与Mg2+形成络合物的物质,将消耗投加的Mg2+,从而使Mg2+的投加量比理论投加量多,因此,就需要确定在某一pH值Mg2+的投加比例.  因此,要使MgNH4PO4沉淀,亦即要使[Mg2+][NH+4][PO3-4]>25×10-13,就必需通过试验来确定最佳的pH和最佳的投药比.  在试验中,主要考虑pH和投药比的影响.实际工程中,还需考虑温度、水力条件、反应时间和药剂种类等因素对NH3-N去除率的影响[5].2 试验装置与试验条件21 试验装置  6个500mL的烧杯;6个100mL的烧杯;六杆无级调速搅拌器;pH计以及其他分析仪器.22 试验水样和沉淀药剂  水样取自深圳下坪垃圾填埋场的渗滤液,渗滤液的水质:ρ(NH3-N)=3220mg/L,ρ(COD)=6808mg/L,ρ(SS)=602mg/L,pH=82,色度=5000.  试验采用的主要药品的纯度均为分析纯,药品包括盐酸(35%~38%HCl),氧化镁(MgO)粉末,磷酸(85%H3PO4)和氢氧化钠(NaOH).23 试验步骤  试验分为2个阶段,第1阶段试验主要是确定在pH为多少的情况下,沉淀取得的效果最佳;第2阶段试验主要是在最佳pH的情况下,确定沉淀药剂MgO组分的理想比例.231 第1阶段试验步骤 (1)测定原废水的COD,NH3-N,pH,SS和色度值;  (2)取300mL废水置于500mL烧杯中,加NaOH调pH至设定值,放在搅拌台上;  (3)往6个500mL烧杯加沉淀药剂,并搅拌5min;  (4)静置15min,使生成的沉淀物沉淀;  (5)测定烧杯中上清液的NH3-N和COD值;  (6)用NaOH再把6个烧杯的pH调到原来的设定值,再沉淀,再测定烧杯中上清液的COD和NH3-N.232 第2阶段试验步骤 (1)将渗滤液的pH调至最佳,保持NH+4与PO3-4的比例与试验第1阶段相同,仅改变Mg2+的比例;  (2)按第1阶段的(2)~(5)步做试验.3 试验结果与讨论31 pH对NH3-N去除率的影响311 沉淀药剂的调配 试验第1阶段,沉淀药剂MgO和H3PO4的量是根据沉淀产物MgNH4PO4各物质的摩尔比确定的,即按NH+4∶Mg2+∶PO3-4=1∶1∶1配比的.300mL,3220mg/L渗滤液的NH+4为00586mol,所以应投加MgO为234g,85%的H3PO4为6mL.根据有关资料[5],当镁为难溶的化合物时,NH3-N的去除率很低.为得到完全溶解的Mg2+,可在由MgO和H3PO4组成的沉淀药剂里加入强酸,为尽可能减少加入的物质对后续生物处理的影响,选择加入的强酸为HCl.当加入75mLHCl后,MgO和H3PO4组成的沉淀药剂恰好与HCl完全反应,生成两种易溶于水的Mg(H2PO4)2和MgCl2.312 第1阶段试验结果 调配好的6份沉淀药剂,根据试验步骤加入渗滤液里,反应后,得到的结果如表1所示.  由表1知,废水中加入沉淀剂以后,pH均下降,下降的原因主要是H2PO-4离解出H+,但也包括强酸弱碱盐MgCl2的水解.  由表1、图1和图2知,渗滤液在反应后,未调回设定的pH时,NH3-N的浓度随pH的增大而减小,相应地NH3-N的去除率随pH的增大而09桂 林 工 学 院 学 报               2003年表1 试验第1阶段结果Table1 Resultoftest1序号设定pH反应后未调pH时反应调回设定pH后ρ(NH3-N)/(mg·L-1)去除率/%ρ(COD)/(mg·L-1)去除率/%pHρ(NH3-N)/(mg·L-1)去除率/%ρ(COD)/(mg·L-1)去除率/%08.232200680808.2322006808018.5184242.8535621.37.3127560.4435136.129.0144555.1468631.37.5113364.8428437.139.5119063.0401641.07.996370.1408340.0410.0121862.2415039.08.896869.3421738.1510.5118763.1409239.99.2102068.3416738.8611.0116363.9407540.19.4113364.9412339.4   0号样为原渗滤液的水质.图1 NH3-N浓度与pH关系Fig1 RelationshipofconcentrationbetweenNH3-NandpH1—反应后未调pH时;2—反应后调回设定pH时图2NH3-N去除率与pH关系Fig2 RelationshipofremovalratebetweenNH3-NandpH1—反应后未调pH时;2—反应后调回设定pH时增大.渗滤液在反应并调回设定的pH后,NH3-N的浓度在pH为95时最小,在大于95后,浓度逐渐增大,相应地NH3-N的去除率在pH为95时最大,达701%.  由上所述,加入沉淀药剂反应后,pH应调回设定的值,并且pH在95时,可以最大限度的去除渗滤液中的NH3-N.因此认为对NH3-N的去除,比较理想的pH是95.  沉淀药剂除能够直接的去除NH3-N外,表1、图3和图4表明,药剂亦能附带去除渗滤液中的COD.试验在用氢氧化钠(NaOH)调pH过程中,发现渗滤液有微小的悬浮物质生成.表明水中比较稳定的胶体,在碱的作用下脱稳.往水中加入沉淀药剂后,生成的沉淀物MgNH4PO4具有较大的比表面积,可把微小的悬浮物吸附,并一同下沉,这样,胶体类的COD就得到去除.由图3可以发现在pH大于等于95时的曲线1在曲线2的下面,表明把pH调回设定值时,把已经沉淀的胶体,又搅回水中,致使COD略有增高.渗滤液COD去除率也是在设定pH为95时最高,COD在pH调节前和调节后的去除率分别达41%和40%.  在确定最佳的pH为95后,进行试验的第二阶段,亦Mg2+的比例对NH3-N去除率的影响.图3 COD浓度与pH关系图Fig3 RelationshipofconcentrationofCODandpH1—反应后未调pH时;2—反应后调回设定pH时19第23卷 第1期        潘终胜等:化学沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的试验研究图4 COD去除率与pH关系图Fig4 RelationshipofremovalrateofCODandpH1—反应后未调pH时;2—反应后调回设定pH时32 Mg2+和PO3-4的比例对NH3-N去除率的影响  考虑到垃圾渗滤液组成的复杂性,特别是含有很高的CO2-3离子.CO2-3易于与Mg2+化合成难溶于水的沉淀物MgCO3,为保证足够Mg2+与NH+4、PO3-4反应,必需增加Mg2+的量,以提高NH3-N的去除率.表2是在pH=95时,在不同的Mg2+比例情况下所得到的结果.当Mg2+的比例表2 试验二结果Table2 Resultoftest2n(NH++)∶n(Mg2+)∶n(PO3-4)ρ(NH3-N)/(mg·L-1)去除率/%1∶0.8∶1119063.01∶0.9∶1110565.71∶10∶199269.21∶1.1∶187872.71∶1.2∶176576.21∶1.3∶175476.6在08~12的范围里以每01的比例递增时,NH3-N的去除率以3%左右的速度递增.当其比例为12时,NH3-N浓度为765mg/L,是比较低的.而当其比例由12变到13时,去除率仅提高04%,考虑到经济性,在此条件下,按Mg2+比例为12,所配制成的药剂

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