化学沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的试验研究

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