次氯酸钠去除化工类生化尾水中氨氮的工程研究

戴建军 卞为林(南京大学盐城环保技术与工程研究院， 江苏 盐城 224000)

江苏某药物发展有限公司主要从事抗艾滋病治疗药物的研发、生产与销售，位于江苏盐城某化工园区，主要产品包括5-甲基尿苷、β-胸苷、齐多夫定医药中间体，该公司在生产过程中使用大剂量的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)，属于高有机氮溶剂，该溶剂经过减压蒸馏回收后仍存在大量的DMF随水排放，每天排放量大概0.2吨左右。全厂废水经收集池收集后经该厂厌氧水解酸化+A/0两级生物处理，尾水排入园区集中式污水处理厂进行深度处理。

该企业自污水站建成经三个月调试运行以来，生化尾水氨氮严重超标，其排放浓度在100～150mg/L之间，其他指标均能稳定符合园区接管标准，究其原因废水中含有较大剂量的DMF，经过生化系统破坏后产生大量氨氮，造成生化出水氨氮超标。现运用次氯酸钠氧化法对该企业生化尾水进行深度脱氮处理中试研究，从而指导其工程运用。

1 试验原理

在含氨氮的化工企业生化尾水中添加次氯酸钠，次氯酸、次氯酸根离子能够与水中的氨反应产生一氯胺(NH2Cl)、二氯胺(NHCl2)和三氯胺(NCl3)，最终可氧化成氮气。总反应式为：2NH3＋3NaClO→N2↑＋3H2O＋3NaCl。因此，在化工生化尾水中添加次氯酸钠，废水中的氨氮就可以通过上述反应变成氮气，从而使化工废水中的氨氮得以去除[1]。

2 材料与方法

2.1 材料

中试废水主要取自该企业二级生物处理系统二沉池出水，中试期间该厂二沉池出水COD较为稳定，在300～450mg/L之间，氨氮出水严重超标，在100～150mg/L之间。工业次氯酸钠溶液购自上海，有效氯含量为10%。其余检测用试剂耗材均采购分析纯国药[2]。

2.2 方法

从该企业生化处理系统二沉池出水排放池中用计量泵泵入中试装置配水槽，通过pH自动控制仪调节配水槽废水pH。经过调配成功的废水经过液位差流入氧化反应槽，同时用计量泵向氧化反应槽投加次氯酸钠。整个中试装置的反应pH，停留时间通过pH自动控制仪及计量泵来实时控制。其中配水槽和氧化反应槽通过压缩空气进行曝气搅拌，确保体系的混合均匀。

3 结果与讨论

3.1 次氯酸钠投加量对氨氮脱除效果的影响

次氯酸钠投加量不仅影响氨氮的去除率，而且涉及到企业的运行成本，直接关切到企业的经济效益。因此在保证生化尾水氨氮达标排放的基础上优化次氯酸钠的投加量是完全有必要的。

图1 次氯酸钠投加量对废水中氨氮的去除效果的影响

由图1所示，氨氮的去除率随次氯酸钠的投加量的增加而增加，当次氯酸钠的投加量达到废水的2.5%(v/v)时，出水氨氮浓度就可以小于50mg/L(接管标准)，其实际次氯酸钠使用量远远超过了理论的计算值，1mg氨氮理论消耗8mg次氯酸钠，因此当142mg/L氨氮降到45mg/L时，理论消耗0.63%(v/v)的10%次氯酸钠溶液，实际消耗了2.5%，究其原因主要是由于生化尾水中含有大量COD，300～450mg/L，有部分COD优先被次氯酸钠氧化，从而导致次氯酸钠的投加量高于理论值，25%左右COD的去除率表明了这一点。

3.2 次氯酸钠氧化反应时间对氨氮脱除效果的影响

保证废水氨氮达标排放的前提下，次氯酸钠氧化反应停留时间(HRT)在废水量一定的情况下影响设备容积的大小，从而影响企业的设备投资。

由图2所示，次氯酸钠氧化去除废水中的氨氮速率较快，在前十分钟内反应即基本完成，总体来说氨氮的去除率随时间的延长而增加，在30分钟后，反应基本完成。

图2 次氯酸钠氧化反应时间对废水中氨氮的去除效果的影响

3.3 氧化体系pH对次氯酸钠氧化法去除氨氮效果的影响

当次氯酸钠投加量及氧化反应停留时间一定时，氧化体系的pH是影响次氯酸钠氧化效果的最重要因素，因此优化氧化体系的pH也是非常有必要的。

图3 氧化体系pH对废水中氨氮的去除效果的影响

由图3所示，当反应体系pH从6升至8时，废水中的氨氮去除率随pH的升高而升高，主要是由于pH升高时，H+离子浓度越低，废水中的氨氮主要以NH3形式存在，相较于NH4+更有利于次氯酸钠的氧化。但是当pH从8继续升高至9时，其去除率反而降低，这是因为当废水的pH增高，次氯酸钠的氧化性就会减弱，从而导致其氨氮的去除效率降低[3]。总体而言，pH控制在7.5～8.5之间，废水中氨氮的去除基本不受影响。

4 实际工程连续运行结果

在上述中试运行参数的优化试验条件下，该企业对于200t/d的实际工程进行了试车，连续跟踪了两周，运行结果如图5所示。

由图5所示，从200t/d的实际工程运行结果来看，当次氯酸钠投加量为2.5%(v/v)，氧化停留时间为30min，氧化体系的pH控制在7.5～8.5之间，出水氨氮稳定低于50mg/L，满足该企业所在园区集中式污水处理厂的接管标准。

图5 企业200t/d的生化尾水连续运行结果

5 结语

从中试运行结果来看，针对该企业生活尾水COD低于500mg/L，氨氮在100～150mg/L左右的特殊水质，次氯酸钠氧化法在满足氨氮达标排放的基础上，即NH3-N≤50mg/L，10%有效率的次氯酸钠的投加量为2.5%(v/v)，氧化停留时间为30min，氧化体系的pH控制在7.5～8.5之间。

从该企业200t/d的实际工程连续2周的试车结果来看，次氯酸钠氧化法适用于该企业生化尾水氨氮的去除，出水满足该企业所在园区集中式污水处理厂的接管标准，氨氮去除率70%左右，同时COD协同去除25%左右。

从经济运行成本分析， 按照10%有效氯的次氯酸钠投加量2.5%(v/v)计算，需要增加企业每吨废水的运行成本15元左右，按照年运行300d，200t/d的废水产生量核算，企业需额外投加90万元/a，该企业年纳税额超千万，此运行成本对于该企业来说在可接受范围之内。

[1]顾庆龙.次氯酸钠氧化法脱除二级生化出水中氨氮的中试研究[J]．环境科学与管理,2007,32(12):97-99．

[2]国家环保局.水和废水监测分析方法(第4版)[M].北京:中国环境科学出版社, 2002,11:279-281.

[3]Metcalf,Eddy.Wastewater Engineering:Treatment and Reuse(4rd ed.)[M].New York:MeGraw-Hill Book Co.,2003,519:123.5-1238.