出水氨氮異常,有哪些迅速、有效的應急手段?
在污水處理廠(chǎng)硝化系統出現問(wèn)題,出水氨氮超標時(shí),想要迅速、有效的去除氨氮,只能通過(guò)物理化學(xué)的手段來(lái)應急了!常用且有效的物化手段目前只有折點(diǎn)加氯及沸石吸附法!市場(chǎng)上的很多氨氮去除劑就是次氯酸鹽,就是就是利用折點(diǎn)加氯的原理!
折點(diǎn)加氯法是用化合價(jià)+1價(jià)氯的化合物次氯酸鈉(或者次氯酸鈣),把水體中的氨氮氧化為氮氣的加工工藝。當然還可以立即把氯氣進(jìn)入廢水中,運用歧化反應,生成次氯酸,隨后在將廢水中的NH3-N氧化成N2。
當氧化劑添加水里后,水里氨氮會(huì )被首要氧化成一氯銨,隨后會(huì )被繼續氧化變?yōu)槎劝?、三氯銨,三氯銨不穩定,會(huì )變?yōu)榈獨忉尫懦鰜?lái),這就是折點(diǎn)加氯法的反映基本原理和過(guò)程,氨的濃度降為零。當氯氣進(jìn)入量超出該點(diǎn)時(shí),水里的游離氯便會(huì )增加。
當添加的氧化劑做到足量時(shí),水里的氨氮濃度最低標準(可是并非為零),同時(shí)水里余氯成分也是最低標準,超出這一點(diǎn)以后,水里余氯成分就剛開(kāi)始升高,因而該點(diǎn)稱(chēng)之為折點(diǎn),該狀況下的氯化稱(chēng)之為折點(diǎn)氯化。但在實(shí)際生產(chǎn)中,應用折點(diǎn)加氯法往往存在折點(diǎn)、加氯量不好判斷的情況。
1、加氯量-余氯曲線(xiàn)
看懂加氯量-余氯曲線(xiàn),是用好折點(diǎn)加氯法的關(guān)鍵所在。在水的加氯處理中,加氯量與余氯的關(guān)系如下圖所示。曲線(xiàn)的x軸和y軸分別代表加氯量和余氯量,單位為mg/l。其中,水中的加氯量可分為需氯量和余氯兩部分。如圖所示:
需氯量是指用于殺死細菌、氧化有機物和還原性物質(zhì)所消耗的部分。
余氯是指為了抑制水中殘余細菌的再度繁殖,尚需維持的少量氯。
1、當水中無(wú)細菌、有機物和還原性物質(zhì)等,需氧量為零,加氯量等于余氯量,如圖中所示的虛線(xiàn)L1,該線(xiàn)與坐標軸成45度角。
2、當水中含有細菌、有機物和還原性物質(zhì),但主要不是游離氨時(shí),需氧量OA滿(mǎn)足后就會(huì )出現余氯,如圖所示虛線(xiàn)L2,這條線(xiàn)與x軸交角小于45度,其原因為:
水中有機物與氯作用的速度有快慢。在測定余氯時(shí),有一部分有機物尚在繼續與氯作用中。
水中余氯有一部分會(huì )自行分解,如次氯酸由于受水中某些雜質(zhì)或光線(xiàn)的作用,產(chǎn)生如下的催化分解:2HOCl=2HCl+O2。
3、當水中的有機物主要是氨和氮化合物,情況比較復雜。
當起始的需氧量OA滿(mǎn)足后,加氯量增加,剩余氯也增加(曲線(xiàn)AH段),但后者增長(cháng)得慢一些。超過(guò)H點(diǎn)加氯量后,雖然加氯量增加,余氯量反而下降,如HB段,H點(diǎn)稱(chēng)為峰點(diǎn)。此后隨著(zhù)加氯量的增加,剩余氯又上市,如BC段,B點(diǎn)稱(chēng)為折點(diǎn)。
a、在曲線(xiàn)OA段,表示水中雜質(zhì)把氯消耗光,余氯量為零,需氯量為b,這時(shí)雖然也能殺死一些細菌,但消毒效果不可靠。
b、在曲線(xiàn)AH段,加氯后,氯與氨發(fā)生反應,有余氯存在,所以有一定消毒效果,但余氯為化合性,其主要成分是一氯氨。氯和氨發(fā)生如下反應:NH3+HClO=NH2Cl+H2O。
此時(shí)隨著(zhù)加氯量的增加,化合氯成比例增加,水中氨氮逐漸減少,當加氯量達到H點(diǎn)時(shí),水中的氨降至零,化合性余氯升至最高。
c、在曲線(xiàn)HB段,仍然產(chǎn)生化合性余氯,加氯量繼續增加,會(huì )發(fā)生如下反應:2NH2Cl+HClO=N2↑+H2O+3HCl。
反應結果使氯胺被氧化成一些不起消毒作用的化合物,余氯量反而逐漸減少,最后到達折點(diǎn)B。
d、在曲線(xiàn)BC段,超過(guò)折點(diǎn)B后,已經(jīng)沒(méi)有消耗氯的雜質(zhì)了,出現自由性余氯,該段消毒效果最好。
由此可見(jiàn)水中含有氨氮時(shí),加氯量-余氯曲線(xiàn)是一條折線(xiàn),此時(shí)對應的加氯法稱(chēng)為折線(xiàn)加氯法。
2、氨氮含量與加氯量、加氯點(diǎn)的關(guān)系
一般情況下, 當 pH值在7左右, 采用折點(diǎn)加氯時(shí),一氯胺、二氯胺、三氯胺同時(shí)存在。其中,產(chǎn)生的化合余氯成分以一氯胺為主,二氯胺和三氯胺少量存在(不影響分析),因此,在實(shí)踐操作中為簡(jiǎn)化分析計算,常常將化合余氯看作一氯胺。
假設水中雜質(zhì)的耗氧量為b(mg/l),即曲線(xiàn)OA段的耗氧量為b(mg/l),水中余氯控制目標值為a(mg/l)。
如水中含無(wú)氨氮,采用游離加氯法。當加氯點(diǎn)為Y時(shí)(如圖所示),所需加氯量y=b+1.35a(mg/l)。
如水中含有c(mg/l)氨氮,采用折點(diǎn)加氯法,加氯量需分情況討論:
1、當加氯點(diǎn)被控制在A(yíng)H段的Y1時(shí),所需加氯量y1=b+1.38a(mg/l)。
需要說(shuō)明的是,為確保加氯點(diǎn)能被控制在A(yíng)H段的Y1點(diǎn),水中氨的含量必須滿(mǎn)足條件:c不小于0.33a(mg/l)。
2、當加氯點(diǎn)被控制在HB段的Y2點(diǎn)時(shí),所需加氯量y2=b+4.18c+1.034*(3.03c-a)(mg/l)。
需要說(shuō)明的是,加氯點(diǎn)被控制在HB段的Y2點(diǎn),在A(yíng)H段氨與氯氣反應,水中的氨全部被消耗掉。
3、當加氯點(diǎn)被控制在BC段的Y3點(diǎn)時(shí),所需加氯量y3=b+7.31c+1.35a(mg/l)。
綜上所述,加氯量的大小與水中的雜質(zhì)含量、氨氮含量、余氯的控制目標值和所選擇的加氯點(diǎn)有關(guān)。
當水中雜質(zhì)含量一定,余氯的控制目標相同時(shí),水中無(wú)氨氮時(shí)的加氯量要比有氨氮時(shí)的加氯量低,也就是說(shuō)氨氮會(huì )引起加氯量的增加,增加量主要取決于加氯點(diǎn)的位置。
如果水中含有氨氮,就采用折點(diǎn)加氯,從余氯-加氯量曲線(xiàn)可知,對應同一個(gè)余氯值,可能存在三個(gè)不同的加氯點(diǎn),這三個(gè)加氯點(diǎn)分別對應的加氯量有很大差別。
實(shí)踐表明,在曲線(xiàn)BC段Y3點(diǎn)采用游離氯消毒的加氯量,要遠遠大于在A(yíng)H和HB段Y1、Y2點(diǎn)采用化合氯消毒的加氯量。
通常Y3點(diǎn)的加氯量可達到Y1點(diǎn)加氯量的2~3倍,為減少加氯量,折點(diǎn)加氯時(shí)的加氯點(diǎn)應選擇在加氯量-余氯曲線(xiàn)的AH段,此時(shí)的余氯是化合氯。
2、沸石吸附法除氨氮
沸石對氨氮的去除以物理吸附作用與離子交換作用為主,其 吸附作用具有“快速吸附,緩慢平衡”的特點(diǎn)。
1、吸附作用
在沸石的組成結構中,[SiO4]和[AlO4]以共角頂的形式聯(lián)成硅鋁氧格架,在格架中形成了許多寬闊的孔穴和孔道(占晶體總體積的50%以上),使得天然沸石具有比表面積大(通常在440~1030m2/g) ;天然沸石往往孔徑均勻,因而可以產(chǎn)生“超孔效應”;在沸石表面所具有的強大色散力作用下,沸石孔穴中分布的陽(yáng)離子和部分架氧所具有的負電荷相互平衡,使得沸石又具有較強的色散力和靜電力作用;加之沸石所特有的分子結構而形成的較大靜電引力,使沸石具有相當大的引力場(chǎng),由以上四種因素的綜合作用使得沸石具有很強的吸附性,與其他吸附劑相比,沸石具有吸附量大、高選擇性和高效吸附等特點(diǎn)。
2、離子交換作用
離子交換是指沸石晶體內部陽(yáng)離子與廢水中 NH4+ 進(jìn)行交換的化學(xué)過(guò)程:在硅(鋁) 氧四面體基本單元中,部分氧原子的價(jià)鍵未得到中和,使整個(gè)四面體基本單元帶有部分的負電荷,為達到電性中和,該四面體基本單元中缺少的正電荷會(huì )由附近帶正電的金屬離子陽(yáng)離子(如 K+、Na+、Ca2+、Mg2+)來(lái)補償;廢水中的 NH4+ 直徑小于沸石的孔穴通道直徑,通過(guò)沸石的吸附作用容易進(jìn)入孔穴到達沸石表面,并與沸石晶格中金屬離子陽(yáng)離子發(fā)生交換并將其置換下來(lái),而且離子交換后的沸石并不發(fā)生結構變化,這使沸石具有離子交換特性。廢水中 NH4+ 與沸石中金屬離子陽(yáng)離子發(fā)生交換反應,使廢水中 NH4+ 減少,從而實(shí)現沸石對氨氮的去除作用。
3、吸附作用影響因素
1、沸石投加量及沸石粒徑對氨氮去除效果的影響
在一定范圍內,沸石用量增加,NH4-N 去除率也增加。但并非用量越多去除效果越好,有研究表明:沸石用量在 2g/L 以上時(shí),去除效果并未明顯增加,另外再增加沸石用量從經(jīng)濟角度也是不科學(xué)的。楊勝科等研究發(fā)現:1g 沸石就可以將 200mL 水樣中1mg/L NH4+ 降至 0.2mg/L 以下,此時(shí)已低于國家飲用水標準,再增加沸石用量,并未顯著(zhù)地提高 NH4+ 的去除率,相反卻使水質(zhì)產(chǎn)生渾濁,從而影響水體的渾濁度指標,并易使比色測定誤差增大,為此針對不同成分的含氨氮水,應將沸石用量控制在一定的范圍內。
2、溫度對氨氮去除效果的影響
沸石對氨氮的去除效果與廢水的溫度有著(zhù)密切關(guān)系:隨著(zhù)溫
度升高,沸石對氨氮的吸附能力加強,因為溫度的升高,使得 NH4+ 離 子動(dòng)能增加, 運動(dòng)頻率也隨之增加, 運動(dòng)頻率較高的 NH4+ 離子更 容易深入到沸石空穴中而被交換吸附。
3、pH 對氨氮去除效果的影響
沸石對氨氮的去除隨廢水 pH 值的增加而先增大后減小[7]:當溶 液偏酸性時(shí),溶液中存在大量的 H+,H+ 的半徑要遠小 NH4+ 的半徑, 比 NH4+ 更容易與沸石上的金屬陽(yáng)離子發(fā)生交換,不利于 NH4+ 的交 換;當溶液偏堿性時(shí),OH- 與 NH4+ 發(fā)生中和反應,生成 NH3,使得水 中氨氮以分子形態(tài)存在, NH3 不能與沸石進(jìn)行離子交換, 僅吸附現 象起作用,氨氮去除能力下降。