鳥(niǎo)糞石法處理電解錳氨氮廢水試驗(yàn)研究

黎 朝, 張 靜,黃江波,孫 偉, 黃 偉,徐文炘

(1.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；3.廣西環(huán)境治理工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541004)

資源與環(huán)境

鳥(niǎo)糞石法處理電解錳氨氮廢水試驗(yàn)研究

黎 朝1,2,3, 張 靜1,2,3,黃江波1,2,3,孫 偉1,2,3, 黃 偉1,2,3,徐文炘1,2,3

(1.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；3.廣西環(huán)境治理工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541004)

本試驗(yàn)采用鳥(niǎo)糞石法處理電解錳氨氮廢水，試驗(yàn)的最佳條件是：最佳加藥順序依次是Na2HPO4·12H2O、NaOH溶液、MgSO4·7H2O，反應(yīng)系統(tǒng)恒定pH值為10，n(PO43-)/n(NH4+)=1.6、n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6。在最佳反應(yīng)條件下，氨氮去除率為93.8%。利用鉀A型分子篩深度處理鳥(niǎo)糞石法預(yù)處理后的廢水，去除效率為61.9%，殘留的氨氮濃度為23.6mg/L，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)限值。

氨氮廢水；鳥(niǎo)糞石法；鉀A型分子篩

我國(guó)是世界上最大的電解錳生產(chǎn)國(guó)，電解錳產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的98%[1]。由于電解錳行業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致高品位錳礦耗竭，利用低品位錳礦生產(chǎn)一噸電解錳所排放的渣量為9～11t，截止到2014年我國(guó)累計(jì)產(chǎn)生的錳渣量約為10000萬(wàn)t[2]。

電解錳渣主要含有錳、可溶性鹽類(lèi)及其他固態(tài)礦物成分，錳渣中含的錳的量約占總錳的10%，占干渣重量的1.5%～4%，并帶走45%左右的氨氮[3,5]。可見(jiàn)氨氮是電解錳渣中最主要的污染物之一，也是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化主要原因之一，直接排放會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)等水生生物有直接的危害。我國(guó)“十二五”期間已將氨氮納入總量控制指標(biāo)，因此研究行業(yè)廢渣、廢水中氨氮污染高效治理技術(shù)迫在眉睫。本試驗(yàn)采用鳥(niǎo)糞石法處理安全處置電解錳渣時(shí)的中間廢水，使處理后的廢水可回用于錳渣安全處置環(huán)節(jié)。鳥(niǎo)糞石結(jié)晶沉淀法就是向含有NH4+的廢水中投加Mg2+和PO43-，使之生成難溶的復(fù)鹽MgNH4PO4·6H2O(MAP)結(jié)晶，然后通過(guò)重力沉淀，將MAP從廢水中分離。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和材料

實(shí)驗(yàn)室主要儀器：電子天平(舜宇恒平儀器)、臺(tái)式電極pH計(jì)(METLER TOLEDO FE20)、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(WTW，Photolab 6600 uv-vis)、六聯(lián)攪拌器(江蘇金壇市佳美儀器制造有限公司)。

實(shí)驗(yàn)主要試劑：NH4NO3、MgSO4·7H2O、Na2HPO4·12H2O、NaOH、KI(分析純，生產(chǎn)商為西隴化工股份有限公司)、HgI(貴州市銅仁化學(xué)試劑廠)等。

廢水水質(zhì)：本次試驗(yàn)廢水取自電解錳渣安全處置過(guò)程中間廢水，經(jīng)測(cè)定廢水中氨氮濃度為1000 mg/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 加藥順序?qū)Π钡コ实挠绊懺囼?yàn)內(nèi)容

取4個(gè)潔凈的燒杯，依次編號(hào)為1、2、3、4，分別加入100 mL含1000 mg/L的氨氮廢水和一定量的Na2HPO4·12H2O、MgSO4·7H2O、NaOH溶液(用于調(diào)節(jié)pH值至10)。1號(hào)反應(yīng)瓶的加藥順序依次是Na2HPO4·12H2O、MgSO4·7H2O、NaOH溶液；2號(hào)反應(yīng)瓶的加藥順序是依次NaOH溶液、MgSO4·7H2O、Na2HPO4·12H2O；3號(hào)反應(yīng)瓶的加藥順序是依次MgSO4·7H2O、Na2HPO4·12H2O、NaOH溶液；4號(hào)反應(yīng)瓶的加藥順序依次是Na2HPO4·12H2O、NaOH溶液、MgSO4·7H2O。各反應(yīng)時(shí)間為30min，充分反應(yīng)30min后靜置，取上清液樣測(cè)定氨氮含量。

1.2.2 反應(yīng)過(guò)程中pH值對(duì)氨氮去除效率的影響

取4個(gè)潔凈的燒杯，依次編號(hào)為1、2、3、4，分別加入100mL含1000mg/L的氨氮廢水和先加入一定量的Na2HPO4·12H2O，然后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至10，最后加入一定量的MgSO4·7H2O；反應(yīng)過(guò)程中不調(diào)節(jié)1、2號(hào)反應(yīng)瓶中的pH值，但通過(guò)滴加NaOH溶液保持調(diào)節(jié)3、4號(hào)反應(yīng)瓶中pH值為10。

1.2.3 最佳反應(yīng)條件試驗(yàn)內(nèi)容

最佳反應(yīng)條件試驗(yàn)分為兩組，一組是探討Mg/N最佳物質(zhì)的量比值，另一組探討P/N最佳物質(zhì)的量比值。每組試驗(yàn)取6個(gè)潔凈的燒杯，依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6，分別加入100mL含1000mg/L的氨氮廢水和先加入一定量的Na2HPO4·12H2O，然后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至10，最后加入一定量的MgSO4·7H2O。各反應(yīng)時(shí)間為30min，反應(yīng)過(guò)程滴加NaOH溶液，使反應(yīng)體系的pH值維持在10；充分反應(yīng)30min后靜置，取上清液樣測(cè)定氨氮含量。

1.2.4 分子篩吸附試驗(yàn)內(nèi)容

取1個(gè)潔凈的燒杯，加入100 mL含1000 mg/L的氨氮廢水和先加入一定量的Na2HPO4·12H2O，然后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至10，最后加入一定量的MgSO4·7H2O；調(diào)節(jié)并保持各反應(yīng)瓶中的反應(yīng)整個(gè)過(guò)程中pH值為10，反應(yīng)30min后過(guò)濾，測(cè)定濾液的氨氮濃度；然后向?yàn)V液中加入2 g鉀A型分子篩，反應(yīng)60min后靜置，取上清液測(cè)氨氮濃度。

1.3 檢測(cè)方法

采用玻璃電極法測(cè)pH值、納氏試劑分光光度法測(cè)氨氮。

2 結(jié)果與分析

2.1 加藥順序?qū)Π钡コ实挠绊?/p>

氨氮濃度1000 mg/L，反應(yīng)溫度為25℃，初始pH值為10，保持n(PO43-)/n(NH4+)=1.6，n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6，攪拌反應(yīng)30min，靜置30min，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，1號(hào)反應(yīng)瓶氨氮去除效率為53.4%，2號(hào)反應(yīng)瓶氨氮去除效率為59.9%，3號(hào)反應(yīng)瓶氨氮去除效率為63.1%，4號(hào)反應(yīng)瓶氨氮去除效率為65.9%。

因此藥劑投加的最佳順序?yàn)?號(hào)反應(yīng)瓶投加順序，即為加藥順序依次是Na2HPO4·12H2O、NaOH溶液、MgSO4·7H2O。

圖1 加藥順序?qū)Π钡コ实挠绊?/p>

2.2 初始pH值與恒定pH值對(duì)氨氮去除效率的影響

氨氮濃度1000 mg/L，反應(yīng)溫度為25℃，n(PO43-)/n(NH4+)=1.6，n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6，攪拌反應(yīng)30min，靜置30min，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見(jiàn)，初始pH值為10的1、2號(hào)反應(yīng)瓶氨氮去除效率僅分別為63%、65%，但3、4號(hào)反應(yīng)瓶氨氮去除效率則分別達(dá)到了93.7%、93.8%。因此可知維持反應(yīng)體系pH值對(duì)氨氮去除效率是顯著的。

圖2 反應(yīng)過(guò)程pH值對(duì)氨氮去除效率的影響

2.3 最佳試驗(yàn)條件探討

2.3.1 Mg∶N物質(zhì)的量比的影響

氨氮濃度1000 mg/L，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)過(guò)程pH值恒定為10，保持n(PO43-)/n(NH4+)=1.6，改變n(Mg2+)∶n(NH4+)，攪拌反應(yīng)30min，靜置30min，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)n(Mg2+)/n(NH4+)為1時(shí)，氨氮去除率為85.5%，隨著n(Mg2+)/n(NH4+)比值的增大，氨氮去除率隨之提高，當(dāng)n(Mg2+)/n(NH4+)比值為1.6時(shí)，氨氮去除率為93.8%，再增加磷酸鹽的投加量，氨氮去除率增幅很小，因此綜合考慮廢水處理成本，n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6為最佳物質(zhì)的量比。

圖3 氨氮去除率隨Mg/N物質(zhì)的量比值變化趨勢(shì)圖

2.3.2 N∶P物質(zhì)的量比的影響

氨氮濃度1000 mg/L，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)過(guò)程pH值恒定為10，保持n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6，改變n(PO43-)∶n(NH4+)，攪拌反應(yīng)30min，靜置30min，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見(jiàn)，當(dāng)n(PO43-)/n(NH4+)為1.3時(shí)，氨氮去除率為83.6%，隨著n(PO43-)/n(NH4+)比值的增大，氨氮去除率隨之提高，當(dāng)n(PO43-)/n(NH4+)比值為1.6時(shí)，氨氮去除率為93.2%，再增加磷酸鹽的投加量，氨氮去除率增幅很小，因此綜合考慮廢水處理成本，n(PO43-)/n(NH4+)=1.6為最佳物質(zhì)的量比。

圖4 氨氮去除率隨P/N物質(zhì)的量比值變化趨勢(shì)圖

由上述實(shí)驗(yàn)可知，綜合考慮藥劑成本以及氨氮去除效率，當(dāng)n(PO43-)/n(NH4+)= 1.6、n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中pH值恒定保持約為10時(shí)，氨氮去除效率最高，達(dá)到93.8%，剩余氨氮濃度為62 mg/L。

2.4 分子篩吸附凈化

氨氮濃度1000 mg/L，反應(yīng)溫度為25℃，pH值為10，保持n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6，n(PO43-)/n(NH4+)=1.6，攪拌反應(yīng)60min，靜置30min，氨氮去除效果見(jiàn)表1。

表1 分子篩吸附凈化試驗(yàn)結(jié)果

從表1可知，在最佳條件下采用鳥(niǎo)糞石法處理氨氮廢水，處理后廢水中氨氮濃度為62 mg/L；利用分子篩進(jìn)一步吸附氨氮，氨氮濃度降至23.6 mg/L，氨氮吸附效率為 。

3 結(jié)論

以Na2HPO4·12H2O、MgSO4·7H2O作為沉淀劑，最佳加藥順序依次是Na2HPO4·12H2O、NaOH溶液、MgSO4·7H2O。綜合考慮氨氮去除效率和藥劑成本，確定的最佳反應(yīng)條件是：反應(yīng)系統(tǒng)恒定pH值10，n(PO43-)/n(NH4+)= 1.6、n(Mg2+)/n(NH4+)=1.6。在以上條件下，氨氮去除效率達(dá)到93.8%，剩余氨氮濃度為62 mg/L，沒(méi)有達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)限值要求(25 mg/L)；利用分子篩深度處理鳥(niǎo)糞石法預(yù)處理后的尾水，處理后氨氮濃度為23.6 mg/L,吸附效率為61.9%，廢水殘留氨氮濃度達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)限值。

[1] 劉唐猛, 鐘 宏, 尹興榮,等. 電解金屬錳渣的資源化利用研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2012, 30(1):1-6.

[2] 馬小霞, 唐金晶, 陶長(zhǎng)元,等. 電解金屬錳渣中氨氮分析及處理技術(shù)進(jìn)展[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2016, 34(1):1-4.

[3] 喻 旗, 羅 潔, 涂文忠. 電解金屬錳生產(chǎn)的污染及其治理[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2006, 24(3):42-45.

[4] 周代軍, 吳 芳, 施 強(qiáng). 錳渣的基本特性及在混凝土中的研究進(jìn)展[J]. 混凝土, 2012(2):63-65.

[5] 劉閨華, 潘涔軒, 朱克松,等. 電解金屬錳渣濾餅循環(huán)逆流洗滌試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2010, 28(2):36-38.

(本文文獻(xiàn)格式：黎 朝, 張 靜,黃江波，等.鳥(niǎo)糞石法處理電解錳氨氮廢水試驗(yàn)研究[J].山東化工,2017,46(3):123-125,129.)

華泰化工獲得東營(yíng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)多項(xiàng)表彰

日前，東營(yíng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)召開(kāi)2017年工作會(huì)議，對(duì)全區(qū)成績(jī)突出的先進(jìn)集體和個(gè)人進(jìn)行了表彰，華泰化工集團(tuán)以優(yōu)異成績(jī)喜獲三項(xiàng)表彰，分別被授予“發(fā)展貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”、“履行社會(huì)責(zé)任先進(jìn)企業(yè)”、“安全生產(chǎn)先進(jìn)工作單位”榮譽(yù)獎(jiǎng)牌。這也是華泰化工集團(tuán)自2014年獲得東營(yíng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)“發(fā)展貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”以來(lái)，連續(xù)第三次榮獲該榮譽(yù)。

2016年，華泰化工集團(tuán)面對(duì)復(fù)雜、嚴(yán)峻的市場(chǎng)形勢(shì)，堅(jiān)定不移加大投資力度深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，拉長(zhǎng)公司產(chǎn)業(yè)鏈條，項(xiàng)目建設(shè)突飛猛進(jìn)，采輸鹵項(xiàng)目、苯胺項(xiàng)目、熱力超低排放項(xiàng)目進(jìn)展順利，實(shí)現(xiàn)階段性投產(chǎn)，為公司效益提升奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，公司積極開(kāi)展“管理提升、效益提高”活動(dòng)，在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理中鼓勵(lì)創(chuàng)新創(chuàng)效，加大節(jié)約挖潛力度，明確責(zé)任，進(jìn)行監(jiān)督評(píng)比，形成“比學(xué)趕幫超”的濃厚氛圍，促進(jìn)公司經(jīng)營(yíng)效益穩(wěn)步提升。2016年，華泰化工集團(tuán)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入88億元，增幅達(dá)到10%，繼續(xù)保持了健康良好的發(fā)展勢(shì)頭。

(華泰化工集團(tuán))

Experimental Study of Treatment of Ammonia-Nitrogen Electrolytic Manganese Wasterwater by Struvite Precipitation

LiZhao1,2,3,ZhangJing1,2,3,HuangJiangbo1,2,3,SunWei1,2,3,HuangWei1,2,3,XuWenxin1,2,3

(1.China Nonferrous Metals(Guilin) Geology and Mining Co.,Ltd., Guilin 541004,China;2. Guangxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control Theory and Technology, Guilin 541004,China;3.Technological Research Center of Guangxi Environment Treatment and Engineering, Guilin 541004,China)

In the work, the factors affecting nitrogen removal from the simulated wastewater by the method were studied with Na2HPO4·12H2O and MgSO4·7H2O as precipitants. The optimal technological conditions for the ammonia nitrogen wastewater treatment were as obtained follows:constant pH value 10, reaction mole ratio n(Mg2+)∶n(NH4+)∶n(PO43-), 1.6∶1∶1.6,reaction time, 30min; under the condition of the optimal conditions, the ammonia nitrogen removal rate reached to 93.8%, and residual ammonia nitrogen concentration was 62mg/L. The pretreated wastewater was further cope with by Molecular sieve with 60min reaction time,and residual ammonia nitrogen concentration was 23.6mg/L.

ammonia nitrogen wastewater;struvite;molecular sieve

2016-12-20

廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(任務(wù)書(shū)編號(hào)：16-380-09)；金屬選冶固體廢棄物堆場(chǎng)滲漏對(duì)地下水控制技術(shù)與示范(桂科重14124001-3)

黎 朝(1987—)，男，廣西桂林人，碩士研究生學(xué)歷，中級(jí)工程師，從事氨氮廢水、重金屬?gòu)U水處理應(yīng)用研究。

X703.1

A

1008-021X(2017)03-0123-03