貴金屬生產(chǎn)中高氨氮廢水的處理研究

劉國旗，任志勇，李歡，郅歡歡，王紅梅，張靜，白延利，孟俊杰

（1.蘭州金川貴金屬材料股份有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.國家鎳鈷新材料工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730000）

隨著工業(yè)化水平和程度的提高，冶金、石油、制藥、化學等工業(yè)規(guī)模與產(chǎn)量的快速擴大和提升，使得工業(yè)廢水的排放量不斷增大，廢水中氨氮含量急劇攀升，給工業(yè)廢水治理和水資源環(huán)境保護帶來嚴峻挑戰(zhàn)。氨（NH3）中的N原子具有孤電子對，具有良好配位能力，極易與過渡金屬（Fe、Co、Cu、Ni）或貴金屬金屬（Pt、Pd、Ru、Rh）形成配位化合物，化工領(lǐng)域中，氨配位的金屬化合物具有十分重要的地位[1]。通過對公司所提供的工業(yè)廢水進行檢測，檢測結(jié)果顯示，該廢水中氨氮含量為800mg/L-1200mg/L。目前園區(qū)污水處理廠生化處理池所能接受的氨氮濃度≤300mg/L，已經(jīng)超出了園區(qū)制定的排放標準。針對高濃度氨氮廢水的處理，則當前使用頻次較高且行之有效地方法主要有吹脫法、濕式催化氧化法、化學沉淀法等。吹脫法、對操作過程要求嚴格，而且吹脫法將氨吹到大氣中，造成二次污染；濕式催化氧化法的催化劑價格昂貴。

化學沉淀法，又稱磷酸銨鎂沉淀法。該方法的主要原理是通過向含有高含量氨氮的工業(yè)廢水中投入M和P的試劑，與廢水中的氨氮元素和磷元素發(fā)生反應(yīng)，以磷酸銨鎂沉淀物方式析出，同時還能實現(xiàn)對工業(yè)污水中氮、磷的有效回收。化學沉淀法在能源緊張的今天，受到了人們普遍的關(guān)注。我們采用化學沉淀法，加入M和P的試劑，設(shè)計了適合工業(yè)生產(chǎn)的最佳實驗方案，使治理后的工業(yè)廢水能夠達到園區(qū)廢水處理廠生物法進一步處理的排放標準。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與主要儀器設(shè)備

實驗原材料包括：氨氮工業(yè)廢水（蘭州金川貴金屬材料股份有限公司）、沉淀劑M（鎂鹽）、沉淀劑P（磷酸鹽）、氫氧化鈉（工業(yè)堿）等。

主要儀器設(shè)備包括：反應(yīng)釜、溶解罐、過濾設(shè)備、工業(yè)泵、水浴鍋、燒杯、磁力攪拌器、pH數(shù)字測定儀等。

1.2 實驗過程與工藝流程

量取氨氮廢水5L，加入10L的反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)pH值到9-10之間，再將已經(jīng)完全溶解的沉淀劑M溶液全部加入至反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)pH值在9-10之間，將完全溶解的沉淀劑P溶液緩慢加入反應(yīng)釜中，控制加入時間速度為15-20mL/min之間。最后再次調(diào)節(jié)pH值到9-10之間，攪拌30min，靜置沉降4h之后過濾，得到的沉淀進行回收，廢水排放至園區(qū)廢水廠。

2 結(jié)果與討論

2.1 藥劑加入量對氨氮處理效果的影響

廢水中NH3-N的處理結(jié)果與沉淀劑M、P的加入量成正比例關(guān)系，藥劑加入越多，處理效果越好。當摩爾比為1.0：1.0：1.1的情況下，廢水中氨氮濃度達到280mg/L，已滿足工業(yè)園區(qū)廢水廠生物法處理對公司的排放要求，所以最終選取1.0：1.0：1.1作為本工藝的優(yōu)選比例。

2.2 反應(yīng)時間對氨氮處理效果的影響

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1的條件下，不同反應(yīng)時間氨氮處理效果不同。反應(yīng)時間越長，處理效果越好，在40min以后時間對反應(yīng)的影響就變得不是很大，已滿足園區(qū)廢水廠對公司的排放要求。

2.3 反應(yīng)溫度對氨氮處理效果的影響

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，反應(yīng)時間t=40min的條件下，用不同溫度的水浴鍋對反應(yīng)容器進行加熱，最終測出反應(yīng)后水樣中的氨氮含量如圖1所示。溫度在10-50℃時該工藝對氨氮具有很好的處理效果，已滿足園區(qū)廢水廠對公司的排放要求。

圖1 反應(yīng)溫度對氨氮處理效果的影響

2.4 反應(yīng)pH值對氨氮處理效果的影響

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，溫度T=30℃，反應(yīng)時間t=40min的條件下，調(diào)節(jié)不同的體系pH值。pH=8-10的范圍內(nèi)，處理效果最明顯，過低過過高都會生成其他雜質(zhì)而消耗藥劑，所以最終確定反應(yīng)的pH值為8.5。

2.5 不同氨氮初始濃度的處理效果

在固定沉淀劑的加入量NH3-N：M： P =1.0：1.0：1.1，溫度T=30℃，體系pH=8.5，反應(yīng)時間t=40min的條件下，不同氨氮初始濃度的處理效果不同。實驗結(jié)果顯示，即使初始濃度不同，均可以將氨氮含量降低到300mg/L以下，說明次工藝的實用性非常強。

表1 工業(yè)化處理試驗結(jié)果

2.6 工業(yè)化處理實驗結(jié)果

工業(yè)化處理條件：（1）沉淀劑加入比例NH3-N：M：P =1.0：1.0：1.1 ；（2）反應(yīng)溫度T=30℃ ；（3）最佳反應(yīng)pH=8.5（4）反應(yīng)時間t=40分鐘。

工業(yè)化處理結(jié)果如表1，其中日廢水處理量70-200噸，廢水初始pH=5.6-9.5之間，初始NH3-N值在700-1500 mg/L之間，處理后的NH3-N值降低至300mg/L以下，滿足工業(yè)園區(qū)廢水處理廠生物法處理的排放要求。

3 結(jié)論

通過設(shè)置單因素控制實驗，考察了沉淀劑加入量、溫度、時間、pH值對氨氮處理效果影響，最佳實驗條件如下：（1）沉淀劑加入比例NH3-N：M：P =1.0：1.0：1.1；（2）反應(yīng)溫度T=30℃ ；（3）最佳反應(yīng)pH=8.5（4）反應(yīng)時間t=40分鐘。