出水氨氮異常 有哪些迅速、有效的應(yīng)急手段？
在污水處理廠硝化系統(tǒng)出現(xiàn)問題，出水氨氮超標(biāo)時(shí)，想要迅速、有效的去除氨氮，只能通過物理化學(xué)的手段來應(yīng)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！本文詳細(xì)介紹一下兩種工藝，讓大家能做到遇到問題心中有底！
一、折點(diǎn)加氯除氨氮
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?dú)獾募庸すに?。?dāng)然還可以立即把氯氣進(jìn)入廢水中，運(yùn)用歧化反應(yīng)，生成次氯酸，隨后在將廢水中的NH3-N氧化成N2。
當(dāng)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(xù)氧化變?yōu)槎劝?、三氯銨，三氯銨不穩(wěn)定，會(huì)變?yōu)榈獨(dú)忉尫懦鰜?，這就是折點(diǎn)加氯法的反映基本原理和過程，氨的濃度降為零。當(dāng)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(dāng)添加的氧化劑做到足量時(shí)，水里的氨氮濃度最低標(biāo)準(zhǔn)（可是并非為零），同時(shí)水里余氯成分也是最低標(biāo)準(zhǔn)，超出這一點(diǎn)以后，水里余氯成分就剛開始升高，因而該點(diǎn)稱之為折點(diǎn)，該狀況下的氯化稱之為折點(diǎn)氯化。但在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)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
看懂加氯量-余氯曲線，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(xì)菌、氧化有機(jī)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(xì)菌的再度繁殖，尚需維持的少量氯。
- 水中有機(jī)物與氯作用的速度有快慢。在測(cè)定余氯時(shí)，有一部分有機(jī)物尚在繼續(xù)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)或光線的作用，產(chǎn)生如下的催化分解：2HOCl=2HCl+O2。
1、當(dāng)水中無細(xì)菌、有機(jī)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L1，該線與坐標(biāo)軸成45度角。
2、當(dāng)水中含有細(xì)菌、有機(jī)物和還原性物質(zhì)，但主要不是游離氨時(shí)，需氧量OA滿足后就會(huì)出現(xiàn)余氯，如圖所示虛線L2，這條線與x軸交角小于45度，其原因?yàn)椋?/p>
3、當(dāng)水中的有機(jī)物主要是氨和氮化合物，情況比較復(fù)雜。
當(dāng)起始的需氧量OA滿足后，加氯量增加，剩余氯也增加（曲線AH段），但后者增長(zhǎng)得慢一些。超過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)稱為峰點(diǎn)。此后隨著加氯量的增加，剩余氯又上市，如BC段，B點(diǎn)稱為折點(diǎn)。
a、在曲線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(xì)菌，但消毒效果不可靠。
b、在曲線AH段，加氯后，氯與氨發(fā)生反應(yīng)，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(yīng)：NH3+HClO=NH2Cl+H2O。
此時(shí)隨著加氯量的增加，化合氯成比例增加，水中氨氮逐漸減少，當(dāng)加氯量達(dá)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HB段，仍然產(chǎn)生化合性余氯，加氯量繼續(xù)增加，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：2NH2Cl+HClO=N2↑+H2O+3HCl。
反應(yīng)結(jié)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(dá)折點(diǎn)B。
d、在曲線BC段，超過折點(diǎn)B后，已經(jīng)沒有消耗氯的雜質(zhì)了，出現(xiàn)自由性余氯，該段消毒效果最好。
由此可見水中含有氨氮時(shí)，加氯量-余氯曲線是一條折線，此時(shí)對(duì)應(yīng)的加氯法稱為折線加氯法。
2、氨氮含量與加氯量、加氯點(diǎn)的關(guān)系
一般情況下, 當(dāng) 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(jì)算，常常將化合余氯看作一氯胺。
假設(shè)水中雜質(zhì)的耗氧量為b（mg/l），即曲線OA段的耗氧量為b（mg/l），水中余氯控制目標(biāo)值為a（mg/l）。
如水中含無氨氮，采用游離加氯法。當(dāng)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(dāng)加氯點(diǎn)被控制在AH段的Y1時(shí)，所需加氯量y1=b+1.38a（mg/l）。
需要說明的是，為確保加氯點(diǎn)能被控制在AH段的Y1點(diǎn)，水中氨的含量必須滿足條件：c不小于0.33a（mg/l）。
2、當(dāng)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）。
需要說明的是，加氯點(diǎn)被控制在HB段的Y2點(diǎn)，在AH段氨與氯氣反應(yīng)，水中的氨全部被消耗掉。
3、當(dāng)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(biāo)值和所選擇的加氯點(diǎn)有關(guān)。
當(dāng)水中雜質(zhì)含量一定，余氯的控制目標(biāo)相同時(shí)，水中無氨氮時(shí)的加氯量要比有氨氮時(shí)的加氯量低，也就是說氨氮會(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-加氯量曲線可知，對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的加氯量有很大差別。
實(shí)踐表明，在曲線BC段Y3點(diǎn)采用游離氯消毒的加氯量，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在AH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(dá)到Y(jié)1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(yīng)選擇在加氯量-余氯曲線的AH段，此時(shí)的余氯是化合氯。
二、沸石吸附法除氨氮
沸石對(duì)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(jié)構(gòu)中，[SiO4]和[AlO4]以共角頂?shù)男问铰?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(yīng)”；在沸石表面所具有的強(qiáng)大色散力作用下,沸石孔穴中分布的陽離子和部分架氧所具有的負(fù)電荷相互平衡，使得沸石又具有較強(qiáng)的色散力和靜電力作用；加之沸石所特有的分子結(jié)構(gòu)而形成的較大靜電引力，使沸石具有相當(dāng)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(qiáng)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(nèi)部陽離子與廢水中 NH4+進(jìn)行交換的化學(xué)過程：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(fù)電荷，為達(dá)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離子（如 K+、Na+、Ca2+、Mg2+）來補(bǔ)償；廢水中的 NH4+直徑小于沸石的孔穴通道直徑，通過沸石的吸附作用容易進(jìn)入孔穴到達(dá)沸石表面,并與沸石晶格中金屬離子陽離子發(fā)生交換并將其置換下來，而且離子交換后的沸石并不發(fā)生結(jié)構(gòu)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離子發(fā)生交換反應(yīng)，使廢水中 NH4+減少，從而實(shí)現(xiàn)沸石對(duì)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(duì)氨氮去除效果的影響
在一定范圍內(nèi)，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(jì)角度也是不科學(xué)的。楊勝科等研究發(fā)現(xiàn)：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(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，再增加沸石用量，并未顯著地提高 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(biāo)，并易使比色測(cè)定誤差增大，為此針對(duì)不同成分的含氨氮水，應(yīng)將沸石用量控制在一定的范圍內(nèi)。
2）溫度對(duì)氨氮去除效果的影響
沸石對(duì)氨氮的去除效果與廢水的溫度有著密切關(guān)系：隨著溫
度升高,沸石對(duì)氨氮的吸附能力加強(qiáng),因?yàn)闇囟鹊纳?使得 NH4+離 子動(dòng)能增加, 運(yùn)動(dòng)頻率也隨之增加, 運(yùn)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(duì)氨氮去除效果的影響
沸石對(duì)氨氮的去除隨廢水 pH 值的增加而先增大后減小[7]：當(dāng)溶液偏酸性時(shí)，溶液中存在大量的 H+，H+的半徑要遠(yuǎn)小 NH4+的半徑, 比 NH4+更容易與沸石上的金屬陽離子發(fā)生交換，不利于 NH4+的交換；當(dāng)溶液偏堿性時(shí)，OH-與 NH4+發(fā)生中和反應(yīng)，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(xiàn)象起作用,氨氮去除能力下降。
參考資料：[1]陳春霧. 折點(diǎn)加氯及其應(yīng)用[J]. 城鎮(zhèn)供水, 2010(4):3.；[1]王文冬, 楊穎顯. 沸石對(duì)水體中氨氮去除機(jī)理及影響因素研究[J]. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新, 2013, 000(028):124-124.
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