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        江苏铭盛环境

        化学氧化消减装置处理氨氮污染水源

        文章出处:未知发表时间:2022-01-10 13:19:09


         

        图片1 

         

          随着我国城市化高速开展和经济快速增长,生产和生活废水排放量日益增加,使我国河流型饮用水源平安隐患突出。据不完整统计,约有65%的饮用水源不宜饮用,而氨氮(NH3-N)就是其中一种主要污染物。饮用水源突发氨氮污染不只会惹起水体富营养化、发作赤潮等现象,更可能在很短时间内形成水源污染及饮用水供水系统的严重损失,以至进一步触发严重的社会稳定问题。

         

          为响应国家亟需应急技术配备产业化的号召,设计研发了一款便利可拼装式化学氧化消减设备,用于应急处置饮用水源突发污染事情,保证城镇供水平安,同时带动全国环境应急产业晋级,具有良好的社会效益和经济效益。由于化学氧化具有反响快速、降解彻底、价钱低廉等优点,在突发环境事情的应急处置方面具有宏大潜力,因而本研讨基于化学氧化法,选用饮用水源常规污染物氨氮测试该设备性能,在优化设备工艺参数的同时找到去除氨氮的最佳工艺条件。目前国内外去除氨氮的办法主要有吸附法、折点加氯法、吹脱法、生物脱氮法、化学沉淀法、催化湿式氧化法、液膜法以及电渗析法等。从需求满足环境应急中快速、高效、便利、平安的角度来看,折点加氯法由于简单易行而经常被采用。次氯酸钠作为一种强氧化剂,已用于多类水处置,与传统氧化剂液氯相比,次氯酸钠平安无外泄,且可进一步减少消毒副产物的产生,因而非常适用于氨氮污染水源的应急处置。

         

          本研讨对化学氧化消减设备的运转参数包括进出水口高度以及搅拌方式、时间和速度等实施了优化,并系统讨论了氨氮浓度、氧化剂投量、pH值、反响时间等对氨氮去除效果的影响,由此找出最佳反响条件以使出水氨氮浓度到达我国《地表水环境质量规范》(GB3838—2002)中集中式生活饮用水地表水源HI类水规范(1.0mg/L),为突发氨氮水污染事情的应急处置提供参考。

         

          一、实验设备与办法

         

          1.1 资料与仪器

         

          主要试剂:氯化铵(GR,阿拉丁)、次氯酸钠(漂水,工业级,实测有效氯含量为7.83%)、硫酸溶液(6mol/L)、氢氧化钠溶液(1moI/L)、双氧水(工业级,10%)

         

          主要仪器:岛津UV-1800紫外可见分光光度计,PM2500型电子天平,雷磁PHS-29ApH计,百灵达7500型光度计,BLD立式搅拌机(旋桨式,两片桨叶),不锈钢潜水搅拌机(加装置导杆)LS300-A型便利式流速测定仪,WQ770型手持式浊度仪,DC-LWS型流量计,40ZX10-40型自吸泵。

         

          1.2 实验设备

         

          中试设备(见图1)主要由自来水池(方形,2.8mx2.8mxl.5m)、原水池(方形,1.7mx1.7mx1.5m)、氧化池(圆形,直径为2m、高为1.32m)和溶药池(圆形,直径为2m、高为1.32m)4局部组成,辅以搅拌机、潜水栗、流量计、水泵、阀门,经过进、出水管道衔接(DN40进水管,DN50/80出水管)。水池全部选用夹网PVC复合资料,该资料耐腐蚀性强,且采用聚酯纤维网增增强度,相似钢筋混凝土中的钢筋,满足作为应急处置水池的请求,支撑采用钢管支架,自创帐篷的便当、灵敏性,满足便携、可拆卸等特性,可完成随用随拼装。

         

          氧化池为该设备的主体局部,设计其有效深度为1m,处置流量为4m3/h(流速约为0.8m/S)。其内固定有旋桨式立式搅拌机(装置在距池底20cm)和不锈钢潜水搅拌机,可依据需求自行切换。为测试氧化池的工艺性能,设计了5个不同高度的进水口和3个出水口。5个进水口自下而上依次编号12345,分别距池底2545658195cm(约为水池有效深度的1/41/23/44/59/10)3个出水口自下而上依次编号123,分别距池底165793cm(约为水池有效深度的1/51/29/10),出水口处又设有取样口以便随时取样,经过阀门控制。

         

        图片18 

          1.3 实验办法

         

          本研讨经过中试一方面找到去除氨氮的最佳工艺条件,另一方面借此测试并完善设备的性能参数,其工艺流程如图2所示。

         

        图片19 

          整个中试在室温(25T左右)实施,首先在原水池中加人氯化铵并选择性加人硫酸溶液和氢氧化钠溶液,通入自来水配制成不同pH值和不同氨氮浓度的模仿水,启动原水池中的搅拌机混合平均。选择性翻开氧化池的进水阀门,经过流量计控制并记载进水流量。同时在溶药池内配好次氯酸钠溶液,翻开阀门,经过流量计控制并记载药剂投加量,选择性启动氧化池内的搅拌机将药剂与水实施充沛搅拌(与上述水样配制过程相同,均可经过手持式浊度仪和流速测定仪判别能否混合平均)。调理搅拌机的搅拌速度,控制搅拌时间和静置反响时间,取水样过滤后测定出水氨氮浓度,调查氨氮浓度、次氯酸钠投加量、pH值、进出水口高度、搅拌方式、搅拌时间、搅拌速度、反响时间等工艺条件对氨氮去除效果的影响。此外,思索到实践突发污染水源的氨氮浓度,本研讨分别选取超越我国集中式生活饮用水地表水源HI类水氨氮限值(1.0mg/L)51020(5.010.020.0mg/L作为初始浓度实施实验。氨氮浓度采用纳氏试剂分光光度法测定。

         

          二、实验计划与过程

         

          2.1 去除氨氮的最佳工艺条件

         

          2.1.1 工艺原理

         

          实验采用折点加氯法去除氨氮,采用的药剂为次氯酸钠(俗称漂水)。折点加氯法是将氯通人水中把NH3-N氧化成N2的化学脱氮工艺。当氯通入水中到达某一点时水中游离氯含量最低,氨的浓度降为零,若氯通人量超越该点,水中的游离氯就会增加,因而该点称为折点,该状态下的氯化称为折点氯化。该办法最突出的优点是可经过正确控制加氯量和对流量实施均化,使水中氨氮浓度降为零,同时到达消毒目的。

         

          2.1.2 正交实验

         

          依据反响原理,影响次氯酸钠氧化脱氮的要素主要有氨氮初始浓度(A)、次氯酸钠投加量(B)、反响时间(C)pH(D),每个要素选取3个程度,选用L9(43)布置正交实验,如表1所示。

         

        图片20 

          2.1.3 单要素最优程度实验

         

          参照正交实验结果,在典型浓度下以次氯酸钠投加量、反响时间和pH值为根本条件,肯定常量与变量,进一步调查工艺条件对氨氮去除效果的影响。

         

          次氯酸钠投加量对氨氮去除效果的影响

         

          本研讨分别思索3个典型浓度下的实验效果,便当实践工程应用实施数据参考。控制反响时间为40min,不调理pH值,模仿水中氨氮浓度为5.0mg/L时分别投加11.51_71.822.32.5mL/L次氯酸钠,模仿水中氨氮浓度为10.0mg/L时分别投加1.51.71.81.922.32_5mL/L次氯酸钠,模仿水中氨氮浓度为20.0mg/L时分别投加10121516172025mL/L次氣酸钠,调查次氯酸钠投加量对氨氮去除效果的影响。

         

          反响时间对氨氮去除效果的影响

         

          配制5.010.020.0mg/L典型浓度的氨氮污染模仿水样,不调理pH值,依照实验肯定的最佳量投加次氯酸钠,控制反响时间分别为102030406090120min,调查反响时间对氨氮去除效果的影响。

         

          ③pH值对氨氮去除效果的影响

         

          仍选取以上3个典型浓度的氨氮污染模仿水样,控制3个典型浓度下的最佳次氯酸钠投量和最佳反响时间,调理反响pH值分别为567891011,调查pH值对氨氮去除效果的影响。

         

          2.2 设备性能参数优化

         

          依据2.1节肯定的最佳工艺条件,选取应急事情寸常见氨氮浓度(10.0mg/L),调查设备进出水口高度、搅拌方式、搅拌时间、搅拌速度对氨氮去除效果的影响,由此优化设备性能。

         

          2.2.1 进出水口高度对氨氮去除效果的影响

         

          配制10.0mg/L典型浓度的氨氮污染模仿水样,不调理pH值,投加1.9mL/L次氯酸钠,依次选择12345号进水口(分别距池底2545658195cm),启动旋桨式机械搅拌机以60r/min搅拌5min,然后静置40min,从3号出水口(距池底93cm)取水样,过滤后检测氨氮浓度,调查进水口髙度对氨氮去除效果的影响。

         

          同理,从上述最佳进水口通入氨氮污染模仿水样,分别选择123号出水口(分别距池底165793cm)取样,过滤后检测氨氮浓度,调查出水口高度对氨氮去除效果的影响。

         

          2.2.2 搅拌方式对氨氮去除效果的影响

         

          配制10.0mg/L典型浓度的氨氮污染模仿水样,不调理pH值,投加1.9mL/L次氯酸钠,选择最佳进水口通人模仿水样,分别启动旋桨式机械搅拌机、潜水搅拌机或者不采用搅拌机而应用水力搅拌混合,以60r/min搅拌或不搅拌,5min后静置40min,选择最佳出水口取水样,过滤后检测氨氮浓度,调查搅拌方式对氨氮去除效果的影响。

         

          2.2.3 搅拌时间与速度对氨氮去除效果的影响

         

          配制10.0mg/L典型浓度的氨氮污染模仿水样,不调理pH值,投加1.9mL/L次氯酸钠,选择最佳进水口通人模仿水样,选择最佳搅拌方式机械搅拌,以60r/min的速度分别搅拌3060120180300S,静置40min,选择最佳出水口取样,过滤后检测氨氮浓度,调查搅拌时间对氨氮去除效果的影响。

         

          同理,选择上述最佳搅拌时间,分别以607590105120r/min的速度搅拌,经同样处置后检测氨氮浓度,调查搅拌速度对氨氮去除效果的影响。

         

          三、结果与讨论

         

          3.1 氨氮去除工艺

         

          经过正交实验,次氯酸钠氧化脱除氨氮的测定结果如表2所示。可知,各要素对氨氮去除效果的影响排序为氨氮初始浓度>反响时间>次氯酸钠投加量>pH值。

         

        图片21 

          3.1.1 次氯酸钠投加量对氨氮去除效果的影响

         

          实验结果标明,在室温、不调理pH值、反响40min的条件下,氨氮去除率随次氯酸钠投加量的增加而快速提升。当氨氮初始浓度为5.0mg/L、次氯酸钠投加量为2.5mL/L时,次氯酸钠氧化对氨氮的去除率可到达99%以上,但投加1.7mL/L次氯酸钠时氨氮浓度已降到1.0mg/L以下,综合思索去除效果和运转本钱肯定次氯酸钠最佳投加量为1.7mL/L。同样可得,氨氮浓度超标10倍时次氯酸钠最佳投加量为1.9mL/L。此外,氨氮浓度超标20倍时,次氯酸钠投加量越大,氨氮去除率越高,但在最高投药量下反响40min仍缺乏以使氨氮浓度达标,因而将在后续实验中综合思索反响时间等要素寻觅该浓度下的最佳投药量。

         

          3.1.2 反响时间对氨氮去除效果的影响

         

          在室温,不调理pH值,对应5.010.020.0mg/L初始氨氮浓度的次氯酸钠投加量分别为1.71.915mL/L的条件下,3个典型浓度下氨氮去除率均大致随反响时间的增加而上升,120min后去除率可到达90%左右。40min处是一个拐点,10~40min内氨氮去除率快速提升(见图3),思索到应急工程中要在最短时间内到达出水水质规范,因而肯定最佳反响时间为40min

        图片22 

         

          3.1.3 PH值对氨氮去除效果的影响

         

          在室温,对应5.010.020.0mg/L初始氨氮浓度的次氯酸钠投加量分别为1.71.915mL/L,反响40mm的条件下,3个典型浓度下氨氮去除率随pH值的变化趋向分歧,大致表现为从酸性到中性逐步提升,然后从中性到碱性开端降低。pH值为7~9时氨氮去除率最高,该pH值范围与测得的模仿水样的pH值分歧,因而不调理PH值有利于氨氮的去除。同时还发现,在3个典型浓度下,氨氮去除率随pH值变化动摇幅度较小,这阐明pH值对氨氮去除效果的影响较小,实践应用中可不思索,与上述正交实验结果分歧。

         

          3.2 设备性能参数优化

         

          3.2.1 进出水口高度对氨氮去除效果的影响

         

          在氨氮初始浓度为10.mg/L时,依次选择12345号进水口(分别距池底2545658195cm)运转工艺(室温、不调理pH值、次氯酸钠投加量为1.9mL/L、搅拌速度为60r/min、反响40min,下同),反响后从3号出水口(距池底93cm)出水,实验结果标明从5号进水口进水时氨氮去除率最高,可到达92.88%。总体上来看,从5个进水口进水时氨氮去除率动摇范围不大,阐明进水口高度对氨氮去除效果的影响相对较小。但为完善工艺性能,倡议实践工程中设计进水口高度为水池有效深度的9/10

         

          从5号进水口通人同样浓度的模仿水样,经设备处置后分别从123号出水口取样,测得从3号出水口出水时氨氮去除率要显著低于1号和2号,可能是搅拌机的装置高度限制了底部出水口的混合效率。从2号出水口出水时氨氮去除率最高,到达92.77%,因而倡议设备出水口设计高度为水池有效深度的1/2

         

          3.2.2 搅拌方式对氨氮去除效果的影响

         

          在氨氮初始浓度为10.0mg/L时,从5号进水口进水,改动不同的搅拌方式运转反响后从2号出水口出水,经旋桨式机械搅拌机搅拌后氨氮去除率最高,可到达90.88%,潜水搅拌机的效果次之,去除率约为82.89%,而单纯依托进出水的水动力搅拌时氨氮去除率远低于机械搅拌和潜水揽拌,并且在相同条件下达不到出水水质请求。因而,倡议设备的搅拌工艺采用机械搅拌桨。

         

          3.2.3 搅拌时间与速度对氨氮去除效果的影响

         

          在上述同等工艺条件下,搅拌时间和速度对氨氮去除效果的影响较大,氨氮去除率均随搅拌时间和速度的增加而提升,见图4

         

        图片23 

          如图4(a)所示,当搅拌时间到达300s(5min)时氨氮去除率最高可达90%以上,但搅拌180s(3min)时已到达出水水质请求,为节约本钱,选择设备最佳搅拌时间为3min。如图4(b)所示,揽拌速度越快则氨氮去除率越高,控制搅拌时间为3min,搅拌速度到达75r/min时出水水质可达标,超越100r/min时氨氮去除率可到达90%以上。因而,倡议设备搅拌速度控制在75r/min以上。

         

          3.3 补充与讨论

         

          3.3.1 关于折点加氯法与余氯处置

         

          折点加氯法固然便利、高效,但也应思索到出水中残留的氯对河流中鱼类具有较大的致死性,研讨发现当水中游离氯含量超越0.4mg/L时,对鱼类致死量较高。为考证该结论的牢靠性,本研讨在氧化池出水中放养了10条罗非鱼,5min内全部死亡。因而,投加次氯酸钠处置后的出水在排放前通常需求用双氧水实施反氯化,以去除水中残留的氯,最大水平降低死鱼现象。后续实验初步研讨了在保证投加足量的次氯酸钠时双氧水的投加量与反响时间对水中余氯的影响。

         

          分别选择超标51020倍浓度的氨氮模仿水样实施实验,通入各浓度下最佳量的次氯酸钠,发现经最佳工艺处置后,出水余氯浓度大致在5mg/L左右(实测5.3mg/L),因而本实验调查在该余氯浓度下双氧水的投加状况。在处置出水中分别投加8101520253035μL/L双氧水,反响153060min后快速测定出水中游离氯的浓度,结果如图5所示。

         

        图片24 

          由图5可知,余氯浓度随双氧水投加量和反响时间的增加而减少。25μL/L是双氧水投加量的拐点,投加8~20μL/L双氧水,余氯浓度开端逐步降低,当投加25μL/L时余氯浓度急剧降落,反响30min后降到0.2mg/L以下,超越25μL/L时余氯浓度虽有所降低但停顿迟缓。去除余氯后再次在氧化池中放养10条罗非鱼,24h内仅有1条死亡。因而,倡议双氧水最佳投量为25μL/L

         

          3.3.2 关于设备的完善晋级

         

          处置流量(4m3/h)、搅拌桨装置高度(距池底20cm)、桨叶方式(旋桨式两叶桨)等参数,也有很大可能影响设备的运转效果,因而后续研讨可改动这些参数,对设备性能进一步完善晋级。

         

          四、结论

         

          次氯酸钠氧化脱除氨氮的影响要素排序为:氨氮初始浓度>反响时间>次氯酸钠投加量>pH值。由于反响pH值对氨氮去除率的影响较低,实践工程中可不作思索。典型浓度下应急处置氨氮污染饮用水源的最佳工艺条件如下:在常规pH值条件下,水中氨氮浓度超标51020倍时分别投加次氯酸钠1.71.915mL/L,反响40min,根本能使水中氨氮浓度降到地表水IE类规范限值1.0mg/L以下。

         

          化学氧化设备主体资料强度高、耐腐蚀性强,钢管支架支撑性好,搭建灵敏、便当,设备整体上便利、可拆卸,满足应急处置设备的请求。倡议设置设备的有效处置水深为水池高度的4/5,进水口设在水池有效深度的9/10处,出水口设在水池有效深度的1/2处,设备内选用机械搅拌桨,搅拌速度不低于75r/min,搅拌时间不少于3min

         

          双氧水能有效降低水中余氯浓度,当出水中余氯浓度约为5mg/L时,投加25μL/L双氧水、反响30min后余氯浓度能降到0.2mg/L以下,减轻对水生生物的危害。

         


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