1、第44卷第4期 2015年4月 应用化工 Applied Chemical Indust Vo144 No4 Apr2015 次氯酸钠氧化去除废水中氨氮的研究 岳楠,周康根,董舒宇,王静静 (中南大学冶金与环境学院环境工程研究所,湖南长沙410083) 摘要:以次氯酸钠为氧化剂,对质量浓度为200 msL的氨氮模拟废水进行处理。研究了有效氯与氨氮的摩尔比 Jl(CI:NHs-N)、反应时间、pH值、温度对氨氮去除效果的影响。结果表明,较适宜的反应条件为: (C1 NH N)为 17,反应时间30 min,pH值79,温度1525。同时研究了加入次氯酸钠后的氧化还原电位(ORP),表明可通 过O
2、RP的变化为运行控制提供依据。 关键词:次氯酸钠;氨氮废水;折点氯化;ORP 中图分类号:TQ l】0 文献标识码:A 文章编号:16713206(2015)04060203 Removal of ammonia-nitrogen from wastewater by sodium hypochlorite oxidization YUE Nan,ZHOU Kanggen,DONG Shuyu,WANG Jing-jing (Department of Environment Enneefing,School of Metallurgy and Environment, Central Sou
3、th University,Changsha 410083,China) Abstract:Sodium hypochlorite was used as an oxidant to treat the simulated ammonianitrogen wastewater with ammonianitrogen concentration of 200 mgLThe effects of molar ratio of chlorine to ammonianitro- gen,reaction time,pH value and temperature on the removal ef
4、ficiency of ammonianitrogen were studied The results showed that the suitable reaction parameters are:molar ratio of chlorine to ammonianitrogen I7,reaction time 30 min,pH 79 and temperature 1525 oCThe effect of dosage of NaC10 on ORP was also studied for the control of the dosage in site Key words:
5、sodium hypochlorite;ammonia-nitrogen wastewater;breakpoint chlorination;ORP 氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一,随 着废水排放标准的13益提高,去除废水中残留氨氮 的要求和需求都越来越高。从工业废水中去除氨氮 已有多种方法,折点加氯法由于简单易行而经常 被采用 。与传统的氯系氧化剂液氯相比,次氯 酸钠(NaC10)不仅使用安全而且可进一步减少消毒 副产物产生 引,因此对于氨氮的去除是较适宜的 氧化剂。本研究系统地探讨了有效氯与氨氮的摩尔 比n(C1 NH,N)、反应时间、pH值和温度对次氯酸 钠氧化去除氨氮的影响,并
6、考察了反应过程中氧化 还原电位(ORP)的变化,发现通过ORP的变化可为 反应终点的控制提供简单可靠的依据。 1 实验部分 11试剂与仪器 次氯酸钠(有效氯含量8 gL)、NH CI、NaOH、 Na S O。、KI等试剂均为分析纯。 PM2500型电子天平;320型pH计;722G可见 分光光度计;1200RT型磁力搅拌器;BT101 L型蠕动 泵;HDX50小型次氯酸钠发生器。 12分析方法 氨氮(NH N)用纳氏比色法,余氯用碘量法, pH值、ORP用320型pH计测定。 13实验原理 在含有氨氮的溶液中加入次氯酸钠(NaCIO) 后,次氯酸钠、次氯酸根离子能够与水中的氨反应产 生一氯胺
7、、二氯胺和三氯胺。由于三氯胺在pH1时,部分一氯胺逐渐转 化成二氯胺,二氯胺的性质不是很稳定易分解转化 成氮气,所以氨氮去除率增加较快,余氯量降低。所 以当n(C1 NH,一N)为17时,余氯量达到最低点, 17之后,余氯大部分为游离性余氯,因此余氯表现 为快速增加,而氨氮去除率曲线趋于平缓 J。 g n(ChNH3。N) 图2 n(C1 NH,一N)对余氯的影响 Fig2 Effect of molar ratio of chlorine to ammonianitrogen on residual chlorine 22反应时间对次氯酸钠氧化去除氨氮的影响 在反应温度25,pH值79的条件
8、下,分别 一次性投加NaC10溶液的量n(C1 NH,一N)为 15和17,反应开始后每10 min取样,立即分析模 拟废水中的氨氮浓度。考察了在两种不同NaC10 投加量的情况下,反应时间对次氯酸钠氧化去除氨 氮效果的影响,结果见图3。 鬻 时同mitt 图3在不同n(C1:NH 一N)条件下反应 时间对氨氮去除率的影响 Fig3 Effect of reaction time on removal rate of ammonianitrogen under different molar ratio of chlorine to ammonianitrogen conditions 由图3
9、可知,次氯酸钠氧化去除氨氮的反应是 一个快速反应,反应初期氨氮去除率随反应时间的 延长波动较大,但当反应超过30 min后,氨氮的去 除率变化非常缓慢,2种不同2(C1:NH,一N)情况下 的氧化反应均趋于平衡。因此,可以把反应时间设 为30 min。 23 pH值对次氯酸钠氧化去除氨氮的影响 在反应温度25,n(C12NH3-N)15,投加时 应用化工 第44卷 间为30 min的条件下,用NaOH、HC1溶液改变反应 溶液的pH值。考察了pH值对次氯酸钠氧化去除 氨氮效果的影响,结果见图4。 卜 pH值 图4 pH值对氨氮去除率的影响 Fig4 Effect of pH value on
10、removal rate of ammonianitrogen 由图4可知,氨氮的去除率随着pH值的增大, 先增加后减少。pH值在79时,溶液中反应非常 剧烈,产生大量气泡,氨氮的去除率高于其他的pH 值。根据NaC10的反应机理,NaC10的氧化性主要 是由于其水解产生的HC10,在强酸性环境下,水解 产生很多HC10,但是HCIO分解很快。,所以氨氮 去除率很低。在强碱性环境下,HCIO的氧化性减 弱,不利于将氨氮氧化成氮气。 24 反应温度对次氯酸钠氧化去除氨氮的影响 在pH值79,n(C1 NH 一N)15,投加时间为 30 min的条件下,改变反应溶液的温度。考察了温度 对次氯酸钠氧
11、化去除氨氮效果的影响,结果见图5。 温厦, 图5反应温度对氨氮去除率的影响 Fig5 Effect of reaction temperature on removal rate of ammonia-nitrogen 由图5可知,随着温度的升高,氨氮去除率先升 高后降低。当温度在1525 cc时,氨氮去除率最 高。当温度较低时,氧化反应的速率较慢,因此氨氮 去除率较低。但当温度较高时,虽然反应速率增大, NaC10的分解也明显加快,有效氯的利用率降低,氨 氮的去除率也随之降低。 25 反应过程中ORP与有效氯与氨氮的摩尔比 的关系 在反应温度25 cC,pH值79,投加时间 180 min,
12、n(CI2NH3-N)为225的条件下,投加期间 每3 miniE录ORP,进而观察了在不同时间即不同 NaC10投加量rt(C12NH,一N)的情况下ORP的变 化,结果见图6。 n(cl,NH3-Y) 图6 ORP与n(CI:NH -N)的关系 Fig6 The relationship between molar ratio of chlorine to ammonianitrogen and ORP 由图6可知,反应中测定的ORP有2个突跃 点,第1个突跃点发生在刚刚投入NaCIO的时候, 代表氧化反应开始进行,第2个突跃点在n(C1 NH3一N)为165175,与图1和图2的曲线进行
13、对 比,可知此突跃点即为余氯量最低点,也就是次氯酸 钠与氨氮反应完全的点。ORP曲线表明,当NaC10 的投加量超过理论值n(C1:NH -N)为15)12 倍时,ORP值发生突跃,即NaC10投加过量,可以作 为在线检测和控制的信号。 3 结论 (1)有效氯与氨氮的摩尔比对氨氮去除率和余氯 的影响的曲线均有2个折点,在第1个折点时,氨氮去 除率增加很快,此时余氯量达到最大值;在第2个折点 时,氨氮去除率增加缓慢,此时余氯量降到最小值。 (2)通过反应时间对氨氮去除率的试验可知, 次氯酸钠氧化去除氨氮是一个快速反应,反应 30 min后氨氮去除率变化很慢,可以将反应时间设 为30 min。 (
14、3)反应过程中的pH值和温度均对氨氮的去 除率有影响,反应条件设定为pH值79、温度l5 25时,氨氮去除率能够取得最佳值。 (4)加入不同剂量的NaC10溶液后,测定的 ORP有两个突跃点,其中第2个突跃点也是余氯最 低点即反应完全点,因此可以在反应过程中在线监 测ORP,控制NaC10的投加量在最佳范围内,余氯 量为最低值。 参考文献: 1陈建物化法去除氨氮废水方法综述及工程实例J 水工业市场,2012(5):68-71 (下转第610页) 6l0 应用化工 第44卷 当于原药材035 g)。3次验证实验的结果见表4。 表4验证实验结果 Table 4 Validation results
15、 由表4可知,干浸膏平均得率427,平均肿 胀抑制率487,平均疼痛抑制率536,综合评 分0939(按析因点基础数据标准化计算),与理论 值0952较为接近,且平均肿胀抑制率和平均疼痛 抑制率均高于表2中最大值。因此,采用响应面法 优化得到的甘青乌头抗炎镇痛活性部位提取条件参 数准确可靠,工艺稳定。 3 结论 用纤维素酶和果胶酶组成的复合酶进行酶解提 取,甘青乌头全草,以药效学指标(肿胀抑制率和疼 痛抑制率)和干浸膏得率为评价指标。结果表明, 半仿生一酶法提取甘青乌头抗炎镇痛活性部位的最 佳工艺条件为:加酶量36 Ug,酶解时间90 min, SBE温度80 c【=,SBE总时间180 mi
16、n。在最佳工艺 条件下甘青乌头干浸膏得率达427,肿胀抑制率 487,疼痛抑制率536,综合评分0939(按析 因点基础数据标准化计算),与理论值0952接近。 综上所述,本方法提取条件温和,提取溶剂环 保、成本低,提取条件稳定,数学模型可靠性较高,提 取操作简便,设备附加值较低,可用于工业化生产。 参考文献: 1 刘治民藏药榜嘎、榜那的资源调查和药用合理性评 价D北京:北京中医药大学,2013 2 马世林,罗达尚,毛继祖四部医典M上海:上海科 学技术出版社,1987:39-40 3 罗达尚中华藏本草M北京:民族出版社,1997: 65_66 4 张义智,常建晖,邵成雷,等唐古特乌头研究进展
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