稀土氨氮废水对黄河内蒙段水体污染及治理机理研究

稀土与环境

稀土氨氮废水对黄河内蒙段水体污染及治理机理研究　戴宝成　张承民　罗　虹

稀土氨氮废水对黄河内蒙段水体

污染及治理机理研究

戴宝成1　张承民1　罗　虹1　张亚彤1　岳丽芳2

(　1内蒙古黄委宁蒙水文水资源局,包头　014010;　2唐山学院土木工程系,河北　063000)

摘要:在分析稀土生产工艺、稀土氨氮废水产生及废水水质具体情况的基础上,详细对黄河内蒙段氨氮污

染状况,水质监测数据的时间和空间分布进行了剖析,提出了采用吹脱法治理稀土氨氮废水是切实可行的方法,同时对稀土产业今后的发展方向给出了建议。

关键词:稀土;氨氮废水;黄河内蒙段;吹脱法

中图分类号:X70311文献标识码:A

文章编号:1007-0370(2009)02-0071-03

RESEARCHOFAMMONIAANDNITROGENWASTEWATER

CONTAININGRAREEARTHONWATERPOLLUTIONOFINNERMONGOLIAN

SECTIONOFYELLOWRIVERANDTREATMENTMECHANISM

DAIBaocheng　ZHANGChengmin　LUOhong　ZHANGYatong　YUElifang

1

1

1

1

1

2

(　InnerMongolianHydrology&ResourcesBureauofYellowRiverManagementCommittee,BaoTou014000;

(　TheCivilEngineeringDepartmentofTangShanCollege,HeBei063000)

2

Abstract:Basedon

analysisofrare-earthproductionprocess,sourceofrare-earthammoniaandnitrogenwastewaterandwastewater

Itproposesthatblowingoffmethodispracticalwaytotreatrare-earthammoniaandnitrogen

quality,theammoniaandnitrogenpollutionsituation,space-timedistributionofwaterqualitymonitoringdataofInnerMongoliansectionofYellowriverarediscusseddetailedly.wastewater.

Keywords:rareearth;　ammoniaandnitrogenwastewater;　InnerMongoliansectionofYellowriver;　blowoff

我国稀土资源得天独厚,储量居世界首位,全国有分离提纯及产品应用等较完善的稀土工业体系。然而稀土工业在大规模的建设、生产和冶炼过程中产生了大量的“三废”,严重污染着周边环境。就内蒙古包头市为例,年排放稀土生产废水约250万吨,废水中大量氨氮的排出,造成了黄河内蒙段水质的下降,不仅影响着河流的水生生态与环境,同时也对下游城市饮用水水源的取水安全构成一定威胁。因此寻求有效的处理稀土氨氮废水的方法,对包头稀土生产及周边生态环

境的可持续发展很有必要,同时也是保护母亲河的迫

上百家稀土厂。现已发展成为稀土采、选到稀土冶炼、切需要。

1　黄河内蒙段沿岸稀土业的发展及稀土废水的

排放情况

包头作为黄河内蒙段沿岸较大的重化工城市之一,又有“稀土之乡”之美称,依靠稀土资源优势,大力发展稀土产业。目前稀土业生产主要包括精矿焙烧、碳酸稀土生产、氯化稀土生产、氯化稀土萃取分离和稀土氯化物及氧化物的电解五个主要过程。稀土冶炼主

收稿日期:2008-07-18

作者简介:戴宝成(1981-),男,硕士,研究方向水环境监测及水污染治理1

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稀土与环境

要有湿法冶炼和火法冶炼两种,由于湿法冶炼具有工艺过程简单、生产效率较高的优点,包头市大多数稀土厂主要采用湿法冶炼。该法属化工冶炼方式,全流程大多处于溶液、溶剂之中,如稀土精矿分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离的工艺过程。而氨氮废水主要来源于碳酸稀土生产、单一碳酸稀土的制备和氯化稀土生产及萃取分离工艺。目前,氨氮废水的再处理在黄河内蒙流域湿法冶炼的企业中近70%没有深入进行,从稀土生产工艺看,年排放稀土生产废水250万吨,将有14480吨的氨氮排入黄河。这不仅严重的污染了黄河水环境,而且也造成了铵盐和水资源的严重流失和浪费。

2　稀土氨氮废水的水质及黄河内蒙段氨氮的监

测情况

2.1　稀土氨氮废水水质情况

本次研究所取废水均来自包头市某稀土厂所排的氨氮废水,其中包括在制备碳酸稀土生产过程中产生的硫酸铵废水和制备单一碳酸稀土及水洗过程产生的氯化铵废水,具体水质情况见表1。

表1　稀土氨氮废水水质情况表

废水名称CODpH氨氮

总硬度

(mg/L)(mg/L)(mmol/L)硫酸铵废水6.89514.3178235.58氯化铵废水6.912017.62040.6　　由表1可见,稀土氨氮废水氨氮严重超标,即使将

稀土生产过程中所产生的废水全部混合排放,所排废水中氨氮仍然远远超标。这也说明黄河内蒙段沿岸稀土企业的生产废水若不经处理直接排放,将会直接影响黄河水质的下降。

2.2　黄河内蒙段氨氮污染特征

黄河内蒙段沿岸稀土企业众多,污水处理率偏低且排入黄河的污、废水量不断增加,是导致黄河内蒙段水质达标率低的一个很重要因素。根据黄河流域水资源保护局2001～2006年,对黄河内蒙段昭君坟、画匠营和磴口3处重要城市供水水源地水资源质量状况的统计结果可见,这3处供水水源地水质类别在Ⅳ～劣Ⅴ类的范围内波动,远远超过了功能区规划水质目标Ⅲ类的要求,其中氨氮是主要超标项目之一。黄河内—72—

蒙包头段昭君坟、画匠营和磴口3个监测断面2007年氨氮含量变化情况见图1。

可以看出,昭君坟、画匠营和磴口3个监测断面在1-3月份氨氮含量均超出功能区水质目标(地表水Ⅲ类水质)的要求,4月份除昭君坟断面外其他2断面氨氮含量仍超标;在5～11月份3个监测断面的氨氮含量才达到了功能区水质目标的要求。而12月份氨氮含量又大大超过了要求。

笔者认为这主要是由于在枯水期地表径流量小,河流对氨氮的稀释作用降低,自净能力弱,所以在1-4月和12月氨氮未达到功能区目标水质要求。氨氮浓度在枯水期达不到功能区水质目标,说明污染主要来自工业和城镇生活的点污染源

[1]

。由图也可见,从

2007年全年总体来看,昭君坟断面的氨氮含量要低于

画匠营和磴口断面的氨氮含量,在枯水期更加明显,这点与包头周边稀土企业的地理位置分布较好吻合。因此,笔者认为稀土氨氮废水的排放对黄河内蒙段水质的降低有直接的影响

。

图1　2007年昭君坟、画匠营和磴口监测断面氨氮含量情况

3　稀土氨氮废水治理机理分析

高浓度氨氮废水处理的常用方法有生物法和物化法。稀土氨氮废水中COD仅200mg/L左右,废水可生化性很低,反硝化时碳源严重不足,所以不适合用生物法处理。采用氨与磷镁发生反应,生成磷酸氨镁沉淀难溶复盐,稀土氨氮废水的氨氮去除率可达60%～85%[2],而且生成的磷酸氨镁沉淀中含有N、P、Mg可作为农田肥料使用,但目前市场上难以找到大量的镁盐矿粉,而且药剂所需的费用太高,不适用于工业生产

稀土与环境

的大规模使用

[3]

。采用碱性蒸氨法处理,虽然处理原市污水混合采用生化方法彻底治理氯铵废水的污染问题。同时,吹脱出的氨氮被硫酸吸收,每处理1吨氯铵废水大约可回收33kg的硫铵产品。

理简单易操作,但是反应不充分,部分铵盐流失浪费,处理后废水较难达标排放。直接蒸发浓缩法虽然工艺简单、流程短,蒸发后的冷却水完全可以回用,废水经处理后基本可以实现“零排放”,但由于工业废水水量大,处理运行费用很高,按日处理100吨废水计算,日耗煤在20吨以上,高额的运行费用企业很难承受

[4]

4　结论与建议

4.1　结论

4.1.1　造成黄河宁蒙段水质的下降与废水中氨氮超。

综合比较各种方法的优缺点,以及借鉴高浓度氨氮制药废水、垃圾渗滤液废水以及化肥厂废水吹脱法去除氨氮的成功经验,笔者认为采用吹脱法处理稀土氨氮废水是比较理想的方法。吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。传质的速度取决于组分平衡分压和气相分压的差值。对于给定的物系,通过新鲜空气或负压操作,增大气液接触面积和时间,减少传质阻力,达到降低水中溶质的浓度、增大传质速度的目的。从吹脱过程而论,空气不断吹入废水中,根据道尔顿分压定律,溶质气体在液面上的分压随着吹入气体的稀释而大大降低。根据亨利定律,由于液面上溶质气体的分压降低,为保持气液平衡,水中溶解的氨不断从液相逸出而进入气相,使废水中氨氮浓度随着浓度分压降低而成正比降低。

同时笔者采用吹脱法对稀土氯化铵废水进行了静态脱氨试验研究,试验装置见图2

。

1-空压机2-气体流量计3-气流调节器4-温度计5-曝气器6-三口瓶7-冷却水入口8-冷凝管

9-冷却水出口10-水浴锅11-吸收瓶

图2　吹脱试验装置图

在pH=12、吹脱温度30℃、吹脱时间3小时、气液比为6000的条件下,稀土氯铵废水的氨氮含量可由12017.6mg/L降低到336mg/L,去除率可达97.2%

[5]

。

符合生化进水氨氮浓度低于1000mg/L的要求,可与城

标排放有直接关系。

4.1.2　氨氮超标排放的点污染源包括有稀土企业,必须进行治理。

4.1.3　吹脱法脱氨处理稀土氨氮废水是比较切实可行的方法。4.2　建议

4.2.1　包头作为西部重化工城市,稀土资源优势极其显著,但稀土工业规模小,技术水平较低,必须要加强

管理,合理规划布局,促进规模发展,使稀土产业由粗放型向集约型转化,变资源优势为产业优势和经济优势,强化对现有污染源的管理和综合治理,控制新型污染源的产生。

4.2.2　稀土产业应大力推行清洁生产,尽量避免末端治理,应鼓励企业从源头上消除氨氮废水的产生。4.2.3　重点加强现有稀土企业的技术改造和综合治理,从产业政策上鼓励深加工产品的发展,重点提高产品的科技含量和附加值。

4.2.4　尽快制定出台稀土产业污染物的行业排放标准,为稀土产业的可持续发展起到很好的技术监督作用。

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wvx1.html