［摘要］ 采用物理化学方法处理高浓度电镀废水氨氮，采用响应面法优化氨氮吹脱工艺，在最佳工艺条件（pH=11、流量2 L/min、时间60 min）下，氨氮去除率为98%。将吹脱后的废水用次氯酸钠进行深度氧化，结果表明，当次氯酸钠投加量为30 mL/L、反应时间为10 min时，氨氮去除率可达95.43%。同时研究了超声波和紫外照射对次氯酸钠氧化效率的强化作用。经吹脱和次氯酸钠处理后的废水均满足《电镀污染物排放标准》表3中氨氮排放限值要求。
［关键词］ 吹脱；响应面法；次氯酸钠；超声波；紫外线照射
电镀行业是国民生产中不可缺少的一部分，在电镀过程中通常需要大量的氨水来与铜离子等金属离子络合，以增强离子的稳定性。大量氨水的使用导致废水中的氨氮含量严重超标，特别是电镀槽废液，其氨氮浓度更高，必须采用多种方法联合处理，使废液中的氨氮达到废水的排放要求。吹脱法是去除高浓度氨氮的常用且有效的方法。此法不需要投加特殊药剂，除氨效果稳定，简单易控，吹脱率可达90%以上，是一种有效的高浓度氨氮废水预处理方法。吹脱法去除高浓度氨氮废水的研究主要集中在单因素研究上。 由于影响吹脱效果的因素较多，采用响应面分析法对高浓度氨氮废水的处理进行研究，可以更加直观、快速地确定最佳吹脱条件，减少工作量，提高实验效率。吹脱后的废水进一步采用次氯酸钠氧化法处理后，出水即可满足电镀废水的排放要求。同时，为了解决现有工艺中单独使用次氯酸钠去除氨氮时次氯酸钠消耗量高的问题，作者研究了超声波和紫外线照射对次氯酸钠氧化的强化促进作用，以降低次氯酸钠的用量。
1 材料和方法
1.1 实验材料
实验废水来自某电镀园区电镀槽废液，pH=1，氨氮为/L，COD为/L。
实验所用试剂包括：酒石酸钾钠，分析纯，永华化工科技江苏有限公司；碘化汞，分析纯，永华化工科技江苏有限公司；碘化钾，分析纯，上海麦克莱恩生化科技有限公司；氢氧化钠，分析纯，上海麦克莱恩生化科技有限公司；浓硫酸，质量分数98%，国药集团化学试剂有限公司；次氯酸钠，分析纯，6%~14%有效氯，阿拉丁试剂上海有限公司。
实验所用设备：ACO-003型电磁气泵，绍兴银森机电有限公司；LZB-4WB转子流量计，常州斯尔特机电设备有限公司；OHAUS仪表，奥豪斯国际贸易上海有限公司；UV型紫外可见分光光度计，尤尼科上海仪器有限公司；Ⅱ型紫外灯，波长253nm，飞利浦特种光源上海总经销商；KQ-250B超声波清洗器，昆山超声波仪器有限公司。高浓度氨氮废水处理装置及工艺流程如图1所示，氨氮的分析采用纳氏试剂分光光度法。
1.2 实验方法
1.2.1高浓度氨氮废水吹脱工艺的确定
按照8.0.6中的箱形中心组合试验设计原理，选取pH、通气量、反应时间作为自变量，分别以A、B、C表示，-1、0、+1分别代表自变量的低、中、高水平。以氨氮去除率为响应值进行试验设计，共设17个试验点，进行三因素三水平响应面分析。试验方案中的因素及水平见表1。
1.2.2次氯酸钠氧化工艺处理低浓度氨氮废水的确定
在最佳吹脱条件下，吹脱后废水氨氮质量浓度仍在180mg/L左右，未达到《电镀污染物排放标准》（-2008）表3（8mg/L）的排放限值要求，需继续采用次氯酸钠氧化法对吹脱后的废水进行处理，并探讨NaClO溶液投加量、废水pH值、超声波及紫外光照射对氨氮去除率的影响。
2 结果与分析
2.1 吹扫法
2.1.1 回归模型的建立与分析
由表1得到的实验结果如表2所示。
Box-0.6统计软件通过表2得到了编码独立变量A、B、C对高浓度氨氮去除率的二次多项式回归方程：氨氮去除率（%）=98.87-0.28A+0.57B-0.41C-0.083AB-0.073AC+0.18BC-2.69A2-0.39B2-0.9C2。
对模型进行方差分析和显著性检验，结果如表3。
回归方程中各自变量的系数不全为零，PP相关系数R2Adj为0.981 8，说明实验误差较小，响应值变化的98.18%来自于所选变量。P越小，该项对实验结果的影响越显著。本实验中，影响因素的排序为空气流量>反应时间>pH。
2.1.2 响应面分析与优化
回归模型的方差分析表明，AB与BC之间的交互作用显著，其响应曲面曲线能够很好地解释因素交互作用对氨氮吹脱率的影响。根据回归方程制作的AB、BC响应曲面三维曲线及等高线分别如图2、图3所示。
从图2(a)可以看出，当流量一定时，随着pH值的升高，氨氮去除率先升高后降低。
4++OH-→NH3+H2O，随着pH的升高，平衡右移，生成的NH3在曝气搅拌作用下从水中除去；当pH>11时，吹扫速率反而降低，这可能是因为释放的分子氨已达到最大值，继续升高pH对分子氨的释放影响不大。随着氨氮的去除，废水pH降低，吹扫速率随之降低。图2(b)中的等值线可以清楚地显示上述结论。
从图3（a）可以看出，时间一定时，随着流速的增加，氨氮去除率呈现明显的上升趋势。空气流量的增加增加了气液接触面积，有利于游离氨由液相向气相的传质，提高吹脱率。流量一定时，随着吹脱时间的增加，吹脱率呈现先增大后减小的趋势。这可能是因为随着时间的增加，生成的游离氨已经不多了，因此吹脱率降低。图3（b）为图3（a）的响应曲面在底面上的投影。
2.1.3 最佳剥采工艺的确定及验证
利用8.0.6软件对实验条件进行优化，在pH=11、流速=2 L/min、时间60 min的最佳条件下，氨氮反吹率预测值为98.976 2%；针对最佳反应条件进行验证，平均氨氮反吹率为98.990 1%，与预测值较为接近，因此该工艺条件具有实用价值。
2.2 次氯酸钠氧化法
2.2.1 NaClO溶液投加量对氨氮去除效果的影响
将吹脱后的废水pH值调节为9，反应时间为10 min，考察NaClO溶液（有效氯质量分数为10%）投加量对氨氮去除率的影响。结果表明，随着次氯酸钠溶液投加量的增加，氨氮去除率提高，当超过30 mL/L时，去除率不再明显提高，此时去除率为95.43%，出水中氨氮小于8 mg/L。
2.2.2废水pH值对次氯酸钠氧化效率的影响
当次氯酸钠投加量为30 mL/L，反应时间为10 min时，调节pH值，考察pH值对次氯酸钠氧化氨氮效率的影响，结果表明：当pH>4时，氨氮去除率变化不大，去除率均在95%以上。
2.2.3 超声波和紫外光照射对次氯酸钠氧化氨氮效率的影响
本试验为了将质量浓度为180 mg/L的废水氨氮浓度降低至8 mg/L以下，至少需消耗30 mL/L的10%次氯酸钠溶液。为了减少次氯酸钠的投加量，取次氯酸钠的投加量为20 mL/L。分别采用超声波和紫外线照射对废水进行处理，研究二者对次氯酸钠氧化氨氮效率的影响。结果如图4所示。
如图4所示，次氯酸钠氧化氨氮，超声波处理废水时，氨氮去除率在94%以上。反应时间为35分钟时效果最好，氨氮去除率可达98%。主要原因是超声波促使次氯酸钠释放有效氯，加快化学反应速度。35分钟后去除率略有下降，但仍在94%以上。
次氯酸钠在紫外线照射废水的同时氧化氨氮，去除率在35 min和110 min达到最大值，分别为84%和86%。但由于两者效率相差不大，综合考虑成本等因素，选定35 min为最佳反应条件。整体去除率呈现先升高后降低再升高的趋势。
紫外线照射对次氯酸钠氧化氨氮也有一定的促进作用，但不如超声波对次氯酸钠去除氯的增强作用。两种强化方法对氨氮的去除率均明显高于单独使用次氯酸钠处理废水时的去除率；紫外线照射废水与单独使用次氯酸钠处理废水中氨氮的去除率趋势一致。这说明紫外线对次氯酸钠氧化氨氮有促进作用；3种处理方法的去除率均在35 min时达到最高，因此将氧化时间35 min作为次氯酸钠氧化工艺的最佳反应时间。
3 结论
（1）在pH=11、空气流量2 L/min、吹脱时间60 min的工艺条件下，吹脱率在98%以上，可将原水氨氮质量浓度由8615 mg/L降低至180 mg/L以下。（2）在吹脱后的废水中投加30 mL/L有效氯质量分数为10%的次氯酸钠溶液时，氨氮去除率在95%以上，可使出水氨氮质量浓度降至8 mg/L以下。（3）分别采用超声波和紫外线照射强化次氯酸钠去除氨氮，氨氮去除率分别提高了46.11%和9.43%。