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困惑与解惑 精选

已有 5847 次阅读 2020-1-19 09:23 |系统分类:科研笔记| 氧化铁红, 废水, 氨氮, 厌氧氨氧化, 废铁皮

接触氧化铁红行业也有十多年了。氧化铁红行业利用其它生产过程中产生的废弃物(如废铁皮)变废为宝,属于资源回收对环境保护有利的行业。这些废铁皮,采用湿法氧化工艺,在酸性条件下通过空气不断氧化,生成红色氧化铁粉末。在这个生产过程中,硫酸,硝酸等都可以用,但由于硝酸法生产的产品,着色率高,质量好,市场需求大,故绝大部分氧化铁红使用硝酸作为原料生产的硝酸红,或以硝酸为主的混酸红。

使用硝酸生产氧化铁红,在生产过程产生废气中往往含有一定量的氮氧化物,同时也产生一种废水。这种废水呈红色。要脱除废水中的红色,还是容易的,它主要是水中残留的氧化铁红粉末引起的,只要有很好的沉淀即可脱除。但这种废水中,还含有高浓度的氨氮。

当初接触这个行业时,根本想不到废水中含有氨氮。从生产氧化铁红的原料来看,就是废铁皮,硝酸等,并没有氨氮,为探索这些氨氮的来源,及如何减少其污染量,在有一定的前期实验研究基础上,我们申请了国家自然科学基金,硝酸法氧化铁红生产过程中氮元素的形态转变机制及污染控制研究(21646008),并获得资助。

通过研究,了解到这里的氨氮是硝酸根在酸性条件下,一部分铁在酸性条件下形成亚铁,亚铁再通过空气氧化而生成氧化铁,但大量的铁皮,也能将硝酸根进行还原。在这个过程中,一部分硝酸根,被直接还原为氮气和其它氮氧化物,另一部分硝酸根则进一步还原为氨氮。虽然实验研究也探索出在pH值偏中性条件下,硝酸根还原为氨氮的比例会下降,但反应体系pH值的变化严重影响反应系统的生产效率,及产品的色相品位,故在生产过程中为了减少氨氮产生而调整工艺参数是难以实现的。这样,硝酸法氧化铁红生产过程中从源头上消除氨氮废水的产生就不可能了,如何处理这种废水也就成为解决氨氮废水污染问题的关键。

从废水中分离提取氨氮做资源回收,但回收的氨氮主要用于农业化肥,价格低廉,虽然有人开发出一些氨氮回收的方法,从经济成本核算考虑,往往得不偿失。生化法脱除废水中的氨氮是相对比较便宜的处理处置方法。

生化法脱除氨氮,主要有完全硝化反硝化,短程硝化反硝化,与厌氧氨氧化三种。完全硝化反硝化和短程硝化反硝化,都要消耗大量的碳源,且由于废水中存在大量的硫酸根,投加了碳源,在反硝化的过程中,存在硫酸盐还原菌利用碳源,将硫酸根还原为硫化氢,从而导致恶臭及抑制反硝化过程的风险,故反硝化工艺控制要求严格。若使用厌氧氨氧化的处理方法,可以完全免除碳源的投加,而从杜绝了硫酸盐还原菌滋生的条件,且大大节省氨氮废水的处理成本。

厌氧氨氧化工艺,国内研究人员不少,由于它具有不需要碳源,动力消耗低,污泥产量少,容积负荷高,综合处理成本低廉等优点,几乎每个有环境工程专业的大学,都有人研究厌氧氨氧化工艺,发表研究论文很多,但真正工程化应用不多。解决氧化铁红高氨氮废水的处理,也是驱动我们将这项工艺从实验室研究推向工程化应用的重要原因之一。我们集中力量,花了三年时间,终于解决了厌氧氨氧化大规模工程化应用的难题。

为了让我们开发的厌氧氨氧化处理工艺能应用于氧化铁红行业,我们参加了氧化铁红行业的年会,并在会议上对该废水处理技术进行了介绍与推广。现在我参加国内的一些研讨会,作为邀请嘉宾已很少交会务费。为参加这个会议进行技术宣传推广,我们花大钱赞助了这次会议。通过成本核算比较,对于处理1000 mg/L氨氮的氧化铁红废水,采用常规的完全硝化反硝化工艺,处理成本高达40多元,而采用我们开发的厌氧氨氧化工艺,处理成本可以降到常规方法的三分之一,吨水处理成本也需要15元。一吨氧化铁红产品大约产生20吨的废水,折算成每吨氧化铁红产品的废水处理成本,常规的完全硝化反硝化,一吨产品需要增加近1000元的废水处理成本,而采用我们的方法,也要增加处理成本300元。与宁波一家外资的氧化铁红厂交流,废水处理及废气处理,他们一吨产品的环保成本大约2000元。会议期间大家对我们开发的新技术还是感兴趣,也基本认可工艺原理与技术的可行,但会议开完到现在,难以找到一次真正应用的机会。

最近,通过与几家铁红厂的老板沟通,我知道了问题的关键。虽然绿水青山就是金山银山正不断深入人心,但某些地方,特别是一些经济欠发达地区,仍存在牺牲环境来发展经济,一些地方保护措施也依然存在。

由于太湖蓝藻爆发,使江浙一带对排入水体的富营养化物质的控制要求越来越严,这样,原来一些氧化铁红生产厂因为废水高氨氮问题就不得不被关停。据介绍,这些被关停的工厂,其中有些经理与工程师,就跑到广西,湖南等偏远地区,又建设了一批氧化铁红生产厂。全国的氧化铁红总产量及需求量每年约60万吨,被关停的工厂年产能不到10万吨,据说这些新增工厂的产能就达30万吨。这些工厂生产的氧化铁红卖到广东及江浙沿海一带,每吨报价不到5000元,这价格已低于沿海地区不做废水处理的氧化铁红生产成本。由于房地产行业不象几年前快速发展,建材市场逐渐疲软,市场对氧化铁红的需求也不高。我从其它朋友处也了解到,今年氧化铁红行业不少工厂都处于亏本经营状态,在这种情况下,再要求这些工厂建设和改造废水处理工程怎么可能呢?

在产能过剩,又有地方保护主义的条件下,再好的环保技术也难以推广应用。估计国内其它产能过剩的行业,也有类似的情况。最近,国家环境部在长江排查出6万多个排污口,比地方掌握的多30,我就不相信当地环保部门不知道有这些排污口,可能仍是诸侯经济思想,及地方保护主义作怪!




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