CN104829008B - 一种去除氨氮的水处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除氨氮的水处理方法，涉及水处理方法。本发明要解决现有氨氮处理技术低温期去除效率低、液氯投量大、控制难、易产生副产物的问题。本发明的水处理方法：向含有氨氮的待处理水中投加液氯，与之反应形成氯胺，使得水中的氨氮都以氯胺形式存在，然后向其中通入臭氧并投加过硫酸盐，利用臭氧催化过硫酸盐产生的硫酸根自由基对氯胺进行氧化降解，即完成对氨氮的去除。本发明具有以下优点：液氯的加入将难于被硫酸根自由基氧化的氨氮转化为易于被其氧化降解的氯胺，氨氮去除效率高；硫酸根自由基在水中稳态浓度高、存活时间长，氧化过程中不产生有毒有害副产物，能够在低温条件下实现对氨氮的高效去除，操作简单、易于控制，可以进行大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理方法，具体涉及一种去除氨氮的水处理方法。
背景技术
近年来，水源水污染的加剧、饮用水水质标准的提高和人们环境意识的增强，给我国饮用水处理领域带来了严峻的挑战。氨氮污染物在我国水源水中普遍存在，因常规水处理工艺很难对其进行去除，已成为饮用水处理的主要污染物之一，尤其低温期的氨氮更是难于处理。
目前，饮用水处理过程中氨氮的去除方法主要有物理化学法和生物法。(1)折点加氯法是饮用水生产中氨氮去除的主要方法之一，具有不受温度影响、反应快、效率高的特点，但存在着液氯投加量大、控制要求高及易于产生有毒有害副产物的问题。(2)吸附法除氨氮是利用吸附剂通过吸附或离子交换作用等物化法实现对氨氮的去除，如沸石、纳米分子筛等。吸附法虽然对氨氮的去除可以达到比较理想的效果，但去除率受吸附剂特性、接触时间、水中背景成分等多种因素影响，同时还存在着吸附容量有限、再生频繁等缺点。(3)生物法除氨氮是饮用水中控制氨氮最常用的方法之一，其原理是借助于附着在填料上微生物的新陈代谢活动，实现对水中氨氮的去除，具有经济、操作简单的特点，在饮用水氨氮控制方面具有广泛的应用空间。但饮用水生物法除氨氮工艺受温度、水质等多种因素的影响，尤其在低温环境中(如哈尔滨水源水半年处于低温期)生物活性受到抑制，氨氮去除效率明显下降。因此，研究开发高效、经济、简便去除氨氮的水处理技术，保障饮用水水质安全，成为水处理研究者面临的艰巨任务。
以过硫酸盐(过一硫酸盐、过二硫酸盐)作为氧化剂，通过各种催化方式(过渡金属催化、高温热解、紫外光、臭氧等)产生高氧化性硫酸根自由基(SO4 ·-)的新型高级氧化技术，在氧化除污染方面具有比较突出的优势。优点如下：(1)硫酸根自由基具有与羟基自由基(·OH)相当的氧化还原电位，除污染效率高；(2)过硫酸盐的活化反应受pH影响小，在中性和碱性环境中同样可以达到较高的处理效果；(3)硫酸根自由基与羟基自由基相比在氧化除污染方面具有更好的选择性，水中背景物质消耗少；(4)与羟基自由基相比，硫酸根自由基在水中具有更高的稳态浓度，存活时间长，氧化污染物的机会更多。
发明内容
本发明的目的是提供一种去除氨氮的水处理方法，解决如下问题：(1)折点加氯法除氨氮液氯投加量大、控制要求高、易形成副产物；(2)吸附法除氨氮受吸附剂特性影响大、吸附剂再生频繁；(3)生物法除氨氮低温环境下去除效率低。
本发明的一种去除氨氮的水处理方法是通过以下步骤实现的：
一、向含有氨氮的待处理水中投加液氯，形成氯胺的待处理水，其中，液氯与氨氮的摩尔比为1:1；
二、将形成氯胺的待处理水引进臭氧接触反应池，通入臭氧，同时投加过硫酸盐溶液，保持搅拌状态反应5～30min，即完成所述去除氨氮的水处理方法，其中，待处理水中的臭氧浓度为0.1～30mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.1～10，所述待处理水为水源水和污水处理厂二级出水，所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或两种按任意比混合的混合物，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠中的一种或两种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠中的一种或两种的混合物。
本发明一种去除氨氮的水处理方法的原理：首先加入的液氯(Cl2)与氨氮(NH3-N)以摩尔比1:1反应形成氯胺(NH4Cl)，使得水中的氨氮都以氯胺的形式存在，然后利用臭氧催化过硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4 ·-)，基于硫酸根自由基氧化的选择性(对氯胺的氧化速率远远大于对氨氮的氧化速率)对氯胺进行氧化降解，氧化产物以氮气(N2)的形式释放到大气中，实现了对水中氨氮的高效去除。因此，氯胺的形成是利用硫酸根自由基高效去除水中氨氮的关键核心步骤。
本发明的一种去除氨氮的水处理方法具有以下优点：(1)液氯的加入将难于被硫酸根自由基氧化的氨氮转化为易于被其氧化降解的氯胺，氨氮去除效率高；(2)臭氧催化过硫酸盐产生硫酸根自由基的技术受温度影响小，可以在低温条件下应用，解决了生物法难于在低温条件下除氨氮的问题；(3)硫酸根自由基氧化除污染pH适用范围宽，在中性和碱性条件下都可以取得很好的处理效果；(4)与羟基自由基相比，硫酸根自由基在水中的稳态浓度高，存活时间长，氧化除污染效率高，(5)与折点加氯法相比，硫酸根自由基氧化除氨氮过程中不产生有毒有害副产物，且操作简单、易于控制，可以在水厂进行大规模应用。
附图说明
图1是实施例一中对水源水中氨氮的氧化去除效果图；其中，□表示含氨氮水源水中未加入液氯，利用臭氧催化过一硫酸钾产生的硫酸根自由基对氨氮直接进行氧化降解效果图；■表示含氨氮水源水中加入液氯，形成氯胺，再利用臭氧催化过一硫酸钾产生的硫酸根自由基对生成的氯胺进行氧化降解，完成对氨氮的去除效果图；
图2是实施例一中对污水处理厂二级出水中氨氮的氧化去除效果图；其中，○表示含氨氮污水处理厂二级出水中未加入液氯，利用臭氧催化过二硫酸钾产生的硫酸根自由基对氨氮直接进行氧化降解效果图；●表示含氨氮污水处理厂二级出水中加入液氯，形成氯胺，再利用臭氧催化过二硫酸钾产生的硫酸根自由基对生成的氯胺进行氧化降解，完成对氨氮的去除效果图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种去除氨氮的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：
一、向含有氨氮的待处理水中投加液氯，与氨氮反应形成氯胺(NH4Cl)，使得水中的氨氮都以氯胺的形式存在，形成氯胺的待处理水，其中，液氯与氨氮的摩尔比为1:1；
二、将形成氯胺的待处理水引进臭氧接触反应池，通入臭氧，同时投加过硫酸盐溶液，保持搅拌状态反应5～30min，即完成所述去除氨氮的水处理方法，其中，待处理水中的臭氧浓度为0.1～30mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.1～10，所述待处理水为水源水和污水处理厂二级出水，所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或两种按任意比混合的混合物，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠中的一种或两种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠中的一种或两种的混合物。
本实施方式的一种去除氨氮的水处理方法的原理：首先加入的液氯(Cl2)与氨氮(NH3-N)以摩尔比1:1反应形成氯胺(NH4Cl)，使得水中的氨氮都以氯胺的形式存在，然后利用臭氧催化过硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4 ·-)，基于硫酸根自由基氧化的选择性(对氯胺的氧化速率远远大于对氨氮的氧化速率)对氯胺进行氧化降解，氧化产物以氮气(N2)的形式释放到大气中，实现了对水中氨氮的高效去除。因此，氯胺的形成是利用硫酸根自由基高效去除水中氨氮的关键核心步骤。
本实施方式的一种去除氨氮的水处理方法具有以下优点：(1)液氯的加入将难于被硫酸根自由基氧化的氨氮转化为易于被其氧化降解的氯胺，氨氮去除效率高；(2)臭氧催化过硫酸盐产生硫酸根自由基的技术受温度影响小，可以在低温条件下应用，解决了生物法难于在低温条件下除氨氮的问题；(3)硫酸根自由基氧化除污染pH适用范围宽，在中性和碱性条件下都可以取得很好的处理效果；(4)与羟基自由基相比，硫酸根自由基在水中的稳态浓度高，存活时间长，氧化除污染效率高，(5)与折点加氯法相比，硫酸根自由基氧化除氨氮过程中不产生有毒有害副产物，且操作简单、易于控制，可以在水厂进行大规模应用。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为0.5～30mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为1～30mg/L。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为1.5～25mg/L。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为5～25mg/L。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为5～20mg/L。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为10～20mg/L。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为5～15g/L。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的待处理水中的臭氧浓度为5～10g/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.5～10。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:1～10。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.2～9。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.3～8。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.4～7。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.5～6。其它与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.6～5。其它与具体实施方式一至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.7～4。其它与具体实施方式一至十六之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.8～3。其它与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.9～2。其它与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十九之一不同的是：过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:1。其它与具体实施方式一至十九之一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至二十之一不同的是：保持搅拌状态反应10～25min。其它与具体实施方式一至二十之一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一至二十一之一不同的是：保持搅拌状态反应20min。其它与具体实施方式一至二十一之一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一至二十二之一不同的是：过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十二之一相同。
本实施方式中过硫酸盐为过一硫酸盐和过二硫酸盐的混合物时，两者以任意比混合。其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠中的一种或两种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠中的一种或两种的混合物。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式一至二十三之一不同的是过硫酸盐为过一硫酸盐，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠中的一种或两种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十三之一相同。
本实施方式中过一硫酸盐为混合物时，以任意比混合。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式一至二十四之一不同的是过硫酸盐为过二硫酸盐，其中过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠中的一种或两种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十四之一相同。
本实施方式中过二硫酸盐为混合物时，以任意比混合。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式一至二十五之一不同的是过硫酸盐为过一硫酸盐和过二硫酸盐，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠中的一种或两种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠中的一种或两种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十五之一相同。
本实施方式中过一硫酸盐和过二硫酸盐间以任意比混合，过一硫酸盐为混合物时，以任意比混合，过二硫酸盐为混合物时，以任意比混合。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一
本实施例的一种去除氨氮的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：
a、向含有1.0mg/L(以N计)氨氮的水源水中投加液氯，与之反应形成氯胺(NH4Cl)，其中，控制液氯与氨氮的摩尔比为1:1；b、将形成氯胺的待处理水引进臭氧接触反应池中，通入臭氧(O3)，同时投加过一硫酸钾溶液，其中，控制臭氧浓度为5mg/L，过一硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:1，反应时间为20min，水在处理过程中保持搅拌状态，即完成去除氨氮的水处理技术。
本实施例的氨氮去除效果见图1，由图1可知，利用臭氧催化过一硫酸钾产生的硫酸根自由基直接对水源水中的氨氮进行氧化(□)，氨氮的去除效率不高，反应20min，氨氮的剩余浓度为0.7mg/L，去除率只有30％，不能达到《生活饮用水卫生标准(GB5749－2006)》中对氨氮浓度0.5mg/L(以N计)的要求；利用本实施例的方式向氨氮水中加入摩尔比为1:1的液氯，使水中的氨氮都以氯胺的形式存在，然后再利用臭氧催化过一硫酸钾产生的硫酸根自由基对生成的氯胺进行氧化降解(■)，完成对水中氨氮的去除，反应20min，氨氮的剩余浓度低于0.2mg/L，去除率大于80％。由此可见，本实施例的去除氨氮的水处理新技术具有比较突出的优势。
实施例二
本实施例的一种去除氨氮的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：a、向含有4mg/L氨氮的污水处理厂二级出水中投加液氯，与之反应形成氯胺(NH4Cl)，其中，控制液氯与氨氮的摩尔比为1:1；b、将形成氯胺的待处理水引进臭氧接触反应池中，通入臭氧(O3)，同时投加过二硫酸钾溶液，其中，控制臭氧浓度为10mg/L，过二硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:5，反应时间为20min，水在处理过程中保持搅拌状态，即完成去除氨氮的水处理技术。
本实施例的氨氮去除效果见图2，由图2可知，利用臭氧催化过二硫酸盐产生的硫酸根自由基直接对污水处理厂二级出水中的氨氮进行氧化(○)，氨氮的去除效率不高，反应20min，氨氮的剩余浓度为2.5mg/L，去除率不到40％；利用本实施例的方式向氨氮水中加入摩尔比为1:1的液氯，使水中的氨氮都以氯胺的形式存在，然后再利用臭氧催化过二硫酸盐产生的硫酸根自由基对生成的氯胺进行氧化降解(●)，完成对水中氨氮的去除，反应20min，氨氮的剩余浓度为0.5mg/L左右，去除率达到80％以上。由此可见，本实施例的去除氨氮的水处理新技术具有比较突出的优势。
Claims (10)
1.一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：
一、向含有氨氮的待处理水中投加液氯，形成氯胺的待处理水，其中，液氯与氨氮的摩尔比为1:1；
二、将形成氯胺的待处理水引进臭氧接触反应池，通入臭氧，同时投加过硫酸盐溶液，保持搅拌状态反应5～30min，即完成所述去除氨氮的水处理方法，其中，形成氯胺的待处理水中的臭氧浓度为0.1～30mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.1～10，所述含有氨氮的待处理水为水源水和污水处理厂二级出水，所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或两种按任意比混合的混合物，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠中的一种或两种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠中的一种或两种的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于所述的形成氯胺的待处理水中的臭氧浓度为0.5～25mg/L。
3.根据权利要求2所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于所述的形成氯胺的待处理水中的臭氧浓度为1～25mg/L。
4.根据权利要求3所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于所述的形成氯胺的待处理水中的臭氧浓度为5～20mg/L。
5.根据权利要求4所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于所述的形成氯胺的待处理水中的臭氧浓度为5～15mg/L。
6.根据权利要求5所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于所述的形成氯胺的待处理水中的臭氧浓度为10～15mg/L。
7.根据权利要求1所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:0.5～10。
8.根据权利要求7所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:1～8。
9.根据权利要求8所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1:3～6。
10.根据权利要求1所述的一种去除氨氮的水处理方法，其特征在于保持搅拌状态反应10～30min。
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