CN104891722B - 一种去除废水中硝酸盐氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：S1.调pH值：将废水收集到耐酸碱的容器中，调节废水的pH值为2～4；S2.反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，与外界空气隔绝的条件下搅拌反应后分离固液，液体汇集至化学沉淀池；S3.化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，化学沉淀反应后分离固液，所得上清液为处理出水。本发明采用一种新型高效的还原助剂腐殖酸，与铁碳微电解技术联用，强化反硝化过程，提高去除废水中硝酸盐氮的效率。此外，该方法还可将化学还原产物进行有效去除，彻底地将硝酸盐氮从水中去除。

Description

一种去除废水中硝酸盐氮的方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理技术，具体涉及一种去除废水中硝酸盐氮的方法。

背景技术

化肥生产废水、钢铁生产废水、垃圾渗滤液膜滤浓缩液等废水中含有大量的硝酸盐。硝酸盐本身毒性很低，但是它进入人体之后可以被还原为亚硝酸盐和能够致癌、致突变的亚硝基胺，毒性加大，对人体健康造成危害。水体中过量的硝酸盐会引起水体富营养化污染。为保护人体健康及水资源，我国《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008) 、《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)等标准中对总氮的排放的限值作了规定，以限制硝酸盐氮的无序排放。

近年来，世界上许多学者都对硝酸盐的治理进行了研究，取得了较好的研究成果。硝酸盐的处理技术大体可分为三类，物化法、化学法以及生物脱氮三种。物化法处理硝酸盐废水的处理成本高，效率低，还会产生高浓度的硝酸盐废水，它只是一个将污染物转移和浓缩的过程，并没有实际上去除污染物，后续处理非常困难，该方法在实际运用中受到限制。生物反硝化在去除可生化性强的废水中的硝酸盐氮非常有效，但在处理有毒物含量高、可生化性较差的废水时，效果甚微，且去除速率慢。化学方法通过加入还原剂还原水体中的硝酸盐，从而达到去除污染物的目的，具有反应速度快，能适用不同反应条件，易于运行管理等优点，在去除难降解废水中的硝酸盐方面具有较好的应用前景。

铁炭微电解技术，利用微电解产生的氢气和铁屑作为还原剂能将水中的硝酸盐氮还原。这种技术具有反应速度快，铁屑之间不易粘连结块，还原剂价格低廉、来源广泛等优点，在化学处理法去除水中硝酸盐氮中备受关注。但这种技术一般要用贵金属 Pd、Sn 或 Cu 等作为催化剂才有较好的处理效果，所用的催化剂存在制备复杂，价格昂贵等缺点。此外，铁还原的主要产物为氨氮，氨氮水溶性强，它也是水中总氮的组成之一，只有将产生的氨氮从水中去除才能将水中总氮去除。因此，研发一种采用价格低廉、来源广泛、新型高效的还原助剂对微电解反应进行强化，提高化学反硝化效果，并能对化学反硝化产物进行进一步去除的处理系统具有较高的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种去除废水中硝酸盐氮的方法，本发明中采用一种新型高效的还原助剂腐殖酸，与铁碳微电解技术联用，强化反硝化过程，提高去除废水中硝酸盐氮的效率。此外，该方法还可将化学还原产物进行有效去除，彻底地将硝酸盐氮从水中去除。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1.调pH值：将废水收集到耐酸碱的容器中，调节废水的pH值为2～4；

S2. 反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，在与外界空气隔绝的条件下搅拌反应60～180min，分离固液，液体汇集至化学沉淀池；

S3. 化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，并调节废水的pH值至8～10，化学沉淀反应30～90min，分离固液，所得上清液为处理出水。

进一步地，步骤S1中采用硫酸或氢氧化钠调节废水的pH值。

进一步地，步骤S2中所述腐殖酸、铁屑和活性碳质量比为1:2～100:1～100，废水中硝酸氮与铁屑的质量比为1:20～350。

进一步地，步骤S2中搅拌强度为80～200r/min。

进一步地，步骤S3中十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁与废水中氨氮的质量比为10～40:5～25:1。

进一步地，步骤S3中所述曝气的曝气量为0.1～0.2 m³/m³废水，曝气时间为5～15min。

进一步地，步骤S3中采用氢氧化钙调节废水的pH值。

本发明的原理为：铁屑和活性炭颗粒充分混合后，浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，发生电池效应而形成无数微小的腐蚀原电池，从而引发一系列连带协同作用。主要体现在：

(1) 铁屑表面吸附大量H⁺,其接收电子产生新生态氢[H],在隔绝空气的条件下硝酸盐与[H]发生氢化反应被还原成氨；

(2)当向废水中加入腐殖酸时，腐殖酸中的氧化性醌类由于铁屑微电解产生的新生态氢[H]的还原作用而减少，从而增加了腐殖酸的还原性；

(3)原电池阳极反应生成大量的Fe²⁺进入废水,在还原硝酸盐的同时被氧化成Fe³⁺,当原电池阳极反应生成大量的Fe³⁺时，腐殖酸中的还原基团会将生成的Fe³⁺还原为Fe²⁺；

(4) 由于腐殖酸的还原作用，减少了Fe³⁺和零价铁的相互作用，保持了零价铁的活性，延长了其作用时间。因零价铁还原硝酸盐的速率比Fe²⁺更快，所以这样就提高了铁碳微电解的还原效率。在二价铁和零价铁的直接还原和表面氢的间接还原作用下，NO₃ ^-快速还原为NH₄ ⁺，还原出水在空气曝气条件下加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁及调节废水pH值为9左右时，水中的氨氮通过生成磷酸镁铵沉淀而被去除，在此过程中，还原生成的铁转化为具有絮凝功能的氢氧化铁，可去除废水中的其它胶态污染物。反应原理图如图1所示。

本发明具有以下优点：

（1）用铁屑和活性碳组成的原电池反应所产生的新生态氢[H]和铁屑的还原作用来还原水中的硝酸盐氮，相对于零价铁的单独作用，还原效率得到提高；

（2）采用了腐殖酸作助还原剂，增强了体系对硝酸盐氮的还原效率，同时使绝大多数的硝酸盐氮还原为氨氮，有利于选择适宜的方法对还原产物进行进一步的去除；

（3）采用磷酸镁铵法对化学反硝化的产物氨氮进行了有效地去除；

（4）在空气搅拌的条件下将废水pH值调节为弱碱性，使铁转化为具有絮凝功能的氢氧化铁，可去除废水中的其它胶态污染物。

附图说明

图1为本发明方法的反应原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

本发明的原理为：铁屑和活性炭颗粒充分混合后，浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，发生电池效应而形成无数微小的腐蚀原电池，从而引发一系列连带协同作用。而且，由于腐殖酸助还原剂的保护作用，延长了Fe⁰与硝酸盐的作用时间，提高了还原效率。如图1所示。

实施例 1 ：

一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1. 调pH值：将碱性废水收集到耐酸碱的容器中，采用硫酸调节废水的pH值为2；

S2. 反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，腐殖酸、铁屑和活性碳质量比为1:2:1，废水中硝酸氮与铁屑的质量比为1:20，在与外界空气隔绝及强度为80r/min搅拌条件下反应60min，分离固液，液体汇集至化学沉淀池；

S3. 化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，曝气的曝气量为0.1 m³/m³废水，曝气时间为5min，十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁与废水中氨氮的质量比为30:18:1，并采用氢氧化钙调节废水的pH值至8，化学沉淀反应30min，分离固液，所得上清液为处理出水。

实施例 2 ：

一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1. 调pH值：将碱性废水收集到耐酸碱的容器中，采用硫酸调节废水的pH值为4；

S2. 反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，腐殖酸、铁屑和活性碳质量比为1:100:100，废水中硝酸氮与铁屑的质量比为1:350，在与外界空气隔绝及强度为200r/min的条件下搅拌反应180min，分离固液，液体汇集至化学沉淀池；

S3. 化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，曝气的曝气量为0.2 m³/m³废水，曝气时间为15min，十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁与废水中氨氮的质量比为40:25:1，并采用氢氧化钙调节废水的pH值至10，化学沉淀反应90min，分离固液，所得上清液为处理出水。

实施例 3 ：

一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1. 调pH值：将碱性废水收集到耐酸碱的容器中，采用硫酸调节废水的pH值为3；

S2. 反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，腐殖酸、铁屑和活性碳质量比为1:30:20，废水中硝酸氮与铁屑的质量比为1:100，在与外界空气隔绝及强度为120r/min的条件下搅拌反应100min，分离固液，液体汇集至化学沉淀池；

S3. 化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，曝气的曝气量为0.13 m³/m³废水，曝气时间为8min，十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁与废水中氨氮的质量比为33:20:1，并调节废水的pH值至9，化学沉淀反应50min，分离固液，所得上清液为处理出水。

实施例 4 ：

一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1. 调pH值：将酸性废水收集到耐酸碱的容器中，采用硫酸调节废水的pH值为4；

S2. 反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，腐殖酸、铁屑和活性碳质量比为1:85:40，废水中硝酸氮与铁屑的质量比为1:265，在与外界空气隔绝及强度为180r/min的条件下搅拌反应143min，分离固液，液体汇集至化学沉淀池；

S3. 化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，曝气的曝气量为0.16 m³/m³废水，曝气时间为12min，十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁与废水中氨氮的质量比为10:5:1，并采用氢氧化钙调节废水的pH值至9，化学沉淀反应70min，分离固液，所得上清液为处理出水。

实施例 5 ：

一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1. 调pH值：将某氮肥厂废水(1L硝酸盐氮初始浓度为100mg/L)汇集至一个耐酸碱的容器中，用硫酸调节废水的pH值为3；

S2. 反硝化：耐酸碱的容器中分别加入10g腐殖酸、10g活性碳和20g铁屑，将容器密封，在搅拌强度为100r/min条件下反应一定180min，固液分离，将出水汇集至化学沉淀池，固体返回至化学反硝化池；

S3. 化学沉淀：往化学沉淀池中在空气曝气量为0.1m³/m³废水、曝气时间为10min的条件下加入1.97g十二水合磷酸氢二钠、1.12g六水合氯化镁，用氢氧化钙调节废水的pH值至9，反应30min，固液分离，上清液为处理出水，固体部分进行农用。在此条件下，对可将水中的硝酸盐氮去除93.23％以上，总氮去除率92%以上。

实施例 6 ：

一种去除废水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤：

S1. 调pH值：某垃圾渗滤液二级混凝出水10L (硝酸盐氮初始浓度为245mg/L，)汇集至一个耐酸碱的容器中，用硫酸调节废水的pH值为2；

S2. 反硝化：耐酸碱的容器中分别加入20g腐殖酸、150g活性碳和300g铁屑，将容器密封，在搅拌强度为120r/min条件下反应一定150min，固液分离，将出水汇集至化学沉淀池，固体返回至化学反硝化池；

S3. 化学沉淀：往化学沉淀池中在空气曝气量为0.15m³ /m³废水、曝气时间为15min的条件下加入48.24g十二水合磷酸氢二钠、27.35g六水合氯化镁，用氢氧化钙调节废水的pH值至9.5，反应30min，固液分离，上清液为处理出水，固体部分进行填埋。在此条件下，对可将水中的硝酸盐氮去除96.52％以上，总氮去除率95%以上。

Claims (6)

1.一种去除废水中硝酸盐氮的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1.调pH值：将废水收集到耐酸碱的容器中，调节废水的pH值为2～4；

S2. 反硝化：在调节pH值的废水中加入腐殖酸、活性碳和铁屑，在与外界空气隔绝的条件下搅拌反应60～180min，分离固液，液体汇集至化学沉淀池；所述腐殖酸、铁屑和活性碳质量比为1:2～100:1～100，废水中硝酸氮与铁屑的质量比为1:20～350；

S3. 化学沉淀：在曝气搅拌的条件下往化学沉淀池中加入十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁，并调节废水的pH值至8～10，化学沉淀反应30～90min，分离固液，所得上清液为处理出水。

2.根据权利要求1所述的一种去除废水中硝酸盐氮的方法，其特征在于：步骤S1中采用硫酸或氢氧化钠调节废水的pH值。

3.根据权利要求1所述的一种去除废水中硝酸盐氮的方法，其特征在于：步骤S2中搅拌强度为80～200r/min。

4.根据权利要求1所述的一种去除废水中硝酸盐氮的方法，其特征在于：步骤S3中十二水合磷酸氢二钠、六水合氯化镁与废水中氨氮的质量比为10～40:5～25:1。

5.根据权利要求1所述的一种去除废水中硝酸盐氮的方法，其特征在于：步骤S3中所述曝气的曝气量为0.1～0.2 m³/m³废水，曝气时间为5～15min。

6.根据权利要求1所述的一种去除废水中硝酸盐氮的方法，其特征在于：步骤S3中采用氢氧化钙调节废水的pH值。