CN108218065A - 一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,包括如下步骤:(1)受污染河水进入混合池,在混合池内投加氧化剂,持续搅拌混合60~80秒,(2)将上述待处理河水引入超声波强化反应池内,超声波的频率控制在5~20KHz,声强控制在0.1~1.0W/cm2,水力停留时间30~60秒;(3)由超声波强化反应池出来的出水进入回转式反应池,延续反应6~8分钟;(4)回转式反应池的出水进入气浮池,通过气浮工艺,去除水中的污染物,最终得到去除了氨氮的清洁河水。本发明采用折点加氯氧化处理和超声波处理的结合方案,提高了反应效率,有利于高效去除氨氮,节省了运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护与水处理技术领域,尤其是涉及一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法。
背景技术
近年来,受污染河水的治理一直是百姓最为关注的内容之一:如城市黑臭水体的整治、剿灭劣五类水等。受污染河水中的超标水污染指标有COD、氨氮、总磷、溶解氧等,而氨氮最为常见,而且较难去除。众所周知,氨氮去除方法有多种如物理化学法的有折点氯化法、空气吹脱法、化学沉淀法、液膜法、电渗析除氨氮法、催化湿式氧化法、土壤灌溉法、循环冷却水系统脱氨法以及生物脱氮法等。其中折点氯化法除氨是投加足量的氯气至废水中,使氨氧化成氮气的除氨方法,在将氯投人废水中后,一些还原性化合物和有机物将先与氯反应而被去除,而氯被还原成氯离子,余氯为零;然后氯将与氨反应生成氯胺,而具有化合性余氯;此后如继续加氯,则氯将把氯胺氧化成氮气,这时水中余氯反而减少至最低的某一折点,在此折点以后,所增加的投氯量与余氯量成正比,故称为折点氯化。
例如,在中国专利上公开的一种高浓度氨氮废水的处理工艺,其公开号为106277480A,包括以下步骤:将车间高氨氮废水泵入污水收集池中,检测废水氨氮指标,根据检测指标,通过自来水稀释调节高氨氮废水的氨氮值在合适范围;将收集池高氨氮废水泵入微电解池,加入盐酸调节pH值,在微电解池曝气;曝气结束后,将废水泵入混凝反应池,边搅拌边加入微量的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺溶液,混凝反应后废水溢流至混凝沉淀池进行沉淀后,上清液溢流入折点氯化池;在搅拌条件下,向折点氯化池中缓慢加入次氯酸钠溶液,进行氧化反应;该发明提供的氨氮废水处理工艺,显著扩展了该方法处理氨氮废水适用范围,极大的降低了次氯酸钠的使用量以及处理成本,对高浓度氨氮废水的处理效率有了明显的提高。
折点氯化法对氨氮的去除率高,处理效果稳定,且不受水温的影响,不过在处理过程中,运行费用较高,特别是受污染河水由于污染程度不同,一些低浓度氨氮含量的污染河水,由于反应速率缓慢,导致折点氯化法的处理效率低下,导致处理费用高、处理时间长。
发明内容
本发明是为了克服上述现有污染河水处理技术中,对于低浓度氨氮含量的污染河水,折点氯化法处理费用高、处理时间长的问题,提供一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,结合折点加氯氧化处理和超声波处理,提高反应效率,有利于高效去除氨氮,节省了运行成本。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,包括如下步骤:
(1)受污染河水进入混合池,在混合池内投加氧化剂,持续搅拌混合60~80秒,得待处理河水;
(2)将上述待处理河水引入超声波强化反应池内,超声波的频率控制在5~20KHz,声强控制在0.1~1.0W/cm2,水力停留时间30~60秒;通过超声波加快氧化作用的反应速度,提高反应效率,针对低浓度氨氮含量的污水处理更高效、更快速地去除氨氮,克服了氨氮反应速率慢的问题,从而节约成本;
(3)由超声波强化反应池出来的出水进入回转式反应池,延续反应6~8分钟;
(4)回转式反应池的出水进入气浮池,通过气浮工艺,去除水中的污染物,最终得到去除了氨氮的清洁河水。所述污染物主要指悬浮固体、氨氮和有机污染物等,气浮后的出水可以作为工业用水使用或回到河流水体,折点加氯氧化处理和超声波处理的结合提高了反应效率,有利于高效去除氨氮,节省了运行成本。
作为优选,步骤(1)中,所述氧化剂为次氯酸钠,次氯酸钠的投加量按照有效次氯酸钠的重量与受污染河水中氨氮的重量比为(0.2~8)∶1的比例投加。
作为优选,步骤(2)中,预先向超声波强化反应池内加入钙钛矿型催化剂,再将所述待处理河水引入超声波强化反应池内。
作为优选,所述钙钛矿型催化剂为碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,其制备方法包括如下步骤:
a.碳量子点的制备:将两根碳棒插入超纯水中分别作阳极和阴极,阳极和阴极之间使用25-45V直流电压,并不断搅拌超纯水直至超纯水呈深黄色,关闭直流电压停止搅拌,离心分离得分散液,再将分散液冷冻干,得碳量子点,再将碳量子点加入去离子水中得浓度为0.02-10mg/L的碳量子点溶液;
b.碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备:将硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸加入碳量子点溶液中得混合溶液,超声20-60min,加氨水调节混合溶液pH值为5.5-6.5,水浴搅拌至形成溶胶后进行干燥,然后于250-350℃下进行第一阶段煅烧1-3h,再于450-500℃下进行第二阶段煅烧15-20h,最终得到所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂。
作为优选,步骤(a)中所述碳量子点直径为5-15nm。
作为优选,步骤(b)中,所述硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1:(2-4):(1.5-2.5)。
作为优选,步骤(b)中,所述水浴温度为70-85℃。
作为优选,步骤(b)中,所述第一阶段在马弗炉中进行;第一阶段在管式炉中进行,并通入氧气。
作为优选,步骤(b)中,所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂中碳量子点的质量分数为10-4-10-5ωt%。
作为优选,所述钙钛矿型催化剂添加浓度为0.5-10mol/L。
钙钛矿型BaFeO3兼具有催化氧化还原反应和存储NOx的功能,在超声波强化反应池内加入该催化剂,可以催化反应使其快速进行,同时存储部分反应生成的含氮气体产物,降低水中的产物,有利于反应正向进行,从而进一步促进了反应速率。采用碳量子点掺杂BaFeO3催化剂,可以有效增加钙钛矿型BaFeO3表面的氧空位,氧空位有利于催化反应和气体的存储,碳量子点的参入提高了催化剂的活性。此外,BaFeO3催化剂的制备所用原料来源广泛,价格低廉。因此,本发明具有如下有益效果:(1)折点加氯氧化处理和超声波处理的结合提高了反应效率,有利于高效去除氨氮;(2)工艺条件简单,易于实现,可大规模应用;(3)节省了运行成本。
附图说明
图1:受污染水体去除氨氮流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。本发明所用试剂均为常规试剂或市购产品。
实施例1:
一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,包括如下步骤:
(1)受污染河水进入混合池,在混合池内投加次氯酸钠,次氯酸钠的投加量按照有效次氯酸钠的重量与受污染河水中氨氮的重量比为0.2:1的比例投加,持续搅拌混合60秒,得待处理河水;
(2)碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备,方法包括如下步骤:
a.碳量子点的制备:将两根碳棒插入超纯水中分别作阳极和阴极,阳极和阴极之间使用25V直流电压,并不断搅拌超纯水直至超纯水呈深黄色,关闭直流电压停止搅拌,离心分离得分散液,再将分散液冷冻干,得直径为5nm的碳量子点,再将碳量子点加入去离子水中得浓度为0.02mg/L的碳量子点溶液;
b.碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备:将硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸以摩尔比为1:1:2:1.5的比例加入碳量子点溶液中得混合溶液,超声20min,加氨水调节混合溶液pH值为5.5,于70℃下水浴搅拌至形成溶胶后进行干燥,然后于250℃下在马弗炉中煅烧1h,再于450℃下在管式炉中煅烧15h,最终得到所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂中碳量子点的质量分数为10-4ωt%;
(3)预先向超声波强化反应池内加入碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,添加浓度为0.5mol/L,再将所述待处理河水引入超声波强化反应池内,将上述待处理河水引入超声波强化反应池内,超声波的频率控制在5KHz,声强控制在0.1W/cm2,水力停留时间30秒;
(4)由超声波强化反应池出来的出水进入回转式反应池,延续反应6分钟;
(5)回转式反应池的出水进入气浮池,通过气浮工艺,去除水中的污染物,最终得到去除了氨氮的清洁河水。
对本实施例中清洁前及清洁后的河水进行氨氮浓度测试,测试结果如表1所示。
实施例2:
一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,包括如下步骤:
(1)受污染河水进入混合池,在混合池内投加次氯酸钠,次氯酸钠的投加量按照有效次氯酸钠的重量与受污染河水中氨氮的重量比为8:1的比例投加,持续搅拌混合80秒,得待处理河水;
(2)碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备,方法包括如下步骤:
a.碳量子点的制备:将两根碳棒插入超纯水中分别作阳极和阴极,阳极和阴极之间使用45V直流电压,并不断搅拌超纯水直至超纯水呈深黄色,关闭直流电压停止搅拌,离心分离得分散液,再将分散液冷冻干,得直径为15nm的碳量子点,再将碳量子点加入去离子水中得浓度为10mg/L的碳量子点溶液;
b.碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备:将硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸以摩尔比为1:1:4:2.5的比例加入碳量子点溶液中得混合溶液,超声60min,加氨水调节混合溶液pH值为6.5,于85℃下水浴搅拌至形成溶胶后进行干燥,然后于350℃下在马弗炉中煅烧3h,再于500℃下在管式炉中煅烧20h,最终得到所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂中碳量子点的质量分数为10-5ωt%;
(3)预先向超声波强化反应池内加入碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,添加浓度为0.5-10mol/L,再将所述待处理河水引入超声波强化反应池内,将上述待处理河水引入超声波强化反应池内,超声波的频率控制在20KHz,声强控制在1.0W/cm2,水力停留时间60秒;
(4)由超声波强化反应池出来的出水进入回转式反应池,延续反应8分钟;
(5)回转式反应池的出水进入气浮池,通过气浮工艺,去除水中的污染物,最终得到去除了氨氮的清洁河水。
对本实施例中清洁前及清洁后的河水进行氨氮浓度测试,测试结果如表1所示。
实施例3:
一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,包括如下步骤:
(1)受污染河水进入混合池,在混合池内投加次氯酸钠,次氯酸钠的投加量按照有效次氯酸钠的重量与受污染河水中氨氮的重量比为4:1的比例投加,持续搅拌混合70秒,得待处理河水;
(2)碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备,方法包括如下步骤:
a.碳量子点的制备:将两根碳棒插入超纯水中分别作阳极和阴极,阳极和阴极之间使用30V直流电压,并不断搅拌超纯水直至超纯水呈深黄色,关闭直流电压停止搅拌,离心分离得分散液,再将分散液冷冻干,得直径为10nm的碳量子点,再将碳量子点加入去离子水中得浓度为5mg/L的碳量子点溶液;
b.碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备:将硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸以摩尔比为1:1:3:2的比例加入碳量子点溶液中得混合溶液,超声30min,加氨水调节混合溶液pH值为6,于80℃下水浴搅拌至形成溶胶后进行干燥,然后于300℃下在马弗炉中煅烧2h,再于460℃下在管式炉中煅烧17h,最终得到所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂中碳量子点的质量分数为10.5-4ωt%;
(3)预先向超声波强化反应池内加入碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,添加浓度为4mol/L,再将所述待处理河水引入超声波强化反应池内,将上述待处理河水引入超声波强化反应池内,超声波的频率控制在12KHz,声强控制在0.6W/cm2,水力停留时间45秒;
(4)由超声波强化反应池出来的出水进入回转式反应池,延续反应7分钟;
(5)回转式反应池的出水进入气浮池,通过气浮工艺,去除水中的污染物,最终得到去除了氨氮的清洁河水。
对本实施例中清洁前及清洁后的河水进行氨氮浓度测试,测试结果如表1所示。
表1:清洁前和清洁后氨氮浓度测试结果
实施例 | 原水氨氮(mg/L) | 出水氨氮(mg/L) | 次氯酸钠投加量(mg/L) |
实施例1 | 7.5 | 0.03 | 44.3 |
实施例2 | 4.8 | 0.05 | 29.5 |
实施例3 | 3.7 | 0.06 | 22.2 |
从表1中可以看出,尽管不实施例中原水氨氮的浓度不同,采用本发明的技术方案,出水氨氮可以达到0.1mg/L以下,而且,去除1.0 mg/L氨氮只需6.0 mg/L左右的次氯酸钠,处理效果好,成本低。
Claims (10)
1.一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)受污染河水进入混合池,在混合池内投加氧化剂,持续搅拌混合60~80秒,得待处理河水;
(2)将上述待处理河水引入超声波强化反应池内,超声波的频率控制在5~20KHz,声强控制在0.1~1.0W/cm2,水力停留时间30~60秒;
(3)由超声波强化反应池出来的出水进入回转式反应池,延续反应6~8分钟;
(4)回转式反应池的出水进入气浮池,通过气浮工艺,去除水中的污染物,最终得到去除了氨氮的清洁河水。
2.根据权利要求1所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述氧化剂为次氯酸钠,次氯酸钠的投加量按照有效次氯酸钠的重量与受污染河水中氨氮的重量比为(0.2~8)∶1的比例投加。
3.根据权利要求1所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(2)中,预先向超声波强化反应池内加入钙钛矿型催化剂,再将所述待处理河水引入超声波强化反应池内。
4.根据权利要求3所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,所述钙钛矿型催化剂为碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂,其制备方法包括如下步骤:(a)碳量子点的制备:将两根碳棒插入超纯水中分别作阳极和阴极,阳极和阴极之间使用25-45V直流电压,并不断搅拌超纯水直至超纯水呈深黄色,关闭直流电压停止搅拌,离心分离得分散液,再将分散液冷冻干,得碳量子点,再将碳量子点加入去离子水中得浓度为0.02-10mg/L的碳量子点溶液;(b)碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂的制备:将硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸加入碳量子点溶液中得混合溶液,超声20-60min,加氨水调节混合溶液pH值为5.5-6.5,水浴搅拌至形成溶胶后进行干燥,然后于250-350℃下进行第一阶段煅烧1-3h,再于450-500℃下进行第二阶段煅烧15-20h,最终得到所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(a)中所述碳量子点直径为5-15nm。
6.根据权利要求4所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(b)中,所述硝酸钡、硝酸铁、柠檬酸和乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1:(2-4):(1.5-2.5)。
7.根据权利要求4所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(b)中,所述水浴温度为70-85℃。
8.根据权利要求4所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(b)中,所述第一阶段在马弗炉中进行;第一阶段在管式炉中进行,并通入氧气。
9.根据权利要求4所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,步骤(b)中,所述碳量子点掺杂的BaFeO3催化剂中碳量子点的质量分数为10-4-10-5ωt%。
10.根据权利要求3-9中任意一项所述的一种污染河水快速去除低浓度氨氮的方法,其特征在于,所述钙钛矿型催化剂添加浓度为0.5-10mol/L。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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