CN116986764A - 一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法。将亚硫酸盐和富含羟基和羰基的碳材料加入氨氮废水中，调节废水的pH为碱性，通入臭氧，搅拌状态下反应0.5～2h，固液分离，所得上清液为处理出水。本发明反应原来源广泛、环境友好，反应过程中亚硫酸盐转化为无害的硫酸盐，绿色环保。本发明利用富含羟基和羰基的碳材料催化臭氧产生的活性物质快速氧化氨氮为高价态氮氧化物，同时利用富含羟基和羰基的碳材料和亚硫酸钙的还原作用，实现氨氮转化为氮气，相对于传统的高级氧化技术，具有转化速率快，抗干扰能力强、无二次污染、操作简单，环境友好等优点，具有明显的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法。
背景技术
水中氨氮 (简称NH3-N)指水中以游离氨(NH3)和铵盐(NH4 +)形式存在的氮，是植物不可或缺的营养物质。但由于工业废水、生活污水、牲畜粪便和来自过量施肥的农田径流水排放等原因，会导致大量氨氮进入水环境。水体中过量氨氮往往会导致水体富营养化，造成水体黑臭，给水处理的难度和成本加大，甚至对人群及生物产生毒害作用。为防止水体氨氮污染，我国现行的很多相关环保标准涉及氨氮废水排放指标，其氨氮标准限值范围为0.02mg/L～150mg/L。
目前废水中的氨氮去除方法有生物法、吹脱法、膜分离法、化学沉淀法、化学氧化法、折点加氯法等。吹脱法、膜分离法、化学沉淀法适宜于高浓度氨氮废水处理，但也面临着含氮物种的进一步处理。折点加氯法对于低浓度氨氮废水有较好的效果，具有良好的N2选择性，但对环境pH值和氧含量的敏感性较低，会产生含氯的中间物，尤其是处理含有机污染物的废水，会产生毒性含氯有机物。化学氧化法具有高效、经济、节能的优点，已成为人们研究的热点。目前，高锰酸钾氧化法、高铁酸盐氧化法、催化臭氧氧化等化学氧化法已被用于废水中氨氮的去除，但氨氮的氧化效率还有待进一步提高，氧化产物主要是NO2-N或NO3-N，具有造成二次污染的风险。用电催化氧化和光催化氧化水中氨氮时，通过设计合理的催化剂和调控反应条件，可以提高反应产物的氮气选择性，但需要大量的能量输入，且反应装置复杂，操作不便。因此，急需研发一种能高效选择性氧化氨氮为氮气的低能耗化学氧化技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术针对目前化学氧化法去除废水中氨氮时存在氧化产物中氮气选择性低、操作不便、能耗高等问题，提供一种操作简便、经济环保、能高选择性化学氧化废水中氨氮为氮气的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，将亚硫酸盐和富含羟基和羰基的碳材料加入氨氮废水中，调节废水的pH为碱性，通入臭氧，搅拌状态下反应0.5～2h，固液分离，所得上清液为处理出水。
进一步地，所述富含羟基和羰基的碳材料为活性炭、活性焦或碳纳米管中的至少一种。
进一步地，所述亚硫酸盐为亚硫酸钠或/和亚硫酸钙。
进一步地，所述调节废水的pH为9～11。
进一步地，所述亚硫酸盐、富含羟基和羰基的碳材料与废水中氨氮的质量比为5～20:10～50:1。
进一步地，所述臭氧与废水中氨氮的质量比为20～100:1。
进一步地，所述搅拌的速度为100～400r/min。
本发明的原理为：废水中氨氮的存在形态与溶液pH有关，在弱碱性条件下主要以还原能力较强的NH3存在。富含羟基和羰基的碳材料本身是一种良好的催化剂，能催化臭氧生成活性氧物种（ROS）如1O2等，该氧化物种可将NH3氧化成氧化性的高价态氮氧化物如NO或NO2。亚硫酸盐作为一种还原剂，在碱性条件下，可与溶液中生成的高价态氮氧化物发生氧化还原反应，生成氮气和无害的硫酸盐。此外，碳材料含有的羟基和羰基基团可将氨氮氧化的中间产物还原为氮气。正是由于亚硫酸盐和富含羟基和羰基的碳材料的还原作用，抑制了氨氮的过度氧化，从而可以实现氨氮氧化产物为氮气的目标。固液分离后，上清液为处理出水。
本发明具有以下优点：
（1）本发明所用的反应原来源广泛、环境友好，在反应过程中亚硫酸盐转化为无害的硫酸盐，因此，本发明无有毒有害物质的产生。
（2）本发明的氨氮化学氧化法利用富含羟基和羰基的碳材料催化臭氧产生的活性物质快速氧化氨氮为高价态氮氧化物，同时利用富含羟基和羰基的碳材料催化臭氧产生的活性物质和亚硫酸钙的还原作用，实现氨氮转化为氮气，相对于传统的高级氧化技术，具有转化速率快，抗干扰能力强、无二次污染等优点。
（3）本发明只需在常温常压下就可以实现氨氮选择性氧化为氮气的目标。因此，本发明的化学氧化处理氨氮废水的方法操作简单，环境友好，具有明显的经济效益和环境效益。
具体实施方式
下面结合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：
实施例1：
一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，将亚硫酸钠和富含羟基和羰基的活性炭加入氨氮废水中，调节废水的pH为9，通入臭氧，100r/min搅拌状态下反应0.5h，固液分离，所得上清液为处理出水。其中，所述亚硫酸钠、活性炭与废水中氨氮的质量比为5:10:1；所述臭氧与废水中氨氮的质量比为20:1。
实施例2：
一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，将亚硫酸钙和富含羟基和羰基的活性焦加入氨氮废水中，调节废水的pH为11，通入臭氧，400r/min搅拌状态下反应2h，固液分离，所得上清液为处理出水。其中，所述亚硫酸钠、活性焦与废水中氨氮的质量比为20:50:1；所述臭氧与废水中氨氮的质量比为100:1。
实施例3：
一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，将亚硫酸盐和富含羟基和羰基的碳纳米管加入氨氮废水中，调节废水的pH为10，通入臭氧，300r/min搅拌状态下反应1h，固液分离，所得上清液为处理出水。其中，所述亚硫酸盐、富含羟基和羰基的碳纳米管与废水中氨氮的质量比为12:30:1，亚硫酸盐为亚硫酸钙和亚硫酸钠的重量比为1:1的混合，所述臭氧与废水中氨氮的质量比为50:1。
实施例4：
一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，将亚硫酸钠和富含羟基和羰基的碳材料加入氨氮废水中，调节废水的pH为10.5，通入臭氧，250r/min搅拌状态下反应1.5h，固液分离，所得上清液为处理出水。其中，所述亚硫酸钠、富含羟基和羰基的碳材料与废水中氨氮的质量比为20:40:1，富含羟基和羰基的碳材料为活性焦和碳纳米管的混合物，且重量比为2:1，亚硫酸盐为亚硫酸钙和亚硫酸钠的重量比为3:2的混合，所述臭氧与废水中氨氮的质量比为80:1。
实例1：
某垃圾渗滤液MBR生物处理出水经混凝处理后，废水中TOC、总氮、氨氮分别为79.3 mg/L、186.26 mg N/L、16.37 mg N/L，pH = 6.7±0.2。将该废水5 L汇集至10L耐酸碱的容器1中，调节废水pH为9.5，同时加入40 g活性焦和10g亚硫酸钙，在通入水中臭氧量为10.7 mg/min以及搅拌速率为150 r/min的条件下反应120 min，停止反应后，固液分离，上清液为最终处理出水。
处理出水中氨氮含量未检出，处理后水中总氮含量为163.64 mg N/L, 测定材料表面吸附的总氮为9.08mg N/L，氨氮氧化去除的总氮为13.54 mg N/L，氨氮的去除率为100%，氨氮氧化产物的氮气选择性为82.7%。
实例2：
某城镇生活污水二级生物处理出水,废水中TOC、总氮、氨氮分别为12.10 mg/L，11.77 mg N/L和10.29 mg N/L, pH = 8.23±0.2，将该废水2 L汇集至5L耐酸碱的容器1中，调节其pH为10.5，同时加入5g活性焦和2g亚硫酸钙，在通入水中臭氧量为10.5 mg/min以及搅拌速率为150 r/min的条件下反应120 min，停止反应后，固液分离，上清液为最终处理出水。
测定处理出水中的总氮和氨氮分别为2.84 mg N/L和0 mg N/L，氨氮的去除率为100%，总氮的去除率为89.99%。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于：将亚硫酸盐和富含羟基和羰基的碳材料加入氨氮废水中，调节废水的pH为碱性，通入臭氧，搅拌状态下反应0.5～2h，固液分离，所得上清液为处理出水。
2.根据权利要求1所述的一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于，所述富含羟基和羰基的碳材料为活性炭、活性焦或碳纳米管中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于，所述亚硫酸盐为亚硫酸钠或/和亚硫酸钙。
4.根据权利要求1所述的一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于，所述调节废水的pH为9～11。
5.根据权利要求1所述的一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于，所述亚硫酸盐、富含羟基和羰基的碳材料与废水中氨氮的质量比为5～20:10～50:1。
6.根据权利要求1所述的一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于，所述臭氧与废水中氨氮的质量比为20～100:1。
7.根据权利要求1所述的一种化学氧化废水中氨氮为氮气的方法，其特征在于，所述搅拌的速度为100～400r/min。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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