申请日2019.03.05
公开(公告)日2019.05.03
IPC分类号C02F3/00; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种含低浓度氨氮的废水的仿生脱氮方法。受水体具有自净化功能的启发，本方法在接近自然水体环境并辅以光照条件下，实现水体的脱氮。该方法包括：在含低浓度氨氮的水体中加入含过渡金属的化合物和助剂，然后在自然光或模拟太阳光照射下进行脱氮操作。该方法的特点是通过控制含过渡金属的化合物和助剂的加入量及控制溶液的pH，达到降低含氨氮废水中的氮含量。本方法在近水体自然条件下“仿生”脱氨氮。相比“纯”生物脱氮法，其特点在于既保留了生物脱氮的环境相容优势，又加速了水体治理所需时间，所用试剂经济易得，其中所含物种均为自然水体中普遍存在物种，脱氮过程中未向体系中添加任何有害元素，是一种环境友好型处理工艺。
权利要求书
1.一种含低浓度氨氮的废水的仿生脱氮方法，其特征在于：在含有低浓度氨氮的待处理水溶液中加入含过渡金属的化合物和助剂，并调节溶液的pH，然后将溶液在自然光或模拟太阳光照射下进行脱氮过程，直至溶液中的氮浓度不再降低。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述pH是7-9.5。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述含过渡金属的化合物是含二价和/或三价铁化合物，含二价和/或三价和/或四价锰化合物，含二价和/或一价铜化合物中的一种或它们的混合物。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述含铁化合物，含锰化合物，含铜化合物是铁、锰、铜的盐酸盐，硫酸盐，乙酸盐，草酸盐，碳酸盐，磷酸盐，氢氧化物或氧化物。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述含铁化合物是氯化铁，氯化亚铁，硫酸铁，硫酸亚铁，乙酸铁，碳酸铁，草酸铁，草酸亚铁，磷酸铁，氢氧化铁，羟基氧化铁，三氧化二铁，四氧化三铁中的一种或它们的混合物。
6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述含锰化合物是二氯化锰(II)，三氯化锰(III)，硫酸锰(II)，硫酸锰(III)，乙酸锰(II)，乙酸锰(III)，碳酸锰(II)，碳酸锰(III)，磷酸锰(II)，磷酸锰(III)，四氧化三锰，三氧化二锰，氢氧化锰中的一种或它们的混合物。
7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述含铜化合物是氯化铜，氯化亚铜，硫酸铜，硫酸亚铜，乙酸铜，草酸铜，碳酸铜，碳酸亚铜，磷酸铜，磷酸亚铜，氢氧化铜，氧化铜，氧化亚铜中的一种或它们的混合物。
8.按照权利要求1所述的方法，氨氮与过渡金属的摩尔比为0.1-100：1。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述助剂是柠檬酸、酒石酸、苹果酸、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾或草酸中的一种或它们的混合物。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述助剂与过渡金属的摩尔比为0-5：1。
说明书
一种含低浓度氨氮的废水的仿生脱氮方法
【技术领域】
本发明涉及环境技术的废水处理领域，特别是一种含低浓度氨氮的废水的仿生脱氮方法。
【背景技术】
水是生命之源。水资源也是人类生产、生活不可缺少的自然资源，是重要的生态环境要素之一。
水体本身具有自净化功能。但当水体中的污染物超出其自净化能力时，就会出现严重水体污染。这种危害作用还会对人类健康产生严重威胁，并成为制约经济、社会可持续发展的“瓶颈”
在各种水污染物中，氮浓度超标占较大比重。水体中的氮主要来自生物体的代谢和腐败以及工业废水、生活污水的排放、氮肥的流失等。水体中氮过量时会造成富营养化，使水质恶化，影响水生生物的生长与繁殖。
氨氮是引起水体富营养化的主要原因之一。水体富营养化破坏了水体的自我修复功能，使得水体失去抗干扰能力，难以维持自身稳定。同时水体富营养化会破坏水体的食物链结构，改变水生动植物的栖息环境，严重时会导致一些物种的灭绝。
氨氮浓度超标也是黑臭水体的主要特征之一。当氨氮浓度达到8.0～15mg/L时，会出现轻度黑臭水体;而当氨氮浓度大于15mg/L时，则产生重度黑臭水体。
氨氮污染对生态系统、经济发展和人体健康都有很大的危害，因此，开发经济、高效且环境友好型的水体脱氮技术非常必要。
水体脱氨氮方法可分为物理法、化学法和生物法。
物理法主要有气体脱氮法、离子交换/吸附法、膜分离法、氯处理法等。这些方法由于并未消除污染，只是将污染进行了转移，并由此可能引起二次污染，从而使它们的应用受到限制。
化学法主要是向受污染的水体中投加一定的药剂，使氨氮与水体中溶解态磷酸盐形成不溶性固体沉淀。这类方法费用较高，并且产生较多沉积物，某些化学药剂具有一定毒性，在环境条件改变时会形成二次污染。
相比之下，生物法以其突出的生态相容、高效益、低成本、操作灵活等特点成为水体脱氨氮的主要方法。然而生物脱氮法存在着处理废水时间较长的不足。而且，由于氮(N)是生物必须营养元素，所以当其在水体中的含量较低时，生物的存活数量大大降低，致使生物法在水体的深度脱氮处理应用中效率较低。而随着环保要求的不断提高，水体的深度脱氮处理技术需求日益增加。
尽管如此，生物法所遵循的物理、化学机理值得研究。考虑到水体自净“措施”实际上无外乎也是物理、化学和生物三种净化方式协同作用的结果。因而，生物法可以同物理法和化学法结合起来，取长补短。
【发明内容】
本发明的目的是为了兼顾经济、高效、且环境友好地脱除废水中氨氮的需要，而提出了一种低浓度氨氮废水的仿生脱氮方法。这样，在水体的深度处理时，既可保留生物脱氮的优势，又可加速水体脱氮所需时间。该方法包括在含有低浓度氨氮的待处理水溶液中加入含过渡金属的化合物和助剂，并调节溶液的pH，然后将此溶液在自然光或模拟太阳光照射下进行脱氮操作，直至溶液中的氮浓度不再降低。在该“仿生”脱氮过程中，未向体系中添加任何有害元素，工艺绿色环保。
本发明公开了含低浓度氨氮的废水的仿生脱氮方法，该方法在含有低浓度氨氮的待处理水溶液中加入含过渡金属的化合物和助剂，通过控制含过渡金属的化合物和助剂的加入量及控制溶液的pH，然后在自然光或模拟太阳光照射下进行脱氮过程，直至溶液中的氮浓度不再降低，达到降低含氨氮废水中的氮含量。所述pH值7-9.5。
本发明所述含过渡金属的化合物是含二价和/或三价铁化合物，含二价和/或三价和/或四价锰化合物，含二价和/或一价铜化合物中的一种或它们的混合物。氨氮与过渡金属的摩尔比为0.1-100：1。
所述含铁化合物，含锰化合物，含铜化合物是铁、锰、铜的盐酸盐，硫酸盐，乙酸盐，草酸盐，碳酸盐，磷酸盐，氢氧化物或氧化物。
所述含铁化合物是氯化铁，氯化亚铁，硫酸铁，硫酸亚铁，乙酸铁，碳酸铁，草酸亚铁，草酸铁，磷酸铁，氢氧化铁，羟基氧化铁，三氧化二铁，四氧化三铁中的一种或它们的混合物。所述含锰化合物是二氯化锰(II)，三氯化锰(III)，硫酸锰(II)，硫酸锰(III)，乙酸锰(II)，乙酸锰(III)，碳酸锰(II)，碳酸锰(III)，磷酸锰(II)，磷酸锰(III)，四氧化三锰，三氧化二锰，氢氧化锰中的一种或它们的混合物。所述含铜化合物是氯化铜，氯化亚铜，硫酸铜，硫酸亚铜，乙酸铜，碳酸铜，碳酸亚铜，磷酸铜，磷酸亚铜中的一种或它们的混合物。
本发明所述助剂是柠檬酸，酒石酸，苹果酸，磷酸钠，磷酸氢钠，磷酸钾，磷酸氢钾，草酸中的一种或它们的混合物。助剂与过渡金属的摩尔比为0-5：1。
本发明开发的低浓度氨氮废水的仿生脱氮方法，可用于任何含氨氮水体的深度治理，包括任何受氨氮污染的江、河、湖、海。进一步降低环境污染，保护水资源。
本发明的优点和有益效果
本发明的特点是基于水体自净化作用，通过在接近自然水体环境并辅以光照条件下，模拟水体的脱氮过程，研究其中的反应机理，在理论研究的指导下，加快/激活/强化脱氮过程。
本发明设备简单，投资小，操作简便。所用原料经济易得，其中所含物种均为自然水体中普遍存在物种，未向体系中添加任何有害元素，处理条件接近水体自然条件，因此对水体“伤害”小。水体治理时间短，试剂用量少，废渣产生量少。因此是一种环境友好型处理工艺。本发明可广泛应用于含氨氮废水的深度处理，以及任何受氨氮污染的江、河、湖、海。
本发明方法在环境保护的同时，兼顾经济、高效、且环境友好，避免污染转移和二次污染。
