一種去除氨氮的水處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水處理方法，具體涉及一種去除氨氮的水處理方法。
【背景技術】
[0002]近年來，水源水污染的加劇、飲用水水質標準的提高和人們環境意識的增強，給我國飲用水處理領域帶來了嚴峻的挑戰。氨氮污染物在我國水源水中普遍存在，因常規水處理工藝很難對其進行去除，已成為飲用水處理的主要污染物之一，尤其低溫期的氨氮更是難于處理。
[0003]目前，飲用水處理過程中氨氮的去除方法主要有物理化學法和生物法。(I)折點加氯法是飲用水生產中氨氮去除的主要方法之一，具有不受溫度影響、反應快、效率高的特點，但存在著液氯投加量大、控制要求高及易于產生有毒有害副產物的問題。(2)吸附法除氨氮是利用吸附劑通過吸附或離子交換作用等物化法實現對氨氮的去除，如沸石、納米分子篩等。吸附法雖然對氨氮的去除可以達到比較理想的效果，但去除率受吸附劑特性、接觸時間、水中背景成分等多種因素影響，同時還存在著吸附容量有限、再生頻繁等缺點。(3)生物法除氨氮是飲用水中控制氨氮最常用的方法之一，其原理是借助于附著在填料上微生物的新陳代謝活動，實現對水中氨氮的去除，具有經濟、操作簡單的特點，在飲用水氨氮控制方面具有廣泛的應用空間。但飲用水生物法除氨氮工藝受溫度、水質等多種因素的影響，尤其在低溫環境中(如哈爾濱水源水半年處于低溫期)生物活性受到抑制，氨氮去除效率明顯下降。因此，研宄開發高效、經濟、簡便去除氨氮的水處理技術，保障飲用水水質安全，成為水處理研宄者面臨的艱巨任務。
[0004]以過硫酸鹽(過一硫酸鹽、過二硫酸鹽)作為氧化劑，通過各種催化方式(過渡金屬催化、尚溫熱解、紫外光、臭氧等)廣生尚氧化性硫酸根自由基(SO4 )的新型尚級氧化技術，在氧化除污染方面具有比較突出的優勢。優點如下:(I)硫酸根自由基具有與羥基自由基(.0H)相當的氧化還原電位，除污染效率高；(2)過硫酸鹽的活化反應受pH影響小，在中性和堿性環境中同樣可以達到較高的處理效果；(3)硫酸根自由基與羥基自由基相比在氧化除污染方面具有更好的選擇性，水中背景物質消耗少；(4)與羥基自由基相比，硫酸根自由基在水中具有更高的穩態濃度，存活時間長，氧化污染物的機會更多。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種去除氨氮的水處理方法，解決如下問題:⑴折點加氯法除氨氮液氯投加量大、控制要求高、易形成副產物；(2)吸附法除氨氮受吸附劑特性影響大、吸附劑再生頻繁；(3)生物法除氨氮低溫環境下去除效率低。
[0006]本發明的一種去除氨氮的水處理方法是通過以下步驟實現的:
[0007]一、向含有氨氮的待處理水中投加液氯，形成氯胺的待處理水，其中，液氯與氨氮的摩爾比為1:1;
[0008]二、將形成氯胺的待處理水引進臭氧接觸反應池，通入臭氧，同時投加過硫酸鹽溶液，保持攪拌狀態反應5?30min，即完成所述去除氨氮的水處理方法，其中，待處理水中的臭氧濃度為0.1?30mg/L，過硫酸鹽與臭氧的摩爾比為1:0.1?10，所述待處理水為水源水和污水處理廠二級出水，所述過硫酸鹽為過一硫酸鹽、過二硫酸鹽中的一種或兩種按任意比混合的混合物，其中過一硫酸鹽為過一硫酸鉀、過一硫酸鈉中的一種或兩種的混合物，過二硫酸鹽為過二硫酸鉀、過二硫酸鈉中的一種或兩種的混合物。
[0009]本發明一種去除氨氮的水處理方法的原理:首先加入的液氯(Cl2)與氨氮(NH3-N)以摩爾比1:1反應形成氯胺(NH4Cl),使得水中的氨氮都以氯胺的形式存在，然后利用臭氧催化過硫酸鹽產生硫酸根自由基(SO4‘_)，基于硫酸根自由基氧化的選擇性(對氯胺的氧化速率遠遠大于對氨氮的氧化速率)對氯胺進行氧化降解，氧化產物以氮氣(N2)的形式釋放到大氣中，實現了對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關鍵核心步驟。
[0010]本發明的一種去除氨氮的水處理方法具有以下優點:(I)液氯的加入將難于被硫酸根自由基氧化的氨氮轉化為易于被其氧化降解的氯胺，氨氮去除效率高；(2)臭氧催化過硫酸鹽產生硫酸根自由基的技術受溫度影響小，可以在低溫條件下應用，解決了生物法難于在低溫條件下除氨氮的問題；(3)硫酸根自由基氧化除污染pH適用范圍寬，在中性和堿性條件下都可以取得很好的處理效果；(4)與羥基自由基相比，硫酸根自由基在水中的穩態濃度高，存活時間長，氧化除污染效率高，(5)與折點加氯法相比，硫酸根自由基氧化除氨氮過程中不產生有毒有害副產物，且操作簡單、易于控制，可以在水廠進行大規模應用。
【附圖說明】
[0011]圖1是實施例一中對水源水中氨氮的氧化去除效果圖；其中，□表示含氨氮水源水中未加入液氯，利用臭氧催化過一硫酸鉀產生的硫酸根自由基對氨氮直接進行氧化降解效果圖；■表示含氨氮水源水中加入液氯，形成氯胺，再利用臭氧催化過一硫酸鉀產生的硫酸根自由基對生成的氯胺進行氧化降解，完成對氨氮的去除效果圖；
[0012]圖2是實施例一中對污水處理廠二級出水中氨氮的氧化去除效果圖；其中，〇表示含氨氮污水處理廠二級出水中未加入液氯，利用臭氧催化過二硫酸鉀產生的硫酸根自由基對氨氮直接進行氧化降解效果圖；籲表示含氨氮污水處理廠二級出水中加入液氯，形成氯胺，再利用臭氧催化過二硫酸鉀產生的硫酸根自由基對生成的氯胺進行氧化降解，完成對氨氮的去除效果圖。
【具體實施方式】
[0013]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0014]【具體實施方式】一:本實施方式的一種去除氨氮的水處理方法，其是通過以下步驟實現的:
[0015]一、向含有氨氮的待處理水中投加液氯，與氨氮反應形成氯胺(NH4Cl)，使得水中的氨氮都以氯胺的形式存在，形成氯胺的待處理水，其中，液氯與氨氮的摩爾比為1:1 ;
[0016]二、將形成氯胺的待處理水引進臭氧接觸反應池，通入臭氧，同時投加過硫酸鹽溶液，保持攪拌狀態反應5?30min，即完成所述去除氨氮的水處理方法，其中，待處理水中的臭氧濃度為0.1?30mg/L，過硫酸鹽與臭氧的摩爾比為1:0.1?10，所述待處理水為水源水和污水處理廠二級出水，所述過硫酸鹽為過一硫酸鹽、過二硫酸鹽中的一種或兩種按任意比混合的混合物，其中過一硫酸鹽為過一硫酸鉀、過一硫酸鈉中的一種或兩種的混合物，過二硫酸鹽為過二硫酸鉀、過二硫酸鈉中的一種或兩種的混合物。
[0017]本實施方式的一種去除氨氮的水處理方法的原理:首先加入的液氯(Cl2)與氨氮(NH3-N)以摩爾比1:1反應形成氯胺(NH4Cl),使得水中的氨氮都以氯胺的形式存在，然后利用臭氧催化過硫酸鹽產生硫酸根自由基(SO4‘_)，基于硫酸根自由基氧化的選擇性(對氯胺的氧化速率遠遠大于對氨氮的氧化速率)對氯胺進行氧化降解，氧化產物以氮氣(N2)的形式釋放到大氣中，實現了對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關鍵核心步驟。
[0018]本實施方式的一種去除氨氮的水處理方法具有以下優點:(1)液氯的加入將難于被硫酸根自由基氧化的氨氮轉化為易于被其氧化降解的氯胺，氨氮去除效率高；(2)臭氧催化過硫酸鹽產生硫酸根自由基的技術受溫度影響小，可以在低溫條件下應用，解決了生物法難于在低溫條件下除氨氮的問題；(3)硫酸根自由基氧化除污染pH適用范圍寬，在中性和堿性條件下都可以取得很好的處理效果；(4)與羥基自由基相比，硫酸根自由基在水中的穩態濃度高，存活時間長，氧化除污染效率高，(5)與折點加氯法相比，硫酸根自由基氧化除氨氮過程中不產生有毒有害副產物，且操作簡單、易于控制，可以在水廠進行大規模應用。
[0019]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為0.5?30mg/L。其它與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為I?30mg/L。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0021]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為1.5?25mg/L。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0022]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為5?25mg/L。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0023]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為5?20mg/L。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0024]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為10?20mg/L。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0025]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為5?15g/L。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0026]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:所述的待處理水中的臭氧濃度為5?10g/L。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0027]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是:過硫酸鹽與臭氧的摩爾比為1:0.5?10。其它與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0028]【具體實施方式】^^一:本實施方式與【具體實施方式】一至十之一不同的是:過硫酸鹽與臭氧的摩爾比為1:1?10。其它與【具體實施方式】一至十之一相同。
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