CN102219323B

CN102219323B - 一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法及反应器

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Publication number: CN102219323B
Application number: CN2011100797392A
Authority: CN
Inventors: 张礼知; 艾智慧; 刘伟; 贾法龙
Original assignee: Central China Normal University
Current assignee: Central China Normal University
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: CN102219323A

Abstract

一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法及反应器。在同一反应器里同时实现活化氧催化氧化降解有机污染物和喷雾吹脱除氨。反应器包括上部的吹脱除氨部分和下部的活化氧催化氧化部分，主要由壳体、布水管、雾化喷嘴、催化剂、动力水泵、多孔塔板、微孔曝气板、空气泵、以及进气口构成。废水调整pH后，由上端布水管入雾化喷嘴，空气由微孔曝气板或进气口入反应器，氨一方面在雾滴下降的过程经吹脱去除，另一方面经由多孔塔板后吹脱去除，氨气从顶端的逸出口出后送下一级处理。雾滴落至下端的活化氧催化氧化池，空气由底端的微孔曝气板入，与催化氧化池中的催化剂作用产生含氧自由基氧化去除废水中的有机污染物。本发明适用于各种含氨有机废水处理。

Description

一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法及反应器

技术领域

本发明涉及一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法及反应器，属于水污染控制技术领域。

背景技术

作为一种广泛使用的水处理高级氧化技术，芬顿氧化特别适用于酚类、芳胺类、芳烃类、农药及核废料等某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理上。芬顿试剂之所以具有非常强的氧化能力是因为过氧化氢在铁离子的催化作用下可以产生羟基自由基(·OH)，·OH同其它氧化剂相比具有更强的氧化电极电位(2.8V)，比臭氧(O₃，2.07V)，和过氧化氢(过氧化氢，1.77V)分别高35％和59％，氧化能力仅次于氟；另外，·OH还具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3KJ，容易进攻高电子云密度点，进而作为中间产物实现污染物的深度氧化分解O₃、过氧化氢、Cl₂、·O等强氧化剂中间产物，利用这些中间产物的强氧化性能将废水中的有机物完全氧化为CO₂和H₂O。传统的芬顿反应在大规模应用时存在着三个方面的限制：①必须在pH＜3的酸性介质中进行；②常规芬顿催化剂(Fe²⁺或Fe³⁺)在水溶液中的存在形式受到介质的酸碱度、总铁浓度、存放时间等因素的影响，其分离和反复利用面临许多困难；③尽管H₂O₂是一种方便清洁的氧源，但它存在着价格昂贵，稳定性差，利用率低的缺点以及储运等方面的限制。由此，多物化单元组合的芬顿技术如光-芬顿技术、电-芬顿技术、超声-芬顿技术、光电-芬顿技术等应运而生；同时，以零价铁及其复合物为代表的异相芬顿反应也能解决传统芬顿反应的不足。但目前的芬顿体系依然没有解决H₂O₂价格昂贵及利用率低的缺点。

石化，冶金，食品等行业产生的含氨废水，加重了水体的富营养化。氨氮废水对环境的影响已引起环保领域和全球范围的重视。研究开发经济，高效的除氮处理技术已成为水污染控制工程领域研究的重点和热点。去除氨氮的主要方法有：物理法、化学法、生物法。目前应用广泛的除氨技术主要包括离子交换法、吹脱-汽提法、化学沉淀法、折点氯化法、催化裂解等。离子交换法氨氮去除率虽然高，但当氨氮浓度高时，树脂再生频繁，操作困难，而再生液仍为高氨氮废水，药剂消耗大，处理成本高；空气吹脱法是利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱或蒸汽汽提，使废水中的氨氮等挥发性物质不断地从液相转移到气相中，从而达到废水中去除氨氮的目的，吹脱法去除氨氮，去除率可达60％～95％，工艺流程简单，处理效果稳定，吹脱出的氨气用盐酸吸收生成氯化铵可回用于纯碱生产作为母液，也可根据市场需求，用水吸收生产氨水或用硫酸吸收生产硫酸铵副产品，尾气返回吹脱塔中，但水温低时，吹脱效率低，不适合在寒冷的冬季使用；化学沉淀法是通过向氨氮废水中投加某种化学药剂，使之与废水中的某些溶解性污染物质发生反应，形成难溶盐沉淀下来，从而降低水中溶解性污染物浓度的方法，化学沉淀法可以处理各种浓度的氨氮废水，尤其适合于高浓度氨氮废水的处理；折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠，是废水中的氨完全氧化为N₂的方法，此法反应速度快，需要设备少，但液氯的安全使用和贮存要求高，处理成本也较高；催化裂解提供一种催化剂生产工艺中产生的含氨/铵废水的综合处理及回收方法。但目前废水除氨方法无一例外地对于废水中的有机污染物都不能有效去除。

目前关于同时去除废水中有机污染物和氨的方法及反应器的文献鲜有报道。《复旦学报》(2006年第45卷第3期)报道了题为“电化学氧化法除氨氮的影响因素”的研究论文，该研究结果表明电化学氧化过程处理城市污水能将初沉池氨氮浓度从26.8降到6.1mg/L，二沉池出水处理后氨氮浓度从19.9降为0.1mg/L，同时该过程能在一定程度上去除城市污水中的有机物；目前尚未见到关于同时去除废水中有机污染物和氨的方法及反应器的专利，国内仅仅有关于分别芬顿氧化去除废水中有机污染物和用吹脱法除氨的相关专利，如CN2937066Y的实用新型发明专利公开了题为“高分散喷雾除氨塔”的专利，该实用新型提供了一种高分散喷雾除氨塔，其高分散元件布置在除氨塔塔体内，位于进风分布器的上方，高分散元件由雾化喷嘴和分布水管组成，雾化喷嘴向上或向下设置，通过分布水管和进水管与给水泵相通；该塔采用高分散元件将氨氮废水进行高度分散处理，增加液体比表面积，提高了溶解在水中的游离氨从液相中逃逸的速率，从而达到溶液中氨氮去除的目的。再如CN101445290A的发明专利公开了题为“一种环保、高效的废水除氨工艺及其设备”的专利，该发明采用稀酸溶液将除氨尾气中的氨吸收，将不含氨或者含有微量氨的空气采用管道引入鼓风机入口循环使用，使除氨效率维持在较高的范围内。

本发明方法是含有机污染物和氨的废水脱气除氨后经催化活化分子氧的芬顿氧化去除有机污染物。含氨有机废水经由曝气管从雾化喷嘴喷入反应器，启动空气泵从进气口经由微孔曝气板通入空气，并调节空气流量，雾化后废水中氨在空气的吹脱下去除；在反应器下端的催化氧化池中催化剂能催化活化氧化池中的分子氧产生强氧化性的氧化物种，从而去除废水有机污染物。本发明建立的同时去除废水中的有机污染物和除氨的反应器适用于各种含氨有机废水处理，效率高，环境友好，无二次污染，设备紧凑，易于操作，整个反应器容易控制，符合实际水处理单元的需要。

发明内容

本发明的目的在于在同一水处理单元里同时实现活化氧催化氧化降解有机污染物和喷雾吹脱除氨，并提供了一种能同时去除水中有机污染物和氨的反应器。

本发明的技术方案是：一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法，其特征在于，在一个上部是吹脱除氨腔和下部是活化氧催化氧化池的反应器里，将待处理的含氨有机废水调整pH后，经由反应器上部的吹脱除氨腔上部的雾化喷嘴喷入反应器，同时启动空气泵，将空气经由反应器下部的活化氧催化氧化池底端的微孔曝气板曝入，或者经由所述的微孔曝气板曝入和所述的吹脱除氨腔下部的进气口送入反应器，并调节空气流量，雾化后废水中氨在空气的吹脱下去除，并伴随空气从位于反应器顶端的逸出口溢出后送下一级处理；雾滴落至反应器下部的活化氧催化氧化池，在活化氧催化氧化池中催化剂催化活化分子氧产生强氧化性含氧自由基，氧化去除废水中的有机污染物，经吹脱除氨和催化氧化去除有机物后的水从出水口流出。

按上述技术方案，所述的催化剂为硫酸亚铁、硫酸铁、零价铁、三氧化二铁、四氧化三铁或羟基氧化铁。

按上述技术方案，催化剂在废水中的浓度为0.2～1g/L，分子氧通过微孔曝气板溶解空气在废水中，溶解氧浓度为0.5-2.0mg/L。

按上述技术方案，所述的pH值在10-12范围内。

本发明的一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器，其结构包括反应器壳体、雾化喷嘴、出水口、催化剂、空气泵、微孔曝气板、氨气逸出口、加料口、排泥口、动力水泵、多孔塔板、吹脱除氨腔、催化氧化池、曝气管、布水管、以及进气口；反应器由上部的吹脱除氨腔和下部的催化氧化池组成；雾化喷嘴均布安装在布水管上，设置在反应器内吹脱除氨腔上部，布水管进口与动力水泵出口连通，多孔塔板设置在反应器内吹脱除氨腔)中，位于加料口与雾化喷嘴之间位置，微孔曝气板位于反应器内催化氧化池底端，催化剂在催化氧化池中的微孔曝气板上，空气泵出口与进气口及曝气管连通，曝气管伸入到微孔曝气板下部，出水口位于催化氧化池的上隔板上部进气口的下部，排泥口位于反应器靠近底部，氨气逸出口位于反应器顶部。

本发明的同时去除废水中有机污染物和氨的方法中，氨一方面可在雾滴下降的过程经吹脱去除，另一方面可以经由反应器的多孔塔板后吹脱去除。多孔塔板可增加雾滴吹脱除氨的停留时间，从而增加除氨效率。氨气从位于反应器顶端的氨气逸出口溢出。雾滴落至反应器下端的催化氧化池，空气由催化氧化池底端的微孔曝气板曝入，与催化氧化池中的催化剂作用后产生强氧化性含氧自由基，氧化去除废水中的有机污染物。经吹脱除氨和催化氧化去除有机物后的水从出水口流出。通过调节废水流速，空气流量、pH等调节使空气和催化剂与废水充分接触反应，以达到最好去除氨和有机物的效率。

本发明的优点如下：

1.结合空气吹脱除氨和催化活化分子氧去除有机物，在同一反应器中同时实现去除水中的有机污染物和氨。

2.采用利用雾化喷嘴和多孔塔板增加了废水中氨与气体的接触面积和接触时间。

3.采用空气中的氧分子为催化氧化的氧源，其氧源来源广泛，成本低廉，经济性好。

4.各种参数容易控制，可根据需要随时条件反应参数。

5.本发明建立的同时去除废水中有机污染物和氨反应器适用于各种含氨有机废水处理，设备紧凑，易于操作，整个反应器容易控制，符合实际水处理单元的需要，在环境污染治理领域有很大的应用潜力。

附图说明

图1是同时去除废水中有机物和氨的反应器的结构示意图。

具体实施方式

本发明的同时去除废水中有机物和氨的反应器的结构如图1所示。反应器的结构包括反应器壳体1、雾化喷嘴2、出水口3、催化剂4、空气泵5、微孔曝气板6、氨气逸出口7、加料口8、排泥口9、动力水泵10、多孔塔板11、吹脱除氨腔12、催化氧化池13、曝气管14、布水管15、以及进气口16；反应器由上部的吹脱除氨腔12和下部的催化氧化池13组成；雾化喷嘴2均布安装在布水管15上，设置在反应器内吹脱除氨腔12上部，布水管15进口与动力水泵10出口连通，多孔塔板11设置在反应器内吹脱除氨腔12中，位于加料口8与雾化喷嘴2之间位置，微孔曝气板6位于反应器内催化氧化池13底端，催化剂4在催化氧化池13中的微孔曝气板6上，空气泵5出口与进气口16及曝气管14连通，曝气管14伸入到微孔曝气板6下部，出水口3位于催化氧化池13的上隔板上部进气口16的下部，排泥口9位于反应器靠近底部，氨气逸出口7位于反应器顶部。

通过空气泵5将空气由进气口16或者经由曝气管14通入反应器，含氨有机废水经雾化喷嘴2喷出，喷出的高分散雾滴中的氨在空气的作用下中脱除，从氨气逸出口7逸出后送下一级处理；雾滴落至反应器下部的催化氧化池，催化氧化池中的催化剂和微孔曝气板6曝入的空气反应生成高氧化性含氧自由基，氧化去除废水中的有机污染物。

实施例1

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理垃圾渗滤液

取垃圾渗滤液30L，调节pH至12，COD为1835mg/L，NH₃-N为1367mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为0.5mg/L，加入硫酸铁24g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为372mg/L，NH₃-N的去除率约73％，废水的COD为632mg/L，有机污染物的去除率约65％。

实施例2

取垃圾渗滤液30L，调节pH至11，COD为1987mg/L，NH₃-N为2691mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.0mg/L，加入三氧化二铁20g，废水的NH₃-N为989mg/L，NH₃-N的去除率约63％，经过120分钟后，废水的COD为598mg/L，有机污染物的去除率约70％。

实施例3

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理废水

取废水30L，pH＝12，COD为1530mg/L，NH₃-N为1269mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.2mg/L，加入硫酸铁18g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为486mg/L，NH₃-N的去除率约62％，废水的COD为543mg/L，有机污染物的去除率约65％。

实施例4

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理废水

取废水30L，pH＝11.5，COD为1610mg/L，NH₃-N为2013mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.4mg/L，加入羟基氧化铁25g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为983mg/L，NH₃-N的去除率约51％，废水的COD为812mg/L，有机污染物的去除率约50％。

实施例5

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理废水

取废水30L，调节pH至10，COD为912mg/L，NH₃-N为387mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.2mg/L，加入亚硫酸铁20g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为152mg/L，NH₃-N的去除率约61％，废水的COD为543mg/L，有机污染物的去除率约40％。

实施例6

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理废水

取废水30L，调节pH至12，COD为1230mg/L，NH₃-N为296mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.5mg/L，加入硫酸铁30g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为53mg/L，NH₃-N的去除率约82％，废水的COD为672mg/L，有机污染物的去除率约45％。

实施例7

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理废水

取废水30L，调节pH至11，COD为793mg/L，NH₃-N为453mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.8mg/L，加入零价铁15g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为123mg/L，NH₃-N的去除率约73％，废水的COD为247mg/L，有机污染物的去除率约70％。

实施例8

在一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器中处理废水

取30L，调节pH至12，COD为745mg/L，NH₃-N为1208mg/L。废水经雾化喷嘴喷入吹脱除氨腔，同时在催化氧化池中通入空气，使水中溶解氧浓度为2.0mg/L，加入四氧化三铁6g，经过120分钟后，废水的NH₃-N为432mg/L，NH₃-N的去除率约74％，废水的COD为372mg/L，有机污染物的去除率约50％。

Claims

1.一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法，其特征在于，在一个上部是吹脱除氨腔和下部是活化氧催化氧化池的反应器里，将待处理的含氨有机废水调整pH后，经由反应器上部的吹脱除氨腔上部的雾化喷嘴喷入反应器，同时启动空气泵，将空气经由反应器下部的活化氧催化氧化池底端的微孔曝气板曝入，或者经由所述的微孔曝气板和所述的吹脱除氨腔下部的进气口送入反应器，并调节空气流量，雾化后废水中氨在空气的吹脱下去除，并伴随空气从位于反应器顶端的逸出口溢出后送下一级处理；雾滴落至反应器下部的活化氧催化氧化池，在活化氧催化氧化池中催化剂催化活化分子氧产生强氧化性含氧自由基，氧化去除废水中的有机污染物，经吹脱除氨和催化氧化去除有机物后的水从出水口流出。

2.如权利要求1所述的一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法，其特征在于，所述的催化剂为硫酸亚铁、硫酸铁、零价铁、三氧化二铁、四氧化三铁或羟基氧化铁。

3.如权利要求1所述的一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法，其特征在于，催化剂在废水中的浓度为0.2~1g/L，分子氧通过微孔曝气板溶解空气在废水中，溶解氧浓度为0.5-2.0 mg/L。

4.如权利要求1所述的一种同时去除废水中有机污染物和氨的方法，其特征在于，所述的pH值在10-12范围内。

5.一种同时去除废水中有机污染物和氨的反应器，其特征在于，反应器的结构包括反应器壳体（1）、雾化喷嘴（2）、出水口（3）、催化剂（4）、空气泵（5）、微孔曝气板（6）、氨气逸出口（7）、加料口（8）、排泥口（9）、动力水泵（10）、多孔塔板（11）、吹脱除氨腔（12）、催化氧化池（13）、曝气管（14）、布水管（15）、以及进气口（16）；反应器由上部的吹脱除氨腔（12）和下部的催化氧化池（13）组成；雾化喷嘴（2）均布安装在布水管（15）上，设置在反应器内吹脱除氨腔（12）上部，布水管（15）进口与动力水泵（10）出口连通，多孔塔板（11）设置在反应器内吹脱除氨腔（12）中，位于加料口（8）与雾化喷嘴（2）之间位置，微孔曝气板（6）位于反应器内催化氧化池（13）底端，催化剂（4）在催化氧化池（13）中的微孔曝气板（6）上，空气泵（5）出口与进气口（16）及曝气管（14）连通，曝气管（14）伸入到微孔曝气板（6）下部，出水口（3）位于催化氧化池（13）的上隔板上部进气口（16）的下部，排泥口（9）位于反应器靠近底部，氨气逸出口（7）位于反应器顶部。