專利名稱：一種高濃度有機氨氮廢水的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高濃度有機氨氮廢水的處理方法，具體是一種利用功率 間歇超聲波結(jié)合過氧化氫氧化來協(xié)同處理高濃度有機氨氮廢水的方法。
背景技術(shù)：
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展和城市人口的日益膨脹，含氮化合物的排放 量近年來急劇增加，已成為環(huán)境的主要污染源而引起各界的關(guān)注。尤其是大 量不易降解含氮有機物的隨意排放，^ 1起水體中藻類及其他微生物大量繁殖，造成水體富營養(yǎng)化，嚴重威脅到人類和水中生物的生存。ADC發(fā)泡劑生產(chǎn)過 程中產(chǎn)生的氨氮廢水就是含氮有機物污染的重要來源之一。ADC發(fā)泡劑學(xué)名 偶氮二曱酰胺，又稱偶氮二酰胺，分子式C2H4N402,外觀呈淡黃色的結(jié)晶粉 末，是發(fā)氣量最大、性能最優(yōu)越、用途最廣泛的發(fā)泡劑之一。目前我國主要 采用尿素法生產(chǎn)ADC發(fā)泡劑，其酸性縮合工藝會產(chǎn)生大量的氨氮廢水，因其 含有大量的無機鹽以及有機胺類和偶氮類物質(zhì)，4艮難處理。近年來，由于對 ADC發(fā)泡劑的需求增長，氨氮廢水處理技術(shù)的開發(fā)又明顯滯后于工業(yè)生產(chǎn)， 導(dǎo)致氨氮廢水處理技術(shù)落后、處理成本高，實際的情況是大量氨氮廢水未經(jīng) 任何處理就排入周圍環(huán)境，造成嚴重污染的同時也造成了資源的巨大浪費。目前，國內(nèi)主要采用空氣吹脫法處理氨氮廢水。此法是將廢水pH值調(diào)節(jié) 到10.5 ~ 11.5的范圍內(nèi)，空氣不斷吹入廢水中，使氣相和液相充分接觸，形 成氣液傳質(zhì)，使氨氣逸出，脫離液相，從而達到降低廢水中氨氮濃度的目的。 這種方法廣泛用于處理中高濃度的氨氮廢水?？諝獯得摲ù嬖诘闹饕毕菰?于僅能夠?qū)U水中的無機氨吹脫出來，對有機氨氮的脫除效果不明顯，導(dǎo) 致出水的COD含量依然很高，不能達到排放標準，且后續(xù)也不易采用生物法 降解。另外，由于NH3極易溶于水的物理性質(zhì)，使得單純的空氣吹脫工藝很 難將氨氮含量降至100mg/L以下，因此要考慮將吹脫與其他新型、高效的廢 水處理工藝相結(jié)合使用的必要性。超聲波有機廢水處理技術(shù)是新興的高級氧化技術(shù)的一種，主要通過將功 率超聲引入水中，利用其空化效應(yīng)降解水中的有機污染物，具有設(shè)備簡單、 操作方便、反應(yīng)條件溫和適用范圍廣等特點。為了提高廢水處理的效果，降 低能耗，必須提高聲能-空化能的轉(zhuǎn)化效率和空化效應(yīng)的利用率，這是超聲波 處理有機廢水技術(shù)工業(yè)化需要解決的主要問題。發(fā)明內(nèi)容針對目前超聲波處理有機廢水的不足之處，本發(fā)明首次采用間歇超聲技術(shù)與過氧化氫協(xié)同作用的方法來處理ADC發(fā)泡劑生產(chǎn)中產(chǎn)生的高濃度有機氨 氮廢水。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是主要利用功率超聲波在溶 液中產(chǎn)生的空化效應(yīng)來為有機氨氮廢水的降解提供良好的反應(yīng)環(huán)境，并且與 具有極強氧化性、對環(huán)境友好的過氧化氫協(xié)同作用，有利于提高空化效應(yīng)和 有機氨氮的去除率。一種有機氨氮廢水的處理方法，其特征在于，包括以下步驟 1)預(yù)處理將氨氮濃度為2000-4000 mg/L的有機氨氮廢水升溫至50 ~80°C,調(diào)節(jié)pH值至7 13;2 )對經(jīng)過預(yù)處理的有機氨氮廢水釆用功率間歇超聲波與過氧化氫協(xié) 同處理，進行有機氨氮的降解；過氧化氫的質(zhì)量百分濃度為30-40%;其中， 超聲波的頻率為30-240kHz;功率為50 1200W;間歇方式采取0.1 20 min開、0.1 20min關(guān)，周期進行，廢水在超聲波反應(yīng)器中的停留時間為20 ~ 240 min。進一步,超聲波的頻率為40kHz;功率為100W;間歇方式采取lmin開、 lmin關(guān)，周期進行。其技術(shù)效果特點在于 1) 利用超聲的空化效應(yīng)和傳質(zhì)效應(yīng)。溶液介質(zhì)在足夠大振幅的超聲波聲壓 作用下，發(fā)生斷裂，形成微泡，微泡進一步長大為空化氣泡。進入空化 氣泡的水蒸氣在空化效應(yīng)產(chǎn)生的局部高溫和高壓下發(fā)生分裂和鏈式反 應(yīng)，產(chǎn)生'OH;同時，空化泡崩潰產(chǎn)生的沖擊波和射流，使'OH進入整 個溶液。溶液中有機物的超聲化學(xué)反應(yīng)包括熱解反應(yīng)和氧化反應(yīng)兩種類型，為溶液中難以降解的有機氨氮提供了其他方法難以達到的多種降解 途徑。同時，超聲波促使介質(zhì)質(zhì)點處于振動狀態(tài)，加強了質(zhì)點的運動， 起到了加速質(zhì)量傳遞作用。2) 過氧化氫是一種每個分子中有兩個氫原子和兩個氧原子的無色液體，其 穩(wěn)定性較差，常溫常壓下易分解放出氧氣和熱，是一種強氧化劑。在超 聲環(huán)境中能分解產(chǎn)生OH。另外，分解產(chǎn)生的氧氣一方面在溶液中形成 氣泡，P爭低超聲空化閥值，為空化效應(yīng)提供更多的空化核，使溶液中產(chǎn) 生更多的熱點；另一方面，氧分子在功率超聲環(huán)境中極易形成自由基， 這些自由基統(tǒng)稱為Reactive Oxygen Species (ROS)，氧化性極強，能大大 提高聲能-空化能的轉(zhuǎn)化效率、空化效應(yīng)的利用率和有機氨氮的降解效 果，還可減少曝氣，節(jié)約電耗與氣耗。3) 采用間歇超聲技術(shù)，在超聲間歇期間可延緩溶液中空化核的生長與崩 潰，有利于空化核的積累與有機氨氮的均勻擴散至空化氣泡界面參與熱 解反應(yīng)，既可提高空化效率與有機氨氮的降解率，又可節(jié)約能耗，達到 節(jié)能的目的。
具體實施方式
該處理方法是這樣實現(xiàn)的含有高濃度有機氨氮的廢水進入杯式超聲波反應(yīng)器，在超聲波與過氧化 氫的協(xié)同作用下進行熱解反應(yīng)和氧化反應(yīng)，處理后的有機氨氮廢水經(jīng)過側(cè)面 的出水管排出反應(yīng)器。所述杯式超聲反應(yīng)器是一個不銹鋼的箱體結(jié)構(gòu)，底部安裝有換能器和 加熱裝置，其他參數(shù)為超聲頻率為30 240kHz，功率為50 1200W,處 理容積為4L。間歇方式0.1 20min開，0.1 20min關(guān)，周期進行。經(jīng)實驗 優(yōu)選lminON， lminOFF,超聲頻率40kHz，功率100W。在具體實施本發(fā)明的時候，采用在廢水中直接加入氫氧化鈉溶液的方法 來調(diào)節(jié)進入反應(yīng)器中的廢水pH值于7 ~ 13，這也是ADC發(fā)泡劑縮合工藝中 產(chǎn)生氨氮廢水經(jīng)空氣吹脫去除大部分無機氨氮時的pH值范圍。廢水的降解處 理是采用濃度為30 ~ 40 %的過氧化氫直接滴加入廢水中與超聲協(xié)同作用的。 處理后的有機氨氮廢水經(jīng)過側(cè)面的出水管排出反應(yīng)器。由于物質(zhì)的聲吸收特性，會引起能量射入物質(zhì)后，部分超聲能量將轉(zhuǎn)變 成熱能，并使物質(zhì)溫度升高，即超聲波的熱效應(yīng)。如不加以控制，廢水溫度最終可以達到65 ~ 75 。C。通過我們研究發(fā)現(xiàn)，在0 ~ 60 。C內(nèi)隨著溫度的升高 超聲對有機氨氮的降解率升高，超過60。C后降解率開始下降，且增加能耗。 故選用恰當?shù)奶幚頊囟群涂販胤椒梢越档统晱U水處理的綜合能耗。在具 體實施本發(fā)明的時候，調(diào)節(jié)有機氨氮廢水溫度為50 80。C，采用水浴的形式 控制反應(yīng)器中廢水的溫度。本發(fā)明綜合利用間歇超聲技術(shù)與過氧化氫氧化的協(xié)同作用機理，大大降 低了空化閥值，提高了空化效率。此方法可以迅速、高效、穩(wěn)定地降解ADC 發(fā)泡劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度有才幾氨氮廢水。實施例1取50mL高濃度有機氨氮廢水(氨氮濃度為2000mg/L)，廢水中含有聯(lián) 二脲、尿素、7jc合肼。在超聲波反應(yīng)器中水浴加熱至50。C后在廢水中直接力口 入2.5 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值至13。開啟間歇超聲，采用0.5 min ON、 0.5 min OFF的方式周期進行，同時將1 mL 30 %的H202滴加入廢水中。間 歇超聲波處理20分鐘，超聲頻率為30kHz，功率為50 W。處理后廢水中的 有機氨氮去除率為75 °/0。實施例2取50 mL高濃度有機氨氮廢水(氨氮濃度為4000 mg/L ),廢水中含有 聯(lián)二脲、尿素、水合肼。在超聲波反應(yīng)器中水浴加熱至60 。C后經(jīng)2.5 mol/L氳 氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至11后進入反應(yīng)器，開啟間歇超聲，采用1 min ON、 1 min OFF的方式周期進行，同時將1 mL 30 %的H202滴加入廢水中。間歇超聲波 處理60分鐘，超聲頻率為40kHz，功率為100 W。處理后廢水中的有機氨氮 去除率為93 %。實施例3取50 mL高濃度有機氨氮廢水(氨氮濃度為4000 mg/L ),廢水中含有聯(lián) 二脲、尿素、水合肼。在超聲波反應(yīng)器中水浴加熱至70。C后經(jīng)2.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9后進入反應(yīng)器，開啟間歇超聲，采用5minON、 5 min OFF的方式周期進行，同時將1 mL 40 %的H202滴加入廢水中。間歇超聲波 處理120分鐘，超聲頻率為120kHz，功率為350W。處理后廢水中的有沖幾氨 氮去除率為83 %。實施例4取50 mL高濃度有機氨氮廢水(氨氮濃度為2650.5 mg/L )，廢水中含 有聯(lián)二脲、尿素、7JC合肼。在超聲^L^應(yīng)器中水浴加熱至80。C后經(jīng)2.5mol/L 氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7后進入反應(yīng)器，開啟間歇超聲，采用10minON、 10minOFF的方式周期進行，同時將1 mL 35 %的H202滴加入廢水中。間 歇超聲處理180分鐘，超聲頻率為180kHz，功率為700W。處理后廢水中的 有機氨氮去除率為84%。實施例5取50 mL有機氨氮廢水(氨氮濃度為2650.5 mg/L )，廢水中含有聯(lián)二脲、 尿素、水合肼。在超聲波反應(yīng)器中水浴加熱至60。C后經(jīng)2.5mol/L氫氧化鈉 溶液調(diào)節(jié)pH至11后進入反應(yīng)器，開啟間歇超聲，采用20 min ON、 20 min OFF 的方式周期進行，同時將1 mL 30 %的H202滴加入廢水中。間歇超聲波處理 240分鐘，超聲頻率為240kHz,功率為1200 W。處理后廢水中的有機氨氮去 除率為78%。
權(quán)利要求
1.一種有機氨氮廢水的處理方法，其特征在于，包括以下步驟1)預(yù)處理將氨氮濃度為2000～4000mg/L的有機氨氮廢水升溫至50～80℃，調(diào)節(jié)pH值至7～13；2)對經(jīng)過預(yù)處理的有機氨氮廢水采用功率間歇超聲波與過氧化氫協(xié)同處理，進行有機氨氮的降解；過氧化氫的質(zhì)量百分濃度為30～40％；其中，超聲波的頻率為30～240kHz；功率為50～1200W；間歇方式采取0.1～20min開、0.1～20min關(guān)，周期進行，廢水在超聲波反應(yīng)器中的停留時間為20～240min。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于超聲波的頻率為40 kHz;功率為100W;間歇方式采取lmin開、1 min關(guān)，周期進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機氨氮廢水的處理方法，用于處理ADC發(fā)泡劑生產(chǎn)中產(chǎn)生的高濃度有機氨氮廢水。此方法采用間歇超聲波與過氧化氫協(xié)同作用技術(shù)，包括以下主要步驟a.升高廢水溫度，調(diào)節(jié)其pH值；b.廢水在間歇超聲波及過氧化氫的協(xié)同作用下進行降解處理。本發(fā)明提高了超聲波的空化效應(yīng)，優(yōu)化了反應(yīng)傳質(zhì)，降低了有機廢水超聲處理的能耗，提高了有機氨氮的去除效率。
文檔編號C02F9/08GK101624245SQ200910089078
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者笛 吳, 文利雄, 陳建峰 申請人:北京化工大學(xué)