申请日2014.11.04
公开(公告)日2015.03.25
IPC分类号C02F1/78; C02F1/58; C02F1/72
摘要
本发明涉及氨氮废水处理技术，特别是金属氧化物催化臭氧氧化处理中低浓度氨氮废水工艺。本发明包括以下步骤：将流速为100mL/min的O2通入中低浓度氨氮废水中并加热到30～80℃;在此温度下，把催化剂氧化钴(Co3O4)粉末按0.2～3.0g/L加入到氨氮废水中，并将通入气体改为混合气体O3/O2(50～120mg/L的O3，总流速保持为100mL/min)，开始催化氧化水中氨氮，持续氧化2～8h，NH4+-N转化率达到37～73%，且产物中NO3—含量为2～21%。本发明净化效率高、流程简单、无二次污染。
权利要求书
1.一种金属氧化物氧化钴作催化剂催化臭氧氧化处理中低浓度氨氮废水工艺，其特征 是：包括以下步骤：将流速为100mL/min的O2通入氨氮浓度在80～140mg/L的中低浓度氨氮 废水中并加热到30～80℃;在此温度下，把催化剂Co3O4粉末按0.2～3.0g/L加入到氨氮废水中， 然后通入混合气体O3/O2，其中O3为50～120mg/L，总流速保持为100mL/min;开始催化氧 化水中氨氮，持续氧化时间2～8h，结果NH4+-N转化率达到37～73%，且产物中NO3—含量为 2～21%。
2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物氧化钴作催化剂催化臭氧氧化处理中低浓度 氨氮废水工艺，其特征是：优选方案为：将流速为100mL/min的O2通入140mg/L氨氮废水中 并加热到60℃;在此温度下，把1.0g/L氧化钴粉末加入到氨氮废水中，然后通入混合气体 O3/O2，其中O3为90mg/L，总流速保持为100mL/min;开始催化氧化水中氨氮，持续氧化6h， 结果NH4+-N转化率达到73%，且产物中NO3—含量为9%。
说明书
金属氧化物催化臭氧氧化处理中低浓度氨氮废水工艺
技术领域
本发明涉及氨氮废水处理技术，特别是金属氧化物催化臭氧氧化处理中低浓度氨氮废水 工艺。
背景技术
工业上高浓度氨氮废水一般通过吹脱法直接转换成为中低浓度氨氮废水。当水中的氨氮 富集后，会抑制自然硝化，引起水体缺氧，导致鱼类中毒，降低水体自净能力。因此中低浓 度氨氮废水对环境的危害同样很大，亟需再进行处理。目前低浓度氨氮废水处理技术主要有 离子交换法、折点氯化法、生物法等。离子交换法存在吸附量小、再生频繁等缺点;折点氯 化法处理成本高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染;生物法的硝化产物NO3—需被 厌氧生物转化为N2，且在重金属等有毒化合物存在时生物法中的微生物活性将受到抑制，另 外生物法还存在严格的pH、营养源、废水温度等缺点。
湿式催化氧化法因其能选择性氧化氨氮为N2而受到人们的青睐。但现有的湿式催化氧化 法处理水中氨氮通常需要高温(≧150℃)高压，有些还需要使用贵金属做催化剂，有些会 产生NO3、NO2等比氨氮毒害性更强的氧化产物。如果氧化分解水中的氨氮在100℃以下、 且常压下即能进行、产物中大部分均为N2，那实际应用将非常方便。
近些年催化臭氧氧化技术常用于常温下净化分解水中有机物。事实上，各种金属氧化物 和贵金属做催化剂也有用于催化氧化水中的有机物。据调查，虽然目前常有氨气(NH3)的 非催化氧化以及同质催化氧化水中氨氮(NH4+)的文献报道，但还没有异质催化氧化水中氨 氮的报道。因此，开发一种净化效率高、流程简单、无二次污染的工艺技术已经成为湿式催 化氧化法的研究热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服上述缺陷的金属氧化物催化臭氧氧化处理中低浓度氨氮废 水工艺。
本发明的技术方案：一种金属氧化物氧化钴(Co3O4)作催化剂催化臭氧氧化处理中低 浓度氨氮废水工艺，包括以下步骤：将流速为100mL/min的O2通入中低浓度氨氮废水中并加 热到30～80℃;在此温度下，把催化剂氧化钴(Co3O4)粉末按0.2～3.0g/L加入到氨氮废水中， 并将通入气体改为混合气体O3/O2(50～120mg/L的O3，总流速保持为100mL/min)，开始催 化氧化水中氨氮，持续氧化2～8h，NH4+-N转化率达到37～73%，且产物中NO3—含量为2～21%。
金属氧化物氧化钴催化臭氧氧化处理中低浓度氨氮废水工艺，最佳参数条件为：将流速 为100mL/min的O2通入140mg/L氨氮废水中并加热到60℃。在此温度下，1.0g/L氧化钴粉末 加入到氨氮废水中，并将通入气体改为混合气体O3/O2(90mg/L的O3，总流速保持为100 mL/min)，开始催化氧化水中氨氮，持续氧化6h。NH4+-N转化率达到73%，且产物中NO3—含 量为9%。
本发明净化效率高、流程简单、无二次污染。它不同于氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3) 作催化剂的催化臭氧氧化工艺，氧化镁可将94%的水中氨氮转化分解，但氨氮分解产物80% 为NO3;氧化铝在臭氧氧化过程中催化性能较低，但氨氮分解产物中51%为NO3;而氧化 钴做催化剂的催化臭氧氧化工艺中，73%的水中氨氮被转化分解，且其分解产物中9%为 NO3，与无催化剂存在时的臭氧氧化产物中NO3含量相当，也就是说氧化钴做催化剂的催 化臭氧氧化产物中的NO3均来源于臭氧同质氧化。
下面对各工艺参数确定作详细说明：
一、考察了氧气通入时的加热温度对催化臭氧氧化氨氮效果的影响，试验条件为：将流 速为100mL/min的O2通入140mg/L氨氮废水中并加热到一定温度。在此温度下，1.0g/L氧化 钴粉末加入到氨氮废水中，并将通入气体改为混合气体O3/O2(90mg/L的O3，总流速保持为 100mL/min)，开始催化氧化水中氨氮，持续氧化6h。加热温度对催化臭氧氧化氨氮效果的 影响见图1。
图1显示，随着加热温度的升高，氨氮被催化转化的效果越好。但过高的温度下，由于 溶液中氧气含量的降低反而导致氨氮被催化转化的效果变差。
二、考察了催化剂氧化钴(Co3O4)的投加量对催化臭氧氧化氨氮效果的影响，试验条 件为：将流速为100mL/min的O2通入140mg/L氨氮废水中并加热到60℃。在此温度下，一定 量的氧化钴粉末加入到氨氮废水中，并将通入气体改为混合气体O3/O2(90mg/L的O3，总流 速保持为100mL/min)，开始催化氧化水中氨氮，持续氧化6h。催化剂投加量对催化臭氧氧 化氨氮效果的影响见图2。
由图2可知，随着催化剂氧化钴投加量的增加，氨氮被催化转化的效果越好。但过高的 投加量导致氨氮处理成本升高。
三、考察了混合气体中臭氧(O3)含量对催化臭氧氧化氨氮效果的影响，试验条件为： 将流速为100mL/min的O2通入140mg/L氨氮废水中并加热到60℃。在此温度下，1.0g/L的氧 化钴粉末加入到氨氮废水中，并将通入气体改为一定比例的混合气体O3/O2(总流速保持为 100mL/min)，开始催化氧化水中氨氮，持续氧化6h。臭氧含量对催化臭氧氧化氨氮效果的 影响见图3。
从图3可以看出，随着臭氧含量的增加，氨氮催化转化率提高;但从图3还可以看到，臭 氧含量增加到90mg/L后，转化产物中NO3含量也随之增加。
四、考察了持续催化氧化时间对催化臭氧氧化氨氮效果的影响，试验条件为：将流速为 100mL/min的O2通入的140mg/L氨氮废水中并加热到60℃。在此温度下，1.0g/L氧化钴粉末 加入到氨氮废水中，并将通入气体改为混合气体O3/O2(90mg/L的O3，总流速保持为100 mL/min)，开始催化氧化水中氨氮，持续催化氧化一定时间。持续催化氧化时间对催化臭氧 氧化氨氮效果的影响见图4。
从图4可以看出，随着持续氧化时间的增加，氨氮催化转化率提高;但6h后氨氮催化转 化率变化不大。