CN108059303A - 一种去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，包括集水井、粗格栅、斜板沉淀池、曝气硝化池、高压放电有机铑催化聚合反应槽、净水池、弱硝化棉烘干成形系统等。本系统创造性的利用了高压电弧所产生的高能放电量效应，处于此条件下的废水中硝酸根离子，在过度金属元素铑的有机化合物表面发生催化聚合反应，使废水中硝酸根离子的离子键断裂并重组，能够生成硝酸纤维素，可被收集并实现资源的再利用（制造电影胶片、赛璐珞和硝基清漆等）；同时，由于此反应在液态基体中进行，因此反应效率和速度均受到控制，只能生成弱硝化棉，杜绝了含氮量更高的强硝化棉或胶棉的生成，从而消除了运行中发生爆炸的风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
硝酸盐氮是对地表水和地下水造成污染的主要污染物之一，同时也是地表水体富营养化的“罪魁祸首”。世界上每年的固氮量远远超过通过反硝化作用所释放的氮元素量，从而导致硝酸盐氮在水环境中的积累，使自然界中各种水体的含氮量大大超标。
目前，世界范围内的硝酸盐氮污染已经越来越严重。例如，意大利的PRIN研究报告表明：国家虽然努力从集约型农业方面减少硝酸盐氮的排放，但硝酸盐氮仍然是托斯卡纳地区的重要污染物之一，约35%的地表水体中硝酸盐氮含量都超过50mg/L；美国亚拉巴马州近两年的河流流域调查报告都指出：该州中部和东北部大部分流域的硝酸盐氮含量都超过了63mg/L，其他地区有的甚至超过了112mg/L；德国50%的农业灌溉用水的硝酸盐氮含量已超过60mg/L；法国巴黎附近地区的硝酸盐氮含量已经达到180mg/L。
欧美地区水体硝酸盐氮超标现象如此严重，我国水环境的硝酸盐氮污染现状同样不容乐观。近期，长春市77个地下水井的监测资料显示：“三氮”的检出率都达到了100%，硝酸盐氮的超标率都维持在较高水平；天津地区对201个地表水点位进行了硝酸盐氮污染现状调查研究，结果表明：大部分工业区和农垦区的地表水体硝酸盐污染状况十分严重。
水中的硝酸盐是在有氧环境下，各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物，亦是含氮有机物经无机化作用最终阶段的分解产物。硝酸盐本身毒性很低，但是它进入人体后可被还原为亚硝酸盐，毒性加大，是硝酸盐毒性的11倍。与此同时，水环境中的硝酸盐和亚硝酸盐在各种含氮有机物（胺、酰胺、尿素、胍、氰胺）的作用下，还可形成化学稳定性、致癌和致突变机制不同的N-亚硝基胺和亚硝基酰胺的各种N-亚硝基族化合物。
现有的硝酸盐氮脱除方法包括：
（1）物理去除法：主要包括膜分离法（电渗析、反渗透）和离子交换法等。
（2）化学还原法：主要包括活波金属还原法和催化还原法等。
（3）生物分解法：在缺氧状态下硝酸盐氮作为脱氮菌呼吸链的末端电子受体而被还原为N2O或N2的过程。
上述传统治理方法均存在一定的缺点，如投资与运行费用高、物料消耗大、硝酸盐氮去除效率低等。因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，创造出新的脱氮途径，进而开发一种全新形式的硝酸盐氮处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，该系统包括集水井、粗格栅、斜板沉淀池、曝气硝化池、高压放电有机铑催化聚合反应槽、净水池、弱硝化棉烘干成形系统；其中含硝酸盐氮的工业废水通过废水管线进入集水井，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，在此去除工业废水中的大直径固体物质，粗格栅的出口通过废水管线连接斜板沉淀池，在此进一步去除废水中的不溶物质，斜板沉淀池的出口通过废水管线连接曝气硝化池，在此将废水中的含氮物质全部转化为硝酸盐氮类，曝气硝化池的出口通过废水管线连接高压放电有机铑催化聚合反应槽，高压放电有机铑催化聚合反应槽的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排，同时，高压放电有机铑催化聚合反应槽中生成的硝酸纤维素通过颗粒物排放口排出，并进入弱硝化棉烘干成形系统，弱硝化棉经烘干脱水及压制成形后可被回收利用；其中，高压放电有机铑催化聚合反应槽的外层包裹有槽体绝缘保护层，内部为碳化硅陶瓷结构，反应槽的右上部设有进水阀门，左下部设有出水阀门，槽体中央部分安装有二氯四羰基二铑多孔填料，填料层下部连接有颗粒物排放口，左、右两侧壁板正中各安装有一支高压放电电极，在反应槽底部左、右两侧各装有一支搅拌桨叶，工业废水通过高压放电有机铑催化聚合反应槽的进水阀门进入反应槽内部，高压放电电极每间隔0.1s进行一次高压放电，会在反应槽中产生一道横贯槽体左右的高压电弧，高压电弧所产生的高能量被废水中的硝酸根离子吸收，硝酸根离子中的离子键受到能量激发处于不稳定状态，并在二氯四羰基二铑的表面催化作用下发生键断裂并重组，最终生成硝酸纤维素颗粒物（弱硝化棉），反应生成的硝酸纤维素颗粒物直接从颗粒物排放口排出，同时，经过反应净化后的工业废水通过出水阀门排出反应槽并进入净水池中。其中，弱硝化棉烘干成形系统的作用是将反应生成的硝酸纤维素颗粒物脱水并烘干，再经过挤压成形，最终制成弱硝化棉块供回收再利用。
其高压放电有机铑催化聚合反应槽采用二氯四羰基二铑作为聚合反应催化剂，其高压放电电极的放电间隔为0.1s，放电电压范围为8500~15000V，二氯四羰基二铑填料的孔径为5.2mm，比表面积为6.5cm2/g，反应槽的有效容积为133m3。
其弱硝化棉烘干成形系统的烘干温度为70~85℃，压制成形的弱硝化棉块规格为1.5cm×1.0cm×1.0cm。
弱硝化棉是一种含氮的有机高分子聚合物，其分子式为：[C6H7O2（ONO2）a（OH）3-a]n，其中a为酯化度，n为聚合度。它属于硝酸纤维素的一种，其外形为白色纤维状，物理性质与棉花基本相同。弱硝化棉的含氮量为8~12%，可用于生产电影胶片、赛璐珞和硝基清漆等材料。
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的废水硝酸盐氮脱除模式，创造性的采用了物理手段与化学方法相结合的技术路线，通过能量效应与聚合催化效应的直接作用，使硝酸根离子中的离子键发生键断裂并重组，最终生成硝酸纤维素颗粒物（弱硝化棉），从而实现了氮元素资源的回收利用。通过本系统处理后的工业废水，其硝酸盐氮的去除率达到99.5%，并且弱硝化棉的转化率在90%以上
（2）本系统采用了二氯四羰基二铑多孔填料的设计，使废水能够充分与催化剂发生接触反应，提高了转化效率，提升了整个系统的处理能力。
（3）本系统中的二氯四羰基二铑聚合催化剂具有使用寿命长和不易发生催化剂中毒的特点，从而实现了处理系统的低运维成本和长时间运行。
（4）本系统的催化反应在液态基体中进行，因此反应效率和速度均受到控制，只能生成弱硝化棉，杜绝了含氮量更高的强硝化棉或胶棉的生成，从而消除了运行中发生爆炸的风险。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-集水井、2-粗格栅、3-斜板沉淀池、4-曝气硝化池、5-高压放电有机铑催化聚合反应槽、6-净水池、7-弱硝化棉烘干成形系统
图2是高压放电有机铑催化聚合反应槽的示意图。
51-高压放电电极、52-二氯四羰基二铑多孔填料、53-槽体绝缘保护层、54-进水阀门、55-出水阀门、56-搅拌桨叶、57-颗粒物排放口
具体实施方式
如图1所示的去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，该系统包括集水井1、粗格栅2、斜板沉淀池3、曝气硝化池4、高压放电有机铑催化聚合反应槽5、净水池6、弱硝化棉烘干成形系统7等；其中含硝酸盐氮的工业废水通过废水管线进入集水井1，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井1的出口通过废水管线连接粗格栅2，在此去除工业废水中的大直径固体物质，粗格栅2的出口通过废水管线连接斜板沉淀池3，在此进一步去除废水中的不溶物质，斜板沉淀池3的出口通过废水管线连接曝气硝化池4，在此将废水中的含氮物质全部转化为硝酸盐氮类，曝气硝化池4的出口通过废水管线连接高压放电有机铑催化聚合反应槽5，高压放电有机铑催化聚合反应槽5的出口通过废水管线连接净水池6，净水池6的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排，同时，高压放电有机铑催化聚合反应槽5中生成的硝酸纤维素通过颗粒物排放口57排出，并进入弱硝化棉烘干成形系统7，弱硝化棉经烘干脱水及压制成形后可被回收利用；其中，高压放电有机铑催化聚合反应槽5的外层包裹有槽体绝缘保护层53，内部为碳化硅陶瓷结构，反应槽的有效容积为133m3，反应槽的右上部设有进水阀门54，左下部设有出水阀门55，槽体中央部分安装有二氯四羰基二铑多孔填料52，作为聚合反应催化剂，填料的孔径为5.2mm，比表面积为6.5cm2/g，填料层下部连接有颗粒物排放口57，左、右两侧壁板正中各安装有一支高压放电电极51，在反应槽底部左、右两侧各装有一支搅拌桨叶56，工业废水通过高压放电有机铑催化聚合反应槽5的进水阀门54进入反应槽内部，高压放电电极51每间隔0.1s进行一次高压放电，放电电压范围为8500~15000V，会在反应槽中产生一道横贯槽体左右的高压电弧，高压电弧所产生的高能量被废水中的硝酸根离子吸收，硝酸根离子中的离子键受到能量激发处于不稳定状态，并在二氯四羰基二铑的表面催化作用下发生键断裂并重组，最终生成硝酸纤维素颗粒物（弱硝化棉），反应生成的硝酸纤维素颗粒物直接从颗粒物排放口57排出，同时，经过反应净化后的工业废水通过出水阀门55排出反应槽并进入净水池6中。其中，弱硝化棉烘干成形系统7的作用是将反应生成的硝酸纤维素颗粒物脱水并烘干，再经过挤压成形，最终制成弱硝化棉块供回收再利用，其弱硝化棉烘干成形系统的烘干温度为70~85℃，压制成形的弱硝化棉块规格为1.5cm×1.0cm×1.0cm，弱硝化棉的含氮量为8~12%。
通过本系统处理后的工业废水，其硝酸盐氮的去除率达到99.5%，并且弱硝化棉的转化率在90%以上。
Claims (4)
1.一种去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于，该系统包括集水井、粗格栅、斜板沉淀池、曝气硝化池、高压放电有机铑催化聚合反应槽、净水池、弱硝化棉烘干成形系统等；其中含硝酸盐氮的工业废水通过废水管线进入集水井，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接斜板沉淀池，斜板沉淀池的出口通过废水管线连接曝气硝化池，曝气硝化池的出口通过废水管线连接高压放电有机铑催化聚合反应槽，高压放电有机铑催化聚合反应槽的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排，同时，高压放电有机铑催化聚合反应槽中生成的硝酸纤维素通过颗粒物排放口排出，并进入弱硝化棉烘干成形系统，经烘干脱水及压制成形得到弱硝化棉可被回收利用；其中，高压放电有机铑催化聚合反应槽的外表面包裹有槽体绝缘保护层，内部为碳化硅陶瓷结构，反应槽的右上部设有进水阀门，左下部设有出水阀门，槽体中央部分安装有二氯四羰基二铑多孔填料，作为聚合反应催化剂，填料层下部连接有多个颗粒物排放口，左、右两侧壁板正中各安装有一支高压放电电极，在反应槽底部左、右两侧各装有一支搅拌桨叶，工业废水通过高压放电有机铑催化聚合反应槽的进水阀门进入反应槽内部，高压放电电极每间隔0.1s进行一次高压放电，会在反应槽中产生一道横贯槽体左右的高压电弧，高压电弧所产生的高能量被废水中的硝酸根离子吸收，硝酸根离子中的离子键受到能量激发处于不稳定状态，并在二氯四羰基二铑的表面催化作用下发生键断裂并重组，最终发生聚合反应生成硝酸纤维素颗粒物，反应生成的硝酸纤维素颗粒物直接从颗粒物排放口排出，同时，经过反应净化后的工业废水通过出水阀门排出反应槽并进入净水池中；其中，弱硝化棉烘干成形系统的作用是将反应生成的硝酸纤维素颗粒物脱水并烘干，再经过挤压成形，最终制成弱硝化棉块供回收再利用。
2.根据权利要求1所述的去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于，高压放电有机铑催化聚合反应槽，其高压放电电极的放电电压范围约为8500~15000V，二氯四羰基二铑填料的孔径为5.2mm，比表面积为6.5cm2/g，反应槽的有效容积为133m3。
3.根据权利要求1所述的去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于，弱硝化棉烘干成形系统的烘干温度为70~85℃，压制成形的弱硝化棉块规格为1.5cm×1.0cm×1.0cm。
4.根据权利要求1所述的去除工业废水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于，弱硝化棉是一种硝酸纤维素，为白色纤维状，含氮量约为8~12%。
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