[发明专利]用于氨的氧化的系统和方法

说明书

本公开一般涉及使用电化学法氧化氨。方法和系统可以包括至少一个传感器以测量流出物中氨浓度和/或流出物中氯气的浓度。方法和系统也可以包括与传感器和/或阳极连通的至少一个控制器以降低产生氯的阳极的电流密度，和/或以改变进入反应器的含氨的水的流量。

相关申请的引用

本申请要求2014年10月10日提交的美国临时申请序列号62/062,369的优先权。该申请以参考的形式结合于本文中。

技术领域

本公开一般涉及使用电化学法的氨的氧化。

背景技术

使用氯的氨的氧化可以用于从水例如污水中除去低水平的氨。根据以下反应，氯气在水中快速歧化(disproportionate)以形成次氯酸(HOCl)、水合氢离子(H₃O⁺)和氯离子(Cl^-)：

次氯酸是在25℃下具有7.6pKa的弱酸，并且可以转化成次氯酸根离子(OCl^-)形式的质子。

根据以下反应，次氯酸与氨反应：

2NH₃+3HOCl→N_2(气态)+3H⁺+3Cl-+3H₂O

这意味着1摩尔氨与1.5摩尔氯反应，或按重量计1mg的氨(作为N)需要与7.6mg的氯(作为Cl₂)反应以产生氮气。如果使用更小的比率，则根据以下反应产生无机氯胺：

NH₃+HOCl→NH₂Cl+H₂O

NH₂Cl+HOCl→NHCl₂+H₂O

NHCl₂+HOCl→NCl₃+H₂O

根据pH、温度和氯与氨的比率(Cl₂:N)，一氯胺、二氯胺和三氯胺的混合物具有不同的比例。

主要的其它氧化产物可以是通过以下反应而形成的硝酸盐(NO₃^-)：

NH₄⁺+4HOCl→NO₃^-+4Cl^-+6H⁺+H₂O

期望的是，在氨被氧化后，降低残留在污水中的氯气与水之间的反应所产生的次氯酸和/或次氯酸盐的量。

发明内容

本公开的一个目的是消除或减轻用于使用氯氧化氨的现有方法和系统的至少一个缺点。

在一个方面中，提供了一种用于连续处理包含氨的污水的系统。系统包括在能够由流量控制器改变的流量下将污水接收到系统内的一个入口；由污水中存在的氯离子产生氯的电化学电池(电化学池，electrochemical cell)；具有尺寸和形状的反应区以允许将产生的氯形成次氯酸，并允许次氯酸氧化氨；以及将处理过的污水作为流出物从系统排出的出口。系统进一步包括测定流出物中氨浓度的传感器；测定流出物中氯浓度的传感器；和至少一个控制器，其与氨传感器、氯传感器或两者；以及电化学电池的阳极、流量控制器或这两者连通。至少一个控制器控制以下至少之一：电化学电池的阳极的电流密度；以及由入口接收的污水的流量。

系统也可以包括：第二氨传感器，其测定被接收到系统内的污水中的氨浓度；和与第二氨传感器和电化学电池的阳极连通的至少一个控制器。至少一个控制器控制电化学电池的阳极的电流密度。