本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及一种含酰胺态氮和硝态氮的氮肥及处理含浓硝酸废水的方法。
背景技术：
目前，芯片厂生产芯片过程中，会产生一种浓硝酸废水，废水中硝酸浓度(质量百分比)高达95％，含浓硝酸的废水一直采用稀释后用碱性物质中和的工艺进行处理，处理过程中需要消耗大量清水及碱性物质，对处理产物进行精加工的生产成本过高，造成无法对其进行综合利用，排放入水体后，造成水体严重富营养化，容易对水体造成二次污染；因此上述方法存在废水净化难度大、工艺流程长、生产成本高、易造成二次污染等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种处理含浓硝酸废水的方法，该方法具有高效、可靠、工艺流程简单、操作简便和成本低廉的优点。
本发明的第二目的在于提供一种含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，该氮肥采用上述方法制备得到，采用上述方法制备氮肥的效率高、环境友好、节约水资源。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
首先配制含羰基的碱性物质的溶液，然后，在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
本发明中，利用含羰基的碱性物质中的羰基结构与硝酸根氮氧单键结构的醇解反应，使上述溶液与硝酸根反应生成含酰胺态氮及硝态氮的氮肥，从而达到使废水中硝酸无害化的有益效果；此外，本发明还可对废水中的盐酸进行处理，使其无害化。该方法具有高效、可靠、工艺流程简单、操作简便和成本低廉的优点，反应仅需0.5-2小时，氮转化率高，经处理后的含浓硝酸废水中所含余氮的质量百分比仅为0.01-0.1％。
进一步地，所述含羰基的碱性物质的溶液的溶剂为水，或，固液分离后的溶液和清洗氮肥后的水。
当选用固液分离后的溶液和清洗氮肥后的水作为溶剂可以在后续工艺中实现循环使用，能够减少新鲜水的加入，实现整体工艺不产生新污染物，不对环境造成二次污染，同时实现资源综合利用，节约水资源的目标。
优选地，在所述含羰基的碱性物质的溶液中，所述含羰基的碱性物质与所述溶剂的体积比为1-2：1；本发明中，上述体积比典型但非限制性的为1：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.4：1、1.5：1、1.6：1、1.7：1、1.8：1、1.9：1或2：1。
优选地，所述含浓硝酸废水与所述含羰基的碱性物质的溶液的体积比为1-2：1；本发明中，上述体积比典型但非限制性的为1：1、1.1：1、1.2：1、1.3：1、1.4：1、1.5：1、1.6：1、1.7：1、1.8：1、1.9：1或2：1。
上述方法中，通过控制所述含羰基的碱性物质与所述溶剂的体积比和所述含浓硝酸废水与所述含羰基的碱性物质的溶液的体积比来优化化学反应，使浓硝酸成功转化为含酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
进一步地，所述处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制含羰基的碱性物质的水溶液作为A溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
S3、配制B溶液：所述B溶液由含羰基的碱性物质、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成；
S4、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
上述方法中，A溶液的溶剂为水，B溶液的溶剂为清洗S2中氮肥后的水和S2固液分离后的溶液，显然减少了后续处理工艺中新鲜水的用量，节约水资源。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：S5、配制C溶液：所述C溶液由含羰基的碱性物质、清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液组成；
S6、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到C溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
进一步地，所述含羰基的碱性物质为酰胺，或羧酸和酰胺的混合物。酰胺呈弱碱性，能够与浓硝酸发生醇解反应，生成酰胺态氮和硝态氮的氮肥；羧酸中的羟基被酰胺的胺基取代生成酰胺类物质，新生成的酰胺类物质与浓硝酸发生醇解反应，生成酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
进一步地，所述羧酸为甲酸、乙酸、丙酸和丁酸的任意一种或至少两种的混合物；
所述酰胺为甲酰胺、丙酰胺和碳酰胺的任意一种或至少两种的混合物。
甲酸又名蚁酸，是最简单的羧酸，无色有刺激性气味，甲酸能够与水、乙醇、乙醚和甘油任意混溶，和大多数的极性有机溶剂混溶。乙酸也叫冰醋酸，能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。丙酸(propanoic acid)，又称初油酸，能与水混溶，溶于乙醇、丙酮和乙醚。丁酸又称酪酸，易溶于水，易溶于乙醇、丙二醇、乙醚、大多数挥发油和大部分有机溶剂。甲酰胺是一种化合物，无色透明液体，略有氨味，能与水、甲醇、乙醇、乙酸、丙酮、二氧六环、乙二醇、苯酚和低级酯混溶。丙酰胺为白色片状晶体，溶于水、乙醇、乙醚和氯仿。碳酰胺又称为尿素，为无色或白色针状或棒状结晶体，溶于水、甲醛、液态氨和醇。
进一步地，所述搅拌的搅拌速度为10-200r/min。本发明中，上述搅拌速度典型但非限制性的为10r/min、20r/min、30r/min、40r/min、50r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、100r/min、110r/min、120r/min、130r/min、140r/min、150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、190r/min或200r/min。
需要说明的是，反应过程中应保证反应温度在30-50℃的范围内。
进一步地，所述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
进一步地，所述处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制含羰基的碱性物质的水溶液作为A溶液，其中，所述含羰基的碱性物质与水的体积比为1-2：1；
S2、搅拌A溶液的同时将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，所述含浓硝酸废水与所述A溶液的体积比为1-2：1；
S3、配制B溶液：所述B溶液由含羰基的碱性物质、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成，其中，清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液的体积之和与所述含羰基的碱性物质的体积的比例为1：1-2；
S4、搅拌B溶液的同时将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，所述含浓硝酸废水与所述B溶液的体积比为1-2：1；
S5、配制C溶液：所述C溶液由含羰基的碱性物质、清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液组成，其中，清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液的体积之和与所述含羰基的碱性物质的体积的比例为1：1-2；
S6、搅拌C溶液的同时将含浓硝酸废水加入到C溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，所述含浓硝酸废水与所述C溶液的体积比为1-2：1；
所述搅拌的搅拌速度为10-200r/min；所述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
上述处理含浓硝酸废水的方法羰基结构与硝酸根氮氧单键结构的醇解反应，使上述溶液与硝酸根反应生成含酰胺态氮及硝态氮的氮肥，从而达到使废水中硝酸无害化的有益效果；同时采用逆向分段处理技术，循环使用清洗氮肥后的水以及固液分离后的溶液作为B溶液和C溶液的溶剂，不但能够减少二次污染，还能减少新鲜水的用量，节约了水资源，既减少了污水量、减轻了污水处理难度，又减少了成本；当上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水时，还能定向富集废水中的铜离子，为后续收集金属铜的工艺创造有利条件。
需要说明的是，上述固液分离采用离心分离法，将含酰胺态氮和硝态氮的氮肥固体分离出来，包装入库即可。
本发明还提供了一种含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，该氮肥是由上述方法制备得到的，采用上述方法制备氮肥的效率高、环境友好、节约水资源。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种处理含浓硝酸废水的方法具有高效、可靠、工艺流程简单、操作简便和成本低廉的优点，反应仅需0.5-2小时，氮转化率高，经处理后的含浓硝酸废水中所含余氮的质量百分比仅为0.01-0.1％，转化而成的氮肥可直接作为农作物的肥料，因此上述方法在保护了环境的同时还创造了有益的资源，经济效益好。
另外，通过控制所述含羰基的碱性物质与所述溶剂的体积比和所述含浓硝酸废水与所述含羰基的碱性物质的溶液的体积比来优化化学反应，使浓硝酸成功转化为含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；当选用固液分离后的溶液和清洗氮肥后的水作为溶剂可以在后续工艺中实现循环使用，能够减少新鲜水的加入，实现整体工艺不产生新污染物，不对环境造成二次污染，同时实现资源综合利用，节约水资源的目标；本发明采用的逆向分段处理技术，循环使用清洗氮肥后的水以及固液分离后的溶液作为B溶液和C溶液的溶剂，不但能够减少二次污染，还能减少新鲜水的用量，节约了水资源，既减少了污水量、减轻了污水处理难度，又减少了成本；当上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水时，还能定向富集废水中的铜离子，为后续收集金属铜的工艺创造有利条件。
本发明提供的含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，该氮肥采用上述方法制备得到，采用上述方法制备氮肥的效率高、环境友好、节约水资源。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本发明提供了一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
首先配制含羰基的碱性物质的溶液，然后，在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺的水溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到甲酰胺的水溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥。
实施例2
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺和丙酸的混合物的水溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到甲酰胺和丙酸的混合物的水溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
其中，甲酰胺和丙酸的混合物的体积之和与水的体积的比例为1.5：1；
上述搅拌的搅拌速度为30r/min；上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为1：1。
实施例3
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺、丙酰胺和乙酸的混合物的水溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到甲酰胺、丙酰胺和乙酸的混合物的水溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
其中，上述甲酰胺、丙酰胺和乙酸的混合物的体积之和与水的体积的比例为2：1；
上述搅拌的搅拌速度为90r/min；上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为1.2：1；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
实施例4
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物的水溶液作为A溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
S3、配制B溶液：所述B溶液由甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成；
S4、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
其中，甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物的体积之和与水的体积的比例为2：1；上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为1.2：1；
甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物的体积之和与上述清洗S2中氮肥后的水和S2固液分离后的溶液的体积之和的比例为1.5：1；上述含浓硝酸废水与上述B溶液的体积比为1.8：1；
上述搅拌的搅拌速度为120r/min；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
实施例5
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制碳酰胺的水溶液作为A溶液，其中，碳酰胺与水的体积比为1.3：1；
S2、搅拌A溶液的同时将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为1：1；
S3、配制B溶液：所述B溶液由碳酰胺、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成，其中，清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液的体积之和与碳酰胺的体积的比例为1：1.4；
S4、搅拌B溶液的同时将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述B溶液的体积比为1.4：1；
S5、配制C溶液：所述C溶液由碳酰胺、清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液组成，其中，清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液的体积之和与碳酰胺的体积的比例为1：1.7；
S6、搅拌C溶液的同时将含浓硝酸废水加入到C溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述C溶液的体积比为1.7：1；
上述搅拌的搅拌速度为150r/min；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
实施例6
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制丙酰胺、碳酰胺和丁酸的混合物的水溶液作为A溶液，其中，丙酰胺、碳酰胺和丁酸的混合物与水的体积比为1.3：1；
S2、搅拌A溶液的同时将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为1.5：1；
S3、配制B溶液：所述B溶液由丙酰胺、碳酰胺和丁酸的混合物、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成，其中，清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液的体积之和与所述丙酰胺、碳酰胺和丁酸的混合物的体积的比例为1：1.6；
S4、搅拌B溶液的同时将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述B溶液的体积比为1.6：1；
S5、配制C溶液：所述C溶液由丙酰胺、碳酰胺和丁酸的混合物、清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液组成，其中，清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液的体积之和与丙酰胺、碳酰胺和丁酸的混合物的体积的比例为1：1.5；
S6、搅拌C溶液的同时将含浓硝酸废水加入到C溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，所述含浓硝酸废水与所述C溶液的体积比为1.5：1；
上述搅拌的搅拌速度为170r/min；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
对比例1
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺和丙酸的混合物的水溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到甲酰胺和丙酸的混合物的水溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
其中，甲酰胺和丙酸的混合物的体积与水的体积的比例为0.2：1；
上述搅拌的搅拌速度为5r/min；上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为3：1。
对比例2
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺、丙酰胺和乙酸的混合物的水溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到甲酰胺、丙酰胺和乙酸的混合物的水溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
其中，甲酰胺、丙酰胺和乙酸的混合物的体积与水的体积的比例为2.2：1；
上述搅拌的搅拌速度为5r/min；上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为0.8：1；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
对比例3
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物的水溶液作为A溶液；
S2、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
S3、配制B溶液：所述B溶液由甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成；
S4、在搅拌的条件下，将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥；
其中，甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物的体积与水的体积的比例为3：1；上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为3：1；
甲酰胺、甲酸和丙酸的混合物的体积与上述清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液的体积的比例为0.2：1；上述含浓硝酸废水与上述B溶液的体积比为0.2：1；
上述搅拌的搅拌速度为220r/min；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
对比例4
一种处理含浓硝酸废水的方法，包括以下步骤：
S1、配制碳酰胺的水溶液作为A溶液，其中，碳酰胺与水的体积比为2.5：1；
S2、搅拌A溶液的同时将含浓硝酸废水加入到A溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述A溶液的体积比为2.5：1；
S3、配制B溶液：所述B溶液由碳酰胺、清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液组成，其中，清洗S2中氮肥后的水以及S2固液分离后的溶液的体积之和与碳酰胺的体积的比例为1：0.4；
S4、搅拌B溶液的同时将含浓硝酸废水加入到B溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述B溶液的体积比为0.4：1；
S5、配制C溶液：所述C溶液由碳酰胺、清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液组成，其中，清洗S4中氮肥后的水以及S4固液分离后的溶液的体积之和与碳酰胺的体积的比例为1：2.6；
S6、搅拌C溶液的同时将含浓硝酸废水加入到C溶液中，待反应完全后，固液分离，得到含酰胺态氮和硝态氮的氮肥，其中，上述含浓硝酸废水与上述C溶液的体积比为2.6：1；
上述搅拌的搅拌速度为260r/min；上述含浓硝酸废水为浓硝酸含铜废水。
为了衡量上述处理含浓硝酸废水的方法对废水的实际处理效果，特对含浓硝酸浓度相同的废水分别采用实施例1-6、对比例1-4和碱中和方法进行处理，并检测处理后的余氮含量，结果如表1所示。
表1不同处理方法处理后的余氮含量
由表1可知，采用本发明提供的方法处理含浓硝酸废水后废水中余氮含量在0.1％以下，远低于对比例1-4和碱中和方法处理后的余氮含量，说明本发明的方法具有氮转化率高的优点；同时，对含浓硝酸浓度和质量均相同的废水采用实施例1-6、对比例1-4和碱中和方法进行处理，结果显示，本发明提供的方法反应完全仅需0.5-2小时，而对比例1-4和碱中和方法的反应时间均较长，说明本发明的方法效率高，进一步地，对其用水量进行比较，发现本发明的用水量最少，节约了水资源的同时也节约了成本。
综上可知，本发明提供的一种处理含浓硝酸废水的方法具有高效、可靠、工艺流程简单、操作简便和成本低廉的优点，反应仅需0.5-2小时，氮转化率高，经处理后的含浓硝酸废水中所含余氮的质量百分比仅为0.01-0.1％。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。