CN101781048B - 一种低氨氮废水的处理与回收方法 - Google Patents
一种低氨氮废水的处理与回收方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及环境科学领域，具体地，本发明涉及一种低氨氮废水处理及回用方法。根据本发明的低氨氮废水的处理与回收方法，包括氨氮废水预处理、超滤去浊、反渗透、经氨氮脱除器脱氨的步骤。本发明的方法解决了现有技术中处理高氨氮废水后，其最终出水氨氮浓度仍不能满足工业用水的标准的问题。本发明方法可以广泛解决氨氮废水的综合处理与利用。
Description
技术领域
本发明涉及环境科学领域，具体地，本发明涉及一种低氨氮废水处理及回用方法。
背景技术
废水中的氨氮是水体富营养化和环境污染的重要物质，未经处理或处理不完全的含氮污染物的任意排放会引起水中藻类及其他微生物的大量繁殖，从而使水质不断恶化，严重时会使水中溶解氧下降，水体生态平衡失调，鱼类大量死亡，加速湖泊老化。氨氮会造成饮用水异味，增加自来水厂运行负荷；增加给水消毒和工业循环杀菌处理过程中的耗氯量；工业应用中，对某些金属，特别是铜具有腐蚀性；污水回用时，再生水中氨氮可促使输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率。水体中，氨在硝化菌和亚硝化菌的作用下氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，硝酸盐由饮用水会诱发婴儿高铁血红蛋白症，而亚硝酸盐水解后生成的亚硝胺具有强致癌性，直接威胁人类健康。
氨氮废水主要来自石化、焦化、制药、制革、化肥、饲料、养殖、肉类加工等行业生产排放的废水，以及生活废水、污泥消化液及垃圾渗滤液等。《合成氨工业水污染物排放标准》(GB13458-2001)规定，中型企业氨氮排放浓度应≤70mg/L；国家污水综合排放标准第二类污染物最高允许排放浓度中规定，工业废水氨氮浓度应≤25mg/L；但废水再生回用，根据《循环冷却水再生水水质标准》(HG/T3923-2007)规定，氨氮浓度应在在1～3mg/L范围内。
随着氨氮允许排放标准的提高，对氨氮废水处理工艺也提出了更高的要求。目前，氨氮废水处理方法主要分为三大类：第一类是物化脱氮法，包括氨吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法、离子交换法等；第二类是生物脱氮法，包括传统生物脱氮技术(A/O工艺、A2O工艺、UCT工艺、各种氧化沟及SBR的各种改进型工艺等)、新型生物脱氮技术(同时硝化反硝化SND、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化ANAMMOX等)；第三类是高级氧化法，包括光催化氧化法、电化学氧化法等。
氨吹脱法是利用NH3与NH4 +之间的动态平衡，通过调整pH，使氨氮主要以游离氨形式存在，通过曝气吹托，使游离氨从水中逸出，从而达到去除氨氮的目的。福建省环境保护科学研究所采用吹脱工艺处理低浓度氨氮废水，研究表明：氨氮浓度为400～700mg/L的废水常温、PH为11的条件下吹脱，氨氮脱除率会超过90％。但是吹脱法存在如下问题：吹脱气体会产生二次污染；吹脱塔内经常结垢，低温时氨氮去除效率低。
化学沉淀法是通过在废水中投加镁的化合物和磷酸或磷酸氢盐，生成磷酸铵镁沉淀，从而去除废水中的氨氮。但此法主要存在以下问题：处理成本高、处理产生高盐度会影响后续生物处理的微生物活性。
生物处理技术是目前应用最广泛的脱氮方法。传统生物脱氮技术包括硝化和反硝化两个过程，废水中的氨氮经过硝化菌和反硝化菌的分解最终转化为氮气排出。但生物法处理氨氮废水时，微生物对外界环境要求苛刻，低温时效率很差且不能适应较大浓度变化和冲击负荷。且需要根据水质补充碳源作为反硝化过程的电子供体。
光催化氧化法可有效的将含氮物质矿化，但处理过程中常常伴有诸多中间产物，经较完全矿化后最终无机产物仍大量包含亚硝酸跟、硝酸根和氨根离子，且处理成本较高，目前仍无法大规模工业应用。
膜处理法作为一种新型分离技术，既能对废液进行有效净化，又具有节能低耗、无污染、设备简单、操作方便的特点，因此在氨氮废液处理方面显示了广阔的发展前景。
氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。目前，国内对低氨氮废水的研究较少，且处理效果各不相同：例如，UASB反应器进行厌氧氨氧化反应处理NH3-N浓度为51～85mg/L的原水，最大去除率68.0％，出水氨氮浓度为34～58mg/L；污水综合排放标准(GB 8978 1996)中规定：(1)医药原料药、染料、石油化工工业的氨氮一级排放标准为15mg/L；二级排放标准为50mg/L；(2)其他排污单位氨氮一级排放标准为15mg/L；二级标准25mg/L。城市污水再生利用工业用水水质(GB/T19923-2005)规定：氨氮浓度≤10mg/L，当敞开式循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却系统中循环水的氨氮指标应小于1mg/L。这样常规方法很难达到如此高的要求。天然沸石通过吸附氨氮，其平均去除率为50％，所以对低浓度氨氮废水进行中水回用，需要采用高效合理的综合处理技术脱除氨氮。
发明内容
本发明的目的是提供一种低氨氮废水的处理与回收方法。
根据本发明的低氨氮废水的处理与回收方法，所述氨氮废水的氨氮浓度＜150ppm，
其中，
1-1当所述废水的氨氮含量＜60mg/L时
所述方法包括以下步骤：
1)氨氮废水预处理；
2)经预处理氨氮废水通过超滤去浊；
3)经预处理的氨氮废水通过反渗透脱除氨氮，
1-2当所述废水的氨氮含量60～150mg/L时
所述方法包括以下步骤：
1)氨氮废水预处理；
2)经预处理氨氮废水通过超滤去浊；
3)去浊后的废水通过反渗透脱除氨氮；
4)通过反渗透脱除氨氮的废水经氨氮脱除器进一步脱氨氮；
其中，
所述步骤3)反渗透的操作压力为0.8～1.5Mpa；
经超滤的氨氮废水在通过反渗透处理之前经酸处理，使NH3转换为NH4 +，酸处理的控制PH值在5～8之间。
根据本发明的方法，其中所述的氨氮废水预处理步骤可以使用本领域常规预处理技术，如加药混凝、沉淀、过滤，其中所述过滤包括使用多介质过滤器、盘式过滤器。本发明的方法优选使用多介质过滤器进行预处理，多介质过滤有较好的去浊效果，在出水浊度、浊度去除率及运行平稳性等各方面处于较好水平。当过滤器在使用一定周期后，由于滤料表层截留或外表面吸附一定数量的杂物或污渍，使滤后水质变差，流量降低，进水和出水管道压力差增大。此时，应对过滤器进行反冲洗。反冲洗是利用水流逆向通过滤料层，使滤层膨胀、悬浮，借水流剪切力和颗粒碰撞摩擦力清洗滤料层，并将滤层内污物排出。反洗方式有高速水流反冲洗和气-水联合反冲洗，其中以气-水联合反洗效果较好，并应在反洗时合理控制膨胀高度、反洗水量、反洗空气量、压力等参数，使反洗效果达到最佳。
根据本发明的方法，其中，所述超滤(UF)步骤是在膜两侧静压差为驱动力的作用下进行溶质分离的膜过程。超滤膜可分离组分的直径范围为1nm～0.05μm，在小孔径范围内与纳滤相重叠，在大孔径范围内与微孔过滤相重叠，因此超滤处理范围较为广泛，可分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等，所能分离的溶质分子量下限为几千Dalton。超滤膜可视为多孔膜，溶剂的传递正比于操作压力，其截留取决于溶质大小和形状。超滤过程对溶质的截留方式有三种：在膜表面的机械截留、在膜孔中停留阻塞、在膜表面及膜孔内的吸附。与传统过滤工艺相比，UF工艺的优势主要体现在：分离效率高，出水水质好；能耗低，无热效应及相态变化，在分离后仍保持原产品的物化性质；结构简单，占地小；系统灵活，操作简便，启动快，安装维护方便，易于自动化。此外，UF工艺对颗粒、胶体浊度物质具有优良的去除能力，还可有效去除水中病原微生物，如贾第虫、隐孢子虫、细菌和病毒等。
根据本发明的方法，其中，所述反渗透(RO)是利用渗透膜(半透膜)选择性的透过溶剂(通常是水)而截留溶质的分离过程。RO是压力驱动型膜分离技术，以反渗透膜为过滤介质，将进料中的溶剂和离子分离，从而达到提纯、净化、淡化和浓缩分离的目的。RO对原水中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe2+、Mn2+、NH4 +及HCO3 -、SO4 2-、Cl-、PO4 2-、NO3 -等离子的去除率一般可达到95％～98％，出水浊度小于0.5NTU，具有深度的除硬、去碱、脱盐效果，同时可制得纯净水。但一般情况下，反渗透膜脱除氨氮的效果并不好，主要由于反渗透膜不能脱除气态物质，包括NH3、O2、N2等。
根据本发明的方法，经超滤的氨氮废水在通过反渗透处理之前，需要经酸处理，使NH3转换为NH4 +，一般需要控制PH值在5～8之间，酸以盐酸、草酸、柠檬酸为主。
根据本发明的方法，经反渗透处理后的水中氨氮含量已很低，反渗透产水的氨氮含量3-10mg/L时，还需进一步通过氨氮脱除器处理。
本发明公开一种低氨氮废水(氨氮浓度小于150ppm)的回收利用方法。本方法是将低氨氮废水(氨氮浓度小于150ppm)首先通过预处理去除水中的悬浮物，然后再通过超滤膜进一步降低原水中的浊度，反渗透去除原水中的部分氨氮，渗透液进入氨氮脱除器，进一步降低水中氨氮含量后，直接回收利用。本发明的方法解决了现有技术中处理高氨氮废水后，其最终出水氨氮浓度仍不能满足工业用水的标准的问题。本发明方法可以广泛解决氨氮废水的综合处理与利用。
附图说明
图1根据本发明的实施例的低氨氮废水的处理与回收方法的流程图。
图2根据本发明的低氨氮废水的处理与回收方法的流程图。
图3根据本发明的氨氮脱除器的结构图。
图4根据本发明的氨氮脱除器的结构图。
附图标记：
1支脚 2封头 3筒体 4压力表 5卸料口
6排气管 7吊耳 8铭牌 9视镜 10人孔
11多孔板 12进水上布水装置 13取样水槽 14取样阀
15支架 16滤帽
a进水口 b出水口 c反洗进水口 d反洗排水口 e正洗排水口
f压缩空气进口 g排气阀
具体实施方式
实施例1预处理-超滤-反渗透
如图1所示，废水的氨氮含量为30mg/L。
1、预处理采用多介质过滤器去浊；
2、超滤，超滤出水氨氮平均浓度30mg/L；
3、反渗透，反渗透压力10atm，出水氨氮平均浓度0.6mg/L，平均去除率99％，经预处理、超滤、反渗透处理前后废水的指标如下表1所示。
表1
| 料液 | 超滤出水 | 反渗透出水 | 反渗透浓水 | |
| COD | 43.1 | 0 | 0 | 32.4 |
| 氨氮 | 29.67 | 37.24 | 0.44 | 38.29 |
| 电导率 | 1000 | 300 | 14 | 1180 |
| PH值 | 6.85 | 6.98 | 5.84 | 6.94 |
| 浊度 | 0.2 | 0.05 | 0 | 0.08 |
实施例2预处理-超滤-反渗透
如图1所示，废水的氨氮含量为50mg/L。
氨氮去除过程同实施例1，经预处理、超滤、反渗透处理前后废水的指标如下表2所示。
表2
| 料液 | 超滤出水 | 反渗透出水 | 反渗透浓水 | |
| COD | 41.7 | 18.4 | 0 | 88 |
| 氨氮 | 49.42 | 48.66 | 0.58 | 51.03 |
| 电导率 | 1000 | 1000 | 14 | 1400 |
| PH值 | 6.50 | 6.96 | 5.75 | 6.84 |
| 浊度 | 3.23 | 0.01 | 0 | 0.02 |
实施例3预处理-超滤-反渗透-氨氮脱除器
当原水浊度较高、氨氮含量较大时，采用此法。预处理和超滤去除水中悬浮物，降低浊度，使SDI＜2.5，反渗透主要脱除氨氮，氨氮平均脱除率＞97％，氨氮脱除器降低水中残余氨氮，最终使出水氨氮浓度＜3ppm。
如图2所示，原水氨氮浓度为70mg/L。
1、预处理采用多介质过滤器去浊；
2、超滤；
3、反渗透；
4、氨氮脱除器降低水中残余氨氮，使出水氨氮浓度＜3ppm。
氨氮脱除器一般流程是运行-反洗-正冲-运行。
运行：反渗透出水通过进水口a进入氨氮脱除器上布水装置12，经过特种活化沸石进行氨氮吸附后从出水口b流出，通过取样阀进行水质检测。
反洗：氨氮脱除器产水通过反洗进水口c进入，冲洗特种活化沸石后从反洗排水口d排出；同时压缩空气从f进入，强化反洗效果，从排气阀g排出。
正冲：反洗后，反渗透产水对氨氮脱除器进行正冲，正冲水从正洗排水口e排出。
运行一段时间后，若氨氮脱除器除氨效率小于50％，需要对特种活化沸石进行再生。经预处理、超滤、反渗透、氨氮脱除器处理前后废水的指标如下表3所示。
表3
| 料液 | 超滤出水 | 反渗透出水 | 反渗透浓水 | 氨氮脱除器出水 | |
| COD | 35.6 | 24.9 | 0.1 | 32.5 | 0 |
| 氨氮 | 68.240 | 72.790 | 2.05 | 76.50 | 0.5 |
| 电导率 | 900 | 900 | 19 | 1150 | 150 |
| PH值 | 7.61 | 7.75 | 5.6 | 6.75 | 6.80 |
| 浊度 | 2.64 | 0.2 | 0.13 | 0.25 | 2.74 |
实施例4预处理-超滤-反渗透-氨氮脱除器
如图2所示，原水氨氮浓度为100mg/L，经预处理、超滤、反渗透、氨氮脱除器处理前后废水的指标如下表4所示。
表4
| 料液 | 超滤出水 | 反渗透出水 | 反渗透浓水 | 氨氮脱除器出水 | |
| COD | 40.6 | 38 | 0 | 55 | 0.1 |
| 氨氮 | 98.130 | 82.430 | 6.63 | 76.50 | 0.51 |
| 电导率 | 1300 | 1290 | 24 | 1600 | 43 |
| PH值 | 7.43 | 7.43 | 5.6 | 6.8 | 6.9 |
| 浊度 | 2.84 | 0 | 0 | 0.25 | 0 |
实施例5预处理-超滤-反渗透-氨氮脱除器
如图2所示，原水氨氮浓度为150mg/L，经预处理、超滤、反渗透、氨氮脱除器处理前后废水的指标如下表5所示。
表5
| 料液 | 超滤出水 | 反渗透出水 | 反渗透浓水 | 氨氮脱除器出水 | |
| COD | 48.6 | 36.6 | 0 | 77 | 0.1 |
| 氨氮 | 150 | 130 | 9.1 | 200 | 0.95 |
| 电导率 | 910 | 910 | 20 | 1210 | 88 |
| PH值 | 8.61 | 8.75 | 5.4 | 6.65 | 6.72 |
| 浊度 | 2.64 | 0.3 | 0 | 0.25 | 0 |
Claims (2)
1.一种低氨氮废水的处理与回收方法，其特征在于，所述氨氮废水的氨氮浓度＜150mg/L，
其中，
1-1当所述废水的氨氮含量＜60mg/L时
所述方法包括以下步骤：
1)氨氮废水预处理；
2)经预处理氨氮废水通过超滤去浊；
3)经预处理的氨氮废水通过反渗透脱除氨氮，
1-2当所述废水的氨氮含量60～150mg/L时
所述方法包括以下步骤：
1)氨氮废水预处理；
2)经预处理氨氮废水通过超滤去浊；
3)去浊后的废水通过反渗透脱除氨氮；
4)通过反渗透脱除氨氮的废水经氨氮脱除器进一步脱氨氮；
其中，
所述步骤3)反渗透的操作压力为0.8～1.5Mpa；
经超滤的氨氮废水在通过反渗透处理之前经酸处理，使NH3转换为NH4 +，酸处理的控制pH值在5～8之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理采用多介质过滤器。
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