CN102502904B - 降膜法高效脱氮器及其脱氮方法 - Google Patents

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Abstract

一种降膜法高效脱氮器，包括筒体、进出水口和进气口，筒体内自上而下分布收水器、布水装置、液膜分散器和集液斗；所述的布水装置包括旋转布水管，由驱动装置驱动绕筒体中心轴旋转，旋转布水管连接进水口并设置一组雾化喷头；液膜分散器包括隔板和隔板下方的一组均匀分布的列管，隔板平面上每一根列管的上方设置锥形物料斗，列管内壁的上端依次分布环形设置的螺纹匀水槽和毛细气囊；布水装置和液膜分散器之间为缓冲腔。本发明还公开了一种脱除废水中氨氮的方法，废水和空气在所述的高效脱氮装置中逆流接触，经布水装置和液膜分散器，使废水在液膜分散器的列管表面形成薄膜，在气液接触过程中实现氨氮脱除。

Description

降膜法高效脱氮器及其脱氮方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种降膜接触塔及其脱氮方法，具体涉及一种降膜法高效脱氮器及其脱氮方法，能够实现液膜厚度控制和减轻表面结垢，实现高效脱氮。
背景技术
我国环境保护虽然取得积极进展，但环境形势依然严峻，根据相关统计，截止2010年12月，我国污水处理设施已投产总数为1521 座，全国污水处理厂总处理能力达到8643 万吨/日，城镇生活污水对环境的污染状况得到很大改善，工业污染逐步成为环境污染的主要因素。
工业废水虽然总量比生活污水量小，但具有污染物浓度高、处理难度大、毒性强等特点，因此工业废水对环境的影响程度不容忽视。
近年来，我国煤化工、盐化工、医药、石化等行业非常活跃，产能大幅上升，随之产生的废水量也急速增加。这些行业产生的废水氨氮含量基本在300-500mg/L，一般采取以强制生化为主的工艺流程。
根据项目运行情况，采取强制生化的工艺方案处理高氨氮废水，需要投加大量的碳源和纯碱，综合运行成本高达9-17元/吨水，同时氨氮的去除效果不稳定。为了改善高氨氮废水的治理效果，降低运行成本，部分项目采用吹脱塔预脱氮，但容易造成填料堵塞，维护管理不便，且普通吹脱塔脱氮效率仅60%左右。
因此，采取经济可行的预处理措施，提高氨氮去除效率，降低生化脱氮的负荷，可望很好的改善高氨氮废水的处理效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种降膜法高效脱氮器，能够克服吹脱塔填料易堵塞，维护管理不便，脱氮效率低的缺陷，实现液膜厚度控制和减轻填料表面结垢，达到高效脱氮的技术效果。
本发明的另一目的在于提供一种采用所述的高效脱氮装置脱除废水中氨氮的方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种降膜法高效脱氮器，包括上端开口的筒体（1）和筒体上部的进水口（3）、底部的进风口（10）和出液口（12），其特征在于，所述的筒体（1）内，自上而下分布收水器（2）、布水装置、液膜分散器（9）和集液斗（11），集液斗（11）连接出液口（12），进风口（10）在液膜分散器（9）和集液斗（11）之间；所述的布水装置包括沿筒体（1）径向设置的旋转布水管（5），由驱动装置（4）驱动绕筒体（1）中心轴旋转，旋转布水管（5）连接进水口（3）并设置一组雾化喷头（6）；液膜分散器（9）包括隔板和隔板下方的一组沿筒体轴向均匀分布的列管，隔板平面上每一根列管的上方设置锥形物料斗（8），列管内壁的上端依次分布环形设置的螺纹匀水槽（13）和毛细气囊（14）；布水装置和液膜分散器（9）之间为缓冲腔（7）。
所述的收水器为波形折板，捕捉随气流上升的雾化液体。
所述的雾化喷头孔径2~4mm，流量系数12.3~19.5。通过雾化喷头和缓冲腔的设置，可使废水物料均布，同时使其粒径细化和预先液膜化。
所述的锥形物料斗与列管同轴设置，锥底直径与列管内径相同。
所述的螺纹匀水槽为列管内壁上的一组环形毛细凹槽，高度约30-40mm。螺纹匀水槽对沿锥形物料斗下降的物料进行二次分配，使物料沿液膜分散器列管内壁的圆周均布，确保物料不会顺毛细气囊成线性下降。
本发明的降膜法高效脱氮器在列管内设置液膜控制装置，即为毛细气囊。所述的毛细气囊采用薄不锈钢片制作，沿列管内壁成环形布置，下部固定在列管内壁上，上端插入列管内壁上的滑槽密封。毛细气囊内设有进气管，空气通过进气管进入毛细气囊。毛细气囊内的相对压强控制在5~10kPa。调整毛细气囊内的气压将改变毛细气囊的高度和倾斜角度，进而影响物料与毛细气囊粘附力，控制液膜厚度。
本发明还涉及采用所述的高效脱氮装置脱除废水中氨氮的方法，废水和空气在所述的高效脱氮装置中逆流接触，经布水装置和液膜分散器，使废水在液膜分散器的列管表面形成薄膜，在气液接触过程中实现氨氮脱除，包括以下步骤：
1）、废水由进水口（3）进入降膜法高效脱氮器，通过转动的旋转布水管（5）上的雾化喷头（6）向下喷射，使废水在筒体（1）截面上均匀分配；
2）、废水通过雾化喷头（6）后，成雾化状态进入缓冲腔（7），均匀附着在液膜分散器（9）上端的锥形物料斗（8）内；
3）、进入锥形物料斗（8）的废水沿液膜分散器（9）上部的螺纹匀水槽（13）进行二次布料；
4)、二次布料后的废水沿毛细气囊（14）下降，在列管内壁形成液膜，调整毛细气囊（14）内的气压，改变废水形成的液膜厚度；
5)、空气从进风口（10）通入筒体（1）内，在液膜分散器（9）列管内与液膜逆流接触，在气液接触过程中脱除氨氮。
通过调整废水的水温、pH、风量和液膜厚度的参数组合，可以达到理想的去除率。
所述的废水在进入降膜法高效脱氮器前可先进行沉淀和PH调节等预处理。进一步，所述的方法具体包括以下步骤：
1)    混凝沉淀
通过混凝沉淀去除废水中的悬浮物，避免液膜分散器堵塞，出水浊度控制在20NTU以下。
2)    调节废水温度、pH值
混凝沉淀后的出水调节温度和pH值，温度控制在30~35℃，pH控制在10~11。
3)    物料均布
调节温度和pH值后的废水由水泵提升，经过布置在旋转布水管上的雾化喷头向缓冲腔布水，喷头孔径2~4mm，流量系数12.3~19.5，雾化后的废水在缓冲腔调节后均匀分布在液膜分散器的隔板上，附着在液膜分散器上端的锥形物料斗内，并沿液膜分散器上端的螺纹匀水槽进行二次分配，使废水在液膜分散器内分配更加均匀。
4)    液膜厚度控制
二次布料后的废水沿毛细气囊下降，在列管内壁形成液膜，根据水量和脱氮效率，调节毛细气囊的进气压力，控制毛细气囊的膨胀程度，进而实现液膜厚度的调整，毛细气囊的相对压强控制在5~10kPa，液膜厚度控制在0.3~0.4mm。
5)    风量调整
空气从进风口通入筒体内，根据水量和脱氮效率，调节风量，气水比控制在8~12：1。
6）氨氮脱除
空气在液膜分散器列管内与液膜逆流接触，在气液接触过程中脱除氨氮。脱除氨氮后的废水由集液斗收集后，从出液口流出。
本发明的有益效果是：本发明的降膜法高效脱氮器，通过二次布水及液膜控制，能够实现废水在列管内壁上的均匀分布和液膜厚度控制，并减轻列管表面结垢，达到高效脱氮的效果，同时液膜分散器为中空结构，便于定期清理污垢。采用本发明的装置和方法脱除废水氨氮，NH3-N去除率可达到92-97%，能够有效降低动力消耗、药剂成本和维护检修得难度。具体包括：
①使用本发明的装置和方法进行氨氮脱除，气水比由20-40:1降低到8-12:1，电能消耗降低0.14-0.3kW.h/吨水。
②由于气液接触面大幅提高，调节pH值的石灰消耗量降低7g/m3左右。
③由于气液接触面大幅提高，同等pH和温度情况下，NH3-N去除率可提高20-35%，在pH为10-11，温度30-35℃，气水比8-12，液膜厚度0.3-0.4mm的情况下，NH3-N去除率可达到92-97%。
④液膜分散器采用中空结构，解决了传统吹脱塔填料堵塞的问题，不存在填料堵塞现象，方便维护管理。
⑤单个液膜分散器为独立结构，可逐个清洗和更换。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
附图说明
图1  是本发明的降膜法高效脱氮器的结构示意图。
图中：1、筒体，2、收水器，3、进水口，4、驱动装置，5、旋转布水管，6、雾化喷头，7、缓冲腔，8、锥形物料斗，9、液膜分散器，10、进风口，11、集液斗，12、出液口。
图2  是液膜分散器列管上端的结构示意图。
图中：13、螺纹匀水槽，14、毛细气囊，16、紫铜进气管。
图3  是图2中A部分的局部放大图。
图中：14、毛细气囊，15、滑槽密封，16、紫铜进气管，17、固定密封。
具体实施方式
本发明的降膜法高效脱氮器，属于一种降膜接触塔，具体结构参见图1。
所述的降膜法高效脱氮器，包括上端敞口的圆柱形筒体1，筒体1上部设置进水口3，下部设置进风口10，底部为出液口12，在筒体1内，自上而下分布收水器2、布水装置、液膜分散器9和集液斗11，集液斗11连接出液口12，进风口10在液膜分散器9和集液斗11之间。
所述的收水器2为波形折板，用以捕捉随气流上升的雾化液体。
所述的布水装置包括沿筒体1径向设置的旋转布水管5，由驱动装置4驱动绕筒体1中心轴旋转，旋转布水管5连接进水口3，进水从旋转轴正下方进入旋转布水管5中心。旋转布水管5设置一组雾化喷头6，雾化喷头6的孔径2~4mm，流量系数12.3~19.5。
液膜分散器9包括隔板和隔板下方的一组沿筒体轴向均匀分布的列管。隔板平面上每一根列管的上方同轴设置锥形物料斗8，锥底直径与列管内径相同。布水装置和液膜分散器9之间为缓冲腔7。
如图2所示，列管内壁的上端依次分布环形设置的螺纹匀水槽13和毛细气囊14。螺纹匀水槽13为列管内壁上的一组平行的环形毛细凹槽，总高度约30-40mm。
本发明的降膜法高效脱氮器在列管内设置毛细气囊14，形成液膜控制装置。如图2、3所示，所述的毛细气囊14采用0.1mm厚的不锈钢片制作，沿列管内壁成环形布置，下部由固定密封17固定在列管内壁上，上端插入列管内壁的滑槽密封15内，在滑槽密封15内橡胶垫片的作用下保持毛细气囊14内的气压相对恒定。毛细气囊内的气体可来源于仪用空气，减压后通过列管上的紫铜进气管16进入毛细气囊14。毛细气囊14内的相对压强控制在5~10kPa。
采用上述高效脱氮装置脱除废水中氨氮的方法，废水和空气在所述的高效脱氮装置中逆流接触，在气液接触过程中实现氨氮脱除，包括以下步骤：
1)    混凝沉淀
通过混凝沉淀去除废水中的悬浮物等杂质，避免液膜分散器堵塞，出水浊度控制在20NTU以下。
2)    调节废水温度、pH值
混凝沉淀后的出水调节温度和pH值，温度控制在30~35℃，pH控制在10~11。
3)    物料均布
调节温度和pH值后的废水由水泵提升，经过布置在旋转布水管上的雾化喷头向缓冲腔布水，喷头孔径2~4mm，流量系数12.3~19.5，中度雾化的废水在缓冲腔调节后均匀分布在液膜分散器的隔板上，附着在液膜分散器上端的锥形物料斗内，并沿液膜分散器上端的螺纹匀水槽进行二次分配，使废水在通过毛细气囊时，沿液膜分散器列管圆周的物料分配更加均匀。
4)    液膜厚度控制
二次布料后的废水沿毛细气囊下降，在列管内壁形成液膜，根据水量和脱氮效率，调节毛细气囊的进气压力，通过调节毛细气囊的膨胀程度，进而实现液膜厚度的调整，毛细气囊的相对压强控制在5~10kPa，液膜厚度控制在0.3~0.4mm。
5)    风量调整
空气从进风口通入筒体内，根据水量和脱氮效率，调节风量，气水比控制在8~12：1。
6）氨氮脱除
空气在液膜分散器列管内与液膜逆流接触，在气液接触过程中脱除氨氮。脱除氨氮后的废水由集液斗收集后，从出液口流出。
上述方法中，更具体地，均匀布水形成液膜并控制液膜厚度的实现，即所述的步骤3）和4）包括如下具体步骤：
①通过雾化喷头6向缓冲腔7布水，雾化废水的体积中位数直径（VMD）为3400-4300um；
②雾化废水经缓冲腔7缓冲后，在重力和表面张力作用下被均匀分布在隔板平面上的各锥形物料斗8捕获；
③各锥形物料斗8捕获的废水沿锥形物料斗8内壁下降，进入螺纹匀水槽13；
④在表面张力作用下，螺纹匀水槽13对废水进行二次调配，使废水沿液膜分散器9各列管内壁的圆周完全均布；
⑤在表面张力和毛细气囊的共同作用下，螺纹匀水槽13内的废水沿液膜分散器9列管内壁均匀下降，形成液膜，厚度控制在0.3-0.4mm。
实施例1
设计2m3/h处理能力的降膜法高效脱氮器（降膜接触塔）1台，其结构参见图1。安装于煤化工渣水处理装置的混凝沉淀池后，降膜接触塔出水进调节池，与地面冲洗水、生活污水、硫回收废水等混合后进行生化处理。
降膜接触塔筒身直径1.6m，筒身总高3.8m，列管直径10mm，计算液膜厚度0.48mm，鼓风机风量0.3m3/min，气水比为9：1，进降膜接触塔时pH为10.3-10.6，水温控制在30~35℃。
装置经过6天调试，正常连续运行30天，共处理废液1440m3，累计耗电92.8kWh，消耗石灰134.5kg（石灰纯度约60%），折算平均电耗约0.065kWh/吨水，石灰93.4g/吨水。
在进水NH3-N介于700-800mg/L的情况下，降膜接触塔出水NH3-N含量约42-56mg/L，NH3-N去除率约94%。
液膜分散器内壁结垢厚度0.37mm，在3%浓度的HCl溶液中浸泡10min后以清水冲洗，内壁结垢现象完全消除。
实施例2
设计2m3/h处理能力的降膜法高效脱氮器（降膜接触塔）1台，其结构参见图1。安装于煤化工变换工段排水处理装置的混凝沉淀池后，降膜接触塔出水进调节池，与地面冲洗水、生活污水、硫回收废水等混合后进行生化处理。
降膜接触塔筒身直径1.6m，筒身总高3.8m，列管直径10mm，计算液膜厚度0.48mm，鼓风机风量0.37m3/min，气水比为11：1，进降膜接触塔时pH为10.5-11，水温控制在30~35℃。
装置经过5天调试，正常连续运行42天，共处理废液2016m3，累计耗电160.3kWh，消耗石灰135kg（石灰纯度约60%），折算平均电耗约0.080kWh/吨水，石灰66.96g/吨水。
在进水NH3-N介于200-300mg/L的情况下，降膜接触塔出水NH3-N含量约16-18mg/L，NH3-N去除率约93%。
液膜分散器内壁结垢厚度0.44mm，在3%浓度的HCl溶液中浸泡10min后以清水冲洗，内壁结垢现象完全消除。
实施例3
设计2m3/h处理能力的降膜法高效脱氮器（降膜接触塔）1台，其结构参见图1。安装于煤化工变换工段排水处理装置的混凝沉淀池后，降膜接触塔出水进调节池，与地面冲洗水、生活污水、硫回收废水等混合后进行生化处理。
降膜接触塔筒身直径1.6m，筒身总高3.8m，列管直径10mm，计算液膜厚度0.48mm，鼓风机风量0.4m3/min，气水比为11-12：1，进降膜接触塔时pH为10.5-11，水温控制在30~35℃。
装置经过6天调试，正常连续运行60天，共处理废液2880m3，累计耗电247.6kWh，消耗石灰268.8kg（石灰纯度约60%），折算平均电耗约0.086kWh/吨水，石灰93.3g/吨水。
在进水NH3-N介于150-300mg/L的情况下，降膜接触塔出水NH3-N含量约21-28mg/L，NH3-N去除率约91%。
液膜分散器内壁结垢厚度0.45mm，在3%浓度的HCl溶液中浸泡10min后以清水冲洗，内壁结垢现象完全消除。
由实施例1～3可知，本发明的降膜法高效脱氮器及其脱除氨氮的方法在吹脱NH3-N方面切实有效，去除率高达90%以上，在温度、pH等外界条件相同的情况下，NH3-N去除率随着进水浓度的提高而上升，并能够解决传统吹脱法填料结垢堵塞、难清理的问题，有效的降低装置运行能耗，检修方便。本发明易于规模化推广使用，具有重要意义。

Claims (8)

1.一种降膜法高效脱氮器，包括上端开口的筒体（1）和筒体上部的进水口（3）、底部的进风口（10）和出液口（12），其特征在于，所述的筒体（1）内，自上而下分布收水器（2）、布水装置、液膜分散器（9）和集液斗（11），集液斗（11）连接出液口（12），进风口（10）在液膜分散器（9）和集液斗（11）之间；所述的布水装置包括沿筒体（1）径向设置的旋转布水管（5），由驱动装置（4）驱动绕筒体（1）中心轴旋转，旋转布水管（5）连接进水口（3）并设置一组雾化喷头（6）；液膜分散器（9）包括隔板和隔板下方的一组沿筒体轴向均匀分布的列管，隔板平面上每一根列管的上方设置锥形物料斗（8），列管内壁的上端依次分布环形设置的螺纹匀水槽（13）和毛细气囊（14）；所述的毛细气囊（14）采用薄不锈钢片制作，沿列管内壁成环形布置，下部固定在列管内壁上，上端插入列管内壁上的滑槽密封（15）；毛细气囊（14）内设有进气管（16），毛细气囊（14）内的相对压强为5~10kPa；布水装置和液膜分散器（9）之间为缓冲腔（7）。
2.根据权利要求1所述的降膜法高效脱氮器，其特征在于，所述的收水器（2）为波形折板，捕捉随气流上升的雾化液体。
3.根据权利要求1所述的降膜法高效脱氮器，其特征在于，所述的雾化喷头（6）孔径2~4mm，流量系数12.3~19.5。
4.根据权利要求1所述的降膜法高效脱氮器，其特征在于，所述的锥形物料斗（8）与列管同轴设置，锥底直径与列管内径相同。
5.根据权利要求1所述的降膜法高效脱氮器，其特征在于，所述的螺纹匀水槽（13）为列管内壁上的一组环形毛细凹槽，高度30-40mm。
6.一种利用权利要求1所述的降膜法高效脱氮器脱除废水中氨氮的方法，废水和空气在所述的高效脱氮器中逆流接触，在气液接触过程中实现氨氮脱除，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1）、废水由进水口（3）进入降膜法高效脱氮器，通过转动的旋转布水管（5）上的雾化喷头（6）向下喷射，使废水在筒体（1）截面上均匀分配；
2）、废水通过雾化喷头（6）后，成雾化状态进入缓冲腔（7），均匀附着在液膜分散器（9）上端的锥形物料斗（8）内；
3）、进入锥形物料斗（8）的废水沿液膜分散器（9）上部的螺纹匀水槽（13）进行二次布料；
4)、二次布料后的废水沿毛细气囊（14）下降，在列管内壁形成液膜，调整毛细气囊（14）内的气压，改变废水形成的液膜厚度；
5)、空气从进风口（10）通入筒体（1）内，在液膜分散器（9）列管内与液膜逆流接触，在气液接触过程中脱除氨氮。
7.根据权利要求6所述的脱除废水中氨氮的方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：
1）混凝沉淀
通过混凝沉淀去除废水中的悬浮物，出水浊度控制在20NTU以下；
2）调节废水温度、pH值
混凝沉淀后的出水调节温度和pH值，温度控制在30~35℃，pH控制在10~11；
3）物料均布
调节温度和pH值后的废水经过布置在旋转布水管上的雾化喷头向缓冲腔布水，喷头孔径2~4mm，流量系数12.3~19.5，雾化后的废水均匀分布在液膜分散器的隔板上，通过锥形物料斗沿液膜分散器上端的螺纹匀水槽进行二次分配；
4）液膜厚度控制
二次布料后的废水沿毛细气囊下降，在列管内壁形成液膜，毛细气囊的相对压强控制在5~10kPa，液膜厚度控制在0.3~0.4mm；
5）风量调整
空气从进风口通入筒体内，调节风量，气水比控制在8~12：1；
6）氨氮脱除
空气在液膜分散器列管内与液膜逆流接触脱除氨氮，脱除氨氮后的废水由集液斗收集后从出液口流出。
8.根据权利要求7所述的脱除废水中氨氮的方法，其特征在于，所述的步骤3）和4）包括如下具体步骤：
①通过雾化喷头（6）向缓冲腔（7）布水，雾化废水的体积中位数直径VMD为3400-4300um；
②雾化废水经缓冲腔（7）缓冲后，在重力和表面张力作用下被均匀分布在隔板平面上的各锥形物料斗（8）捕获；
③各锥形物料斗（8）捕获的废水沿锥形物料斗（8）内壁下降，进入螺纹匀水槽（13）；
④在表面张力作用下，螺纹匀水槽（13）对废水进行二次分配，使废水沿液膜分散器（9）各列管内壁的圆周完全均布；
⑤在表面张力和毛细气囊的共同作用下，螺纹匀水槽（13）内的废水沿液膜分散器（9）列管内壁均匀下降，形成液膜，厚度控制在0.3-0.4mm。
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