CN103214137B - 一种脱除厌氧消化出水中氨氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱除厌氧消化出水中氨氮的方法，将厌氧消化出水加热后放入脱二氧化碳池内，通入空气对厌氧消化出水进行脱二氧化碳处理，将脱除二氧化碳的厌氧消化出水送入脱氨塔中脱氨处理。本发明仅需要通过曝气来达到提高溶液pH的效果，从而有助于氨氮在吹脱塔中的去除。使脱氨成本降低的同时使厌氧消化出水符合主产品发酵对水质的要求，对工艺无负面影响。

Description

一种脱除厌氧消化出水中氨氮的方法

技术领域

本发明涉及一种脱除厌氧消化出水中氨氮的方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

液态深层发酵是大宗发酵产业技术的主通道，如燃料乙醇、氨基酸、有机酸、抗生素、生物酶、维生素、乳酸、长链二元酸、丙二醇等，正逐步发展为战略性生物产业。然而，液态深层发酵技术体系存在一个共性的技术结构性缺陷：少量产品派生大量废水，造成环境污染以及水资源浪费。以燃料乙醇为例，其生产过程产生大量蒸馏废液（约10吨/吨酒精），已成为限制该产业发展的瓶颈。由于可生化性好，对于大部分发酵废水，工业上普遍采用的处理工艺为“生物厌氧-生物好氧-深度处理-排放”，然而该工艺存在投资大、占地面积多、运行费用高、浪费水资源以及难以达到国家排放标准等问题。毛忠贵等人在专利“以薯类为主原料的酒精环形生产工艺”中提出仅用厌氧消化处理酒精发酵废水，所得厌氧消化出水可回用于发酵过程。该工艺较传统工艺可减少占地面积和固定资产投资，实现发酵废水的零排放，既消除了废水对环境的污染，也节约了大量水资源。，该工艺同样也可推广于其他发酵产品废水的治理。但是，微生物发酵产品众多，菌种敏感特性也各不相同，厌氧消化出水中夹杂着的微量但多种物质可能对主发酵微生物的正常生长繁殖产生抑制，或对其主产物发酵的代谢途径产生干扰。其中，厌氧消化出水中的氨氮即为一个干扰因素。废水中有机氮在厌氧消化过程中会被微生物降解产生氨氮，产生的氨氮仅少部分被微生物吸收利用，大部分残留于厌氧消化出水中。当厌氧消化出水作为配料用水回用于生产时，适量浓度的氨氮可作为发酵微生物的氮源，但高浓度氨氮会降低发酵产品的产量，因此需要采取适当手段去除厌氧消化出水中部分氨氮使其处于最适浓度。目前工业上废水氨氮最常见的处理方法有：生物法、吹脱法、折点加氯法等。

生物法的原理是利用硝化与反硝化菌将氨氮转化为氮气，其基建投资和运行电费比常规法增加很多，一般适用于低浓度氨氮废水的处理。吹脱法和折点加氯法同属物化法，与生物法比较，具有较宽的适应性，也是目前工业上最常见的氨氮去除方法。吹脱法的原理是利用氨在水溶液中的解离平衡和氨的气液平衡，在碱性条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮不断地由液相转移至气相，然后以酸溶液回收，达到废水脱氨目的。吹脱时通常用碱将溶液的pH调节至11以上，在脱氨塔内完成脱氨过程。折点加氯法的原理是将氯气和次氯酸钠投入废水，利用氯的强氧化性将氨氮氧化为氮气。这两种方法共同的缺点是需要添加药剂。药剂的添加一方面会增加成本；另一方面，在循环利用工艺中，添加的药剂会对工艺产生负面影响。因此需要开发合适的脱氨方法以适应循环工艺的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服传统脱氨方法存在的不足，提供一种无需添加药剂而脱除废水中氨氮的方法，控制较低脱氨成本的同时使厌氧消化出水符合主产品发酵对水质的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

（1）将厌氧消化出水加热到温度40-70°C；

（2）加热后放入脱二氧化碳池内，通入空气对厌氧消化出水进行脱二氧化碳处理，风量为10-50m³/(h·m³水)，直至其pH升至9.0以上；

（3）将脱除二氧化碳的厌氧消化出水送入脱氨塔，厌氧消化出水从脱氨塔塔顶泵入，空气从塔底由鼓风机鼓入，空气与水体积流量比为1000-5000:1，空气带出的氨用硫酸溶液吸收，生成硫酸铵。

本发明的加热热源可采用水蒸汽、热烟道气或生产过程中的其它废热。发酵产品生产过程中有大量废热，如制糖工序中，需要将液化醪从95-100℃冷却降温至60-62℃，再如酒精蒸馏工序中排放的蒸馏废液，温度在100℃以上。

当用水蒸汽加热时，加热方式可采用直接加热或间接换热；当用热烟道气或生产过程中的其它废热加热时采用间接换热方式。

本发明的原理是：厌氧消化出水中的碳酸氢根存在下列解离平衡，

HCO^- ₃=CO₂+OH^-

曝气过程使二氧化碳液相向气相转移，促进上述反应向右进行，溶液pH上升。溶液中氨氮存在下列解离平衡，

NH₄ ⁺=NH₃+H⁺

而游离态氨与离子态氨浓度比例与溶液的pH相关。pH越高，游离氨所占比例越大，进入脱氨塔后越有利于氨从液相向气相中转移。

本发明适用于含有适量碳酸氢盐碱度的废水中氨氮的去除。

本发明所述脱氨塔结构为板式塔或填料层。

本发明所述吹脱塔为一个或多个串联，以达到脱氨要求。

本发明仅需要通过曝气来达到提高溶液pH的效果，从而有助于氨氮在吹脱塔中的去除。使脱氨成本降低的同时使厌氧消化出水符合主产品发酵对水质的要求，对工艺无负面影响。

附图说明

图1为本发明厌氧消化出水中氨氮的脱除流程图。

具体实施方式

实施例一：木薯酒糟厌氧消化出水，总体积100m³，碱度为3570mg/L，以CaCO₃计，氨氮浓度为570mg/L，用压力为3atm的水蒸汽直接加热使温度达到40°C，在脱二氧化碳池中通入空气进行曝气，空气流量为5000m³/h，待厌氧消化出水的pH升至9.15后停止通气。脱碳结束后将厌氧消化出水泵入吹脱塔，流量为25m³/h，吹脱塔为板式塔，吹脱风量为125000m³/h，经一次吹脱塔，氨氮去除率达到50%。将该脱氨后的厌氧消化出水作为配料水用于酒精发酵，发酵结束时酒精浓度为11.89±0.05%(v/v)，与自来水配料所得发酵结果相当（11.90±0.08%(v/v)）。

实施例二：木薯酒糟厌氧消化出水，总体积100m³，碱度为3340mg/L，以CaCO₃计，氨氮浓度为548mg/L，在翅片管式换热器中，用温度为450℃的高温烟道气换热到70°C，放入脱二氧化碳池中，并通入空气进行脱碳处理，脱碳过程中空气流量为100m³/h，直至pH升至9.46结束。脱碳后将厌氧消化出水泵入脱氨塔，控制进料流量20m³/h，吹脱塔为填料塔，吹脱风量为20000m³/h，经一次吹脱塔，氨氮去除率达到76%。将该脱氨后的厌氧消化出水作为配料水用于酒精发酵，发酵结束时酒精浓度为11.95±0.13%(v/v)，与自来水配料所得发酵结果相当（11.93±0.10%(v/v)）。

实施例三：木薯酒糟厌氧消化出水，总体积300m³，碱度为3980mg/L，以CaCO₃计，氨氮浓度为773mg/L，在列管式换热器中用90℃的酒精蒸馏废液换热使温度达到50°C，进入脱二氧化碳池，通入空气脱碳，脱碳过程中空气流量为9000m³/h，直至pH升至9.32结束。脱碳结束后将厌氧消化出水泵入脱氨塔，流量为50m³/h，脱氨塔为板式塔，吹脱风量为100000m³/h，经一次吹脱，氨氮去除率达到63%。将经脱氨的厌氧消化出水作为配料水用于酒精发酵，发酵结束时酒精浓度为11.76±0.04%(v/v)，与自来水配料所得发酵结果相当（11.74±0.15%(v/v)）。

实施例四：柠檬酸废水厌氧消化出水，总体积400m³，碱度为2100mg/L，以CaCO₃计，氨氮浓度为200mg/L，在板式换热器中用压力为2atm的水蒸汽间接加热至55°C，然后进入脱二氧化碳池脱碳，脱碳过程中空气流量为4000m³/h，pH升至9.38后停止通风。脱碳后将厌氧消化出水送入脱氨塔，脱氨塔为板式塔，2个相同的脱氨塔串联，厌氧消化出水先进入第一个脱氨塔，然后再进入第二个脱氨塔，进料流量均为10m³/h，吹脱风量均为10000m³/h，经二次吹脱，氨氮去除率达到88%。将经脱氨的厌氧消化出水作为配料水用于柠檬酸发酵，发酵结束时酸度为14.12±0.09%(v/v)，与自来水配料所得发酵结果相当（14.09±0.14%v/v）。

Claims (4)

1.一种脱除厌氧消化出水中氨氮的方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将厌氧消化出水加热到温度40-70°C；

（2）加热后的厌氧消化出水放入脱二氧化碳池内，通入空气对厌氧消化出水进行脱二氧化碳处理，风量为10-50m³/(h·m³水)，直至其pH升至9.0以上；

（3）将脱除二氧化碳的厌氧消化出水送入脱氨塔，厌氧消化出水从脱氨塔塔顶泵入，空气从塔底由鼓风机鼓入，空气与水体积流量比为1000-5000:1，空气带出的氨用硫酸溶液吸收，生成硫酸铵。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述脱氨塔为板式塔或填料层，脱氨塔为一个或多个串联。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述加热热源为水蒸汽、热烟道气或发酵产品生产过程中的废热。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，用水蒸汽加热时，加热方式可采用直接加热或间接换热；用热烟道气或废热加热时采用间接换热方式。