CN104355472A - 一种含无机铵盐废水处理系统、处理工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含无机铵盐废水处理系统，该系统包括双极膜系统、第一套反渗透系统、第二套反渗透系统、预热器和脱氨系统。废水经双极膜系统分解得到纯氨水的稀溶液和酸的稀溶液分别进入脱氨系统和第一套反渗透系统进行浓缩回收，双极膜系统处理废水的残液经第二套反渗透系统浓缩得到含无机铵盐的反渗透浓水，其返回作为双极膜系统盐室进水，纯水回收利用；由该工艺方法获得的产品不存在混盐，产品纯度较高，可以直接回用；而且该工艺设备简单、操作方便，整个过程无需加入任何化学试剂，充分实现了废液的循环利用，成本低，具有良好的经济效益。

Description

一种含无机铵盐废水处理系统、处理工艺及其应用

技术领域

本发明属于废水深度处理领域，尤其涉及一种含无机铵盐废水处理系统、处理工艺及其应用。

背景技术

在工业生产中，特别是在化工、医药制造业中，随着大规模生产的进行常伴随无机铵盐废水的产生和排放，虽然这种无机铵盐废水中含有机杂质较少，无需采取复杂的预处理工艺，但是对无机铵盐废水的深度处理一直以来都是生产企业的技术难题。

无机铵盐废水的无害化处理，主要包括以下几种：吹脱法、生化法和电渗析膜法等。其中，吹脱法在应用过程中需要加入化学药剂调节pH值，吹脱后废水中铵盐残留量过高，而且极易引起对大气的二次污染等问题；生化法则主要利用生化池，通过细菌分解铵盐，最终形成氮气排放，在生化反应过程中，需要加入碳源和菌种，如果水中铵盐浓度稍高，即氨氮达到500mg/L时，会直接影响菌种的活性导致菌种死亡，无法进行生化反应；电渗析膜法能将废水中的铵盐大部分回收，但是处理后，水中残留的氨氮浓度仍不能达标排放，也无法回用，会给生产企业造成很大的困扰。

近年来，膜技术和MVR技术因其清洁、节能优势明显，被越来越多地应用到工业废水的处理中。利用传统的蒸发结晶法对含无机铵盐的废水直接进行蒸发结晶得到的产品不仅纯度较低、而且产品不能直接回用于生产、处理成本较高、铵盐的堆放也易产生二次污染等。

专利CN101935128A公开了一种含高浓度铵盐和钠盐废水的处理工艺，其利用铵盐与钠盐的溶解度随温度变化的特性差异，提供了一套蒸发浓缩结晶和冷却结晶相结合的分离出高纯度铵盐与钠盐的工艺，该工艺方法操作过程复杂需要进行多次结晶分离，整个工艺过程中还需要加入化学试剂，与此同时高温蒸发耗能高，导致成本过高。

专利CN103787523A公开了一种双极膜处理有色冶金废水的工艺，其首先利用过滤去除机械杂质，再利用树脂吸附去除重金属离子，得到的钠盐废水进一步经双极膜处理得到氢氧化钠和硫酸的稀溶液，该工艺主要针对含钠盐废水的处理，而且处理后的废水仍然存在含有较多的盐、得到的产品浓度不高等问题，也不能实现达标处理和近零排放，更不能解决冶金行业广泛存在的氨氮废水污染问题。

由上可以看出，现有技术中主要存在以下问题：

(1)处理后的废水中铵盐残留量过高，得到的产品纯度低。

(2)处理过程中需要加入化学药剂，同时处理过程中能耗高，过程复杂，造成处理过程成本过高。

(3)处理过程中易引起对大气的二次污染问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种含无机铵盐废水的处理系统及处理工艺，该该工艺将双极膜系统与精馏塔相结合，实现了无机铵盐的充分分解，获得的纯氨水和酸的稀溶液再进一步浓缩回收利用。整个工艺过程简单、操作方便，不需要添加化学药剂，得到的产品纯度较高，可以直接回用，节约生产成本的同时无二次污染产生，达到了环境-经济的双重效益。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种含无机铵盐废水处理系统，该系统包括双极膜系统、第一套反渗透系统、第二套反渗透系统、预热器和脱氨系统，双极膜系统的碱室与预热器进水口相连，预热器出水口与脱氨系统的进料口相连，脱氨系统塔底出料口与预热器相连，双极膜系统的酸室与第一套反渗透系统的进料口相连，双极膜系统的盐室出口与第二套反渗透系统相连，第二套反渗透系统的浓水室出口返回与所述双极膜系统的盐室进口相连接。

所述双极膜系统的盐室进水为含无机铵盐的废水。

所述双极膜系统的酸室的初始溶液为去离子水。

所述双极膜系统的碱室的初始溶液为去离子水。

所述双极膜系统的阳极汲取液为硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有：硫酸溶液和盐酸溶液的组合，盐酸溶液和硝酸溶液的组合，硫酸溶液、盐酸溶液和硝酸溶液的组合等。

所述双极膜系统的阴极汲取液为硫酸钠溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有：硫酸钠溶液和氯化钠溶液的组合，氯化钠溶液和氯化钾溶液的组合，氯化钾溶液和硝酸钠溶液的组合，硝酸钠溶液和硝酸钾溶液的组合，硫酸钠溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液和硝酸钠溶液的组合等。

所述脱氨系统包括精馏塔和冷凝器，精馏塔塔顶蒸汽出口与冷凝器相连，精馏塔塔底液体出口与预热器相连，使从精馏塔塔底流出的含氨浓度很低的清水经预热器与纯氨水的稀溶液换热冷却后回收利用，使物料和能量均得到循环利用。

所述第一套反渗透系统的浓水室和淡水室中液体为双极膜系统处理废水得到的酸的稀溶液。

所述第二套反渗透系统的浓水室和淡水室中液体为双极膜系统处理废水得到的残液。

以上所述废水处理系统的处理工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)含无机铵盐废水进入双极膜系统进行分解，得到浓度≤10％的氨水的稀溶液、浓度≤8％的酸的稀溶液和残液；

(2)步骤(1)中得到的氨水的稀溶液经预热器加热后进入脱氨系统中进行脱氨处理，得到氨水浓缩并回收，同时得到的工艺水也进行回收利用；

(3)步骤(1)中得到的酸溶液进入第一套反渗透系统，经第一套反渗透系统浓缩后的酸溶液进行回收利用，如可以用作离子交换洗柱，同时得到的纯水进行回收利用；

(4)步骤(1)中得到的残液进入第二套反渗透系统，经过进一步浓缩后得到的含无机铵盐的反渗透浓水作为双极膜系统的盐室进水，同时得到的纯水进行回收利用。

所述步骤(2)中脱氨系统的脱氨处理工艺如下：

步骤(1)中得到的氨水溶液经预热器加热后进入脱氨系统的精馏塔中，在精馏塔中经提留和精馏得到氨蒸汽，氨蒸汽从塔顶经冷凝器冷凝得到氨水的浓缩液，氨水浓缩液经回流提浓后回收，精馏塔塔底得到的液体经预热器与步骤(1)中得到氨水溶液进行换热冷却后作为工艺水回收。

步骤(1)中得到的氨水的稀溶液的浓度可为10％、9.5％、9％、8.5％、8％、7.5％、7％、6.5|％、6％、5.5％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.5％、1％、0.5％或0等。

步骤(1)中得到的酸的稀溶液的浓度可为8％、7.5％、7％、6.5％、6％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.5％、1％、0.5％或0等。

步骤(1)中无机铵盐废水中包括氯化铵、硫酸铵或硝酸铵中任意一种或至少两种的组合物，所述组合典型但非限制性的实例有：氯化铵和硫酸铵的组合物，硫酸铵和硝酸铵的组合物或氯化铵、硫酸铵和硝酸铵的组合物。

步骤(2)中精馏塔塔底得到的液体中氨氮浓度≤200mg/L，例如200mg/L、190mg/L、180mg/L、170mg/L、160mg/L、150mg/L、140mg/L、130mg/L、12mg/L、110mg/L、100mg/L、90mg/L、80mg/L、70mg/L、60mg/L、50mg/L、40mg/L、30mg/L、20mg/L、10mg/L或0mg/L等。

以上所述的废水处理系统的用途，其应用于含无机铵盐废水处理领域。

有益效果：

(1)本发明利用双极膜系统分解无机铵盐获得纯氨水和酸溶液，实现了无机铵盐的充分分解，获得的纯氨水和酸的稀溶液再进一步进入脱氨系统和反渗透进行浓缩回收，获得的产品不存在混盐，产品纯度较高，得到的氨水浓度高于15％，可以直接回用。

(2)处理过程中不需要再添加任何化学试剂，工艺设备简单、操作方便，实现了废液的循环利用，节约成本，具有良好的经济效益。

(3)处理过程中实现了物料的循环利用，不会产生二次污染，从而实现了废水的资源化回收利用，是一种符合市场需求的资源化工艺方法，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是本发明含无机铵盐废水的处理系统及处理工艺的流程图。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1：

一种氯化铵含量为12％的废水先进行预处理，经预处理后的废水进入双极膜系统的盐室，双极膜系统的酸室和碱室内通入去离子水，氯化铵经双极膜分解得到8％的氨水和5％的稀盐酸，氨水经预热器加热后从精馏塔中部进入，与精馏塔底部进入的气体传质、换热后挥发进入精馏段，氨蒸汽经冷凝器冷凝后回流循环，待氨水提浓至20％后回收，精馏塔底部出水氨氮浓度小于25mg/L，经预热器冷却后作为工艺用水；

稀盐酸通过第一套反渗透系统进一步浓缩至15％后回收利用，纯水回用。当双极膜处理废水所剩残液含氯化铵浓度低于20g/L时，经第二套反渗透系统浓缩至12％后返回双极膜系统作为盐室进水，产纯水回用。

实施例2：

一种硫酸铵含量为10％的废水先进行预处理，经预处理后的废水进入双极膜系统的盐室，双极膜系统的酸室和碱室内通入去离子水，硫酸铵经双极膜分解得到5％的氨水和3％的稀硫酸，氨水经预热器加热后从精馏塔中部进入，与精馏塔底部进入的气体传质、换热后挥发进入精馏段，氨蒸汽经冷凝器冷凝后回流循环，待氨水提浓至18％后回收，精馏塔底部出水氨氮浓度小于8mg/L，经预热器冷却后作为工艺用水；

稀硫酸通过第一套反渗透系统进一步浓缩至12％后回收利用，纯水回用。当双极膜处理废水所剩残液含硫酸铵浓度低于20g/L时，经第二套反渗透系统浓缩至10％后返回双极膜系统作为盐室进水，产纯水回用。

实施例3：

一种硝酸铵含量为3％、硫酸铵含量为4％的废水先进行预处理，经预处理后的废水进入双极膜系统的盐室，双极膜系统的酸室和碱室内通入去离子水，硝酸铵与硫酸铵均经双极膜分解得到8％的纯氨水和含硫酸、硝酸的混酸溶液，其中硫酸含量为1.2％，硝酸含量为1％。氨水经预热器加热后从精馏塔中部进入，与精馏塔底部进入的气体传质、换热后挥发进入精馏段，氨蒸汽经冷凝器冷凝后回流循环，待氨水提浓至16％后回收，精馏塔底部出水氨氮浓度小于200mg/L，经预热器冷却后回用作为工艺用水；

混酸溶液通过第一套反渗透系统进一步浓缩，硫酸含量为5％，硝酸含量为6％时回收利用，纯水回用。当双极膜处理废水所剩残液中含硫酸铵及硝酸铵浓度低于20g/L时，经第二套反渗透析系统浓缩至15％后返回双极膜系统作为盐室进水，产纯水回用。

实施例4：

一种氯化铵含量为15％的废水先进行预处理，经预处理后的废水进入双极膜系统的盐室，双极膜系统的酸室和碱室内通入去离子水，氯化铵经双极膜分解得到10％的氨水和8％的稀盐酸，氨水经预热器加热后从精馏塔中部进入，与精馏塔底部进入的气体传质、换热后挥发进入精馏段，氨蒸汽经冷凝器冷凝后回流循环，待氨水提浓至20％后回收，精馏塔底部出水氨氮浓度小于25mg/L，经预热器冷却后作为工艺用水；

稀盐酸通过第一套反渗透系统进一步浓缩至15％后回收利用，纯水回用。当双极膜处理废水所剩残液含氯化铵浓度低于20g/L时，经第二套反渗透系统浓缩至12％后返回双极膜系统作为盐室进水，产纯水回用。

综上所述，本发明的工艺方法打破了无机铵盐废水处理的常规方法，通过利用双极膜系统将无机铵盐分解得到纯氨水和酸溶液后，再进一步分别利用精馏塔和反渗透系进行浓缩回收，从而实现了废水的资源化回收利用，而且得到的新产品纯度较高，可以直接回用，是一种符合市场需求的资源化工艺方法，具有良好的市场前景。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种含无机铵盐废水处理系统，其特征在于，该系统包括双极膜系统、第一套反渗透系统、第二套反渗透系统、预热器和脱氨系统，双极膜系统的碱室与预热器进水口相连，预热器出水口与脱氨系统的进料口相连，双极膜系统的酸室与第一套反渗透系统的进料口相连，双极膜系统的盐室出口与第二套反渗透系统相连，第二套反渗透系统的浓水室出口返回与所述双极膜系统的盐室进口相连。

2.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述双极膜系统的盐室进水为含无机铵盐的废水；

优选地，所述双极膜系统的酸室的初始溶液为去离子水；

优选地，所述双极膜系统的碱室的初始溶液为去离子水。

3.根据权利要求1或2所述的废水处理系统，其特征在于，所述双极膜系统的阳极汲取液为硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述双极膜系统的阴极汲取液为硫酸钠溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液、硝酸钠溶液或硝酸钾溶液中任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的废水处理系统，其特征在于，所述脱氨系统包括精馏塔和冷凝器，精馏塔塔顶蒸汽出口与冷凝器相连，精馏塔塔底液体出口与预热器相连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的废水处理系统，其特征在于，所述第一套反渗透系统的浓水室和淡水室中液体为双极膜系统处理废水得到的酸溶液。

6.根据权利要求1-5任一项所述的废水处理系统，其特征在于，所述第二套反渗透系统的浓水室和淡水室中液体为双极膜系统处理废水得到的残液。

7.一种如权利要求1-6任一所述废水处理系统的处理工艺，其特征在于，所述处理工艺包括以下步骤：

(1)含无机铵盐废水经预处理后进入双极膜系统进行分解，得到浓度≤10％的氨水、浓度≤8％的酸溶液和残液；

(2)步骤(1)中得到的氨水溶液经预热器加热后进入脱氨系统中进行脱氨处理，得到氨水浓缩液并回收，同时得到的工艺水也进行回收利用；

(3)步骤(1)中得到的酸溶液进入第一套反渗透系统，经第一套反渗透系统浓缩后的酸溶液进行回收利用，同时得到的纯水进行回收利用；

(4)步骤(1)中得到的残液进入第二套反渗透系统，经过进一步浓缩后得到反渗透浓水作为双极膜系统的盐室进水，同时得到的纯水进行回收利用。

8.根据权利要求7所述的处理工艺，其特征在于，步骤(2)中脱氨系统的脱氨处理工艺如下：步骤(1)中得到的氨水溶液经预热器加热后进入脱氨系统的精馏塔中，在精馏塔中经提留和精馏得到氨蒸汽，氨蒸汽经冷凝器冷凝得到氨水的浓缩液，氨水浓缩液经回流提浓后回收，精馏塔塔底得到的液体经预热器与步骤(1)中得到氨水溶液进行换热冷却后作为工艺水回收。

9.根据权利要求7或8所述的处理工艺，其特征在于，步骤(1)中无机铵盐废水中包括氯化铵、硫酸铵或硝酸铵中任意一种或至少两种的组合物；

优选地，步骤(2)中精馏塔塔底得到的液体中氨氮浓度≤200mg/L。

10.一种如权利要求1-6任一项所述的废水处理系统的用途，其应用于含无机铵盐废水处理领域。