CN105668881A

CN105668881A - 一种含氨氮的废水处理系统

Info

Publication number: CN105668881A
Application number: CN201610150199.5A
Authority: CN
Inventors: 江京华; 章捷
Original assignee: Hunan Jingming Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Guonong Agricultural Hi Tech Co ltd
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: CN105668881B

Abstract

本发明提供一种含氨氮的废水处理系统，包括曝气降解塔以及超声混合器，所述超声混合器包括混合容器和超声波发生器，所述混合容器上包含废水入口、臭氧入口和废水出口；超声混合器中排出的废水直接或间接进入曝气降解塔中，曝气降解塔自上而下依次包括出气孔、抽风机、分水器、氧化反应段以及曝气盘，曝气盘外接臭氧源用于向曝气降解塔中提供臭氧，分水器与曝气降解塔的进水管连接用于向曝气降解塔中提供废水，在曝气降解塔中废水自上而下且臭氧自下而上流动，且二者在氧化反应段中发生化学反应生成氮气，抽风机将曝气降解塔中产生的氮气抽出并从出气孔处排出曝气降解塔外。本发明使得废水中氨氮的处理效率进一步提高。

Description

一种含氨氮的废水处理系统

技术领域

本发明涉及废水处理装置，特别的，涉及一种含氨氮的废水处理系统。

背景技术

目前国内处理含氨氮的废水中的氨氮主要使用以下两种方法：

吹脱法：需要将车间废水预处理后再集中，然后添加合适的酸碱度调节药剂和氧化剂处理到碱性，达到吹脱法的基本要求且用蒸气将废水加热到一定的温度后用热水泵送至吹脱塔，进行吹脱，其吹脱的混合气体在高空排放。该技术中虽然有部分氨氮分解，但当含氨氮废水浓度达不到排放标准时，需进行循环再处理。所以一般采用多台塔交替循环串联使用，且排空高度不低于适当的高度，而塔下排放的废水中氨氮的含量由吹脱法的操作效果决定，其工艺技术的连续性和稳定性值得商酌。此外，还需操作人员不间断的进行现场检测监管，以保证排放达标。再有，其设备投资较大，其全套装置需占地800m²，总投资约为800万元(按每小时处理50吨废水计)，运行及维护的费用一般为10～15元/T废水；若年处理废水30万吨，还需运行及维护保养费用300～450万元。

气蒸法：将预处理的废水集中后添加缓释缓腐蚀药剂，采用列管换热器或波纹管换热器，采用蒸汽进行间接加热，将废水进行气蒸。该技术能取得一定的氨氮分解效果，但其热能消耗较大(一般企业均采用生产过程的余热进行再利用)，设备体积较大，换热器占地面积大。系统中挥发出的混合气体同样需要高空排放，废水中含氨氮浓度达不到标准时同样需要循环再处理。该装置和设备全套布置需占地900m²，总投资约为700万元(按每小时处理50吨废水计)，运行及维护的费用一般为15元/T废水；若年处理废水30万吨，还需运行及维护保养费用450万元。

此外，吹脱法和气蒸法所能处理的废水中氨氮含量必须低于500mg/L，当废水中氨氮含量超过每升500毫克时，使用吹脱法和气蒸法处理前需要另加稀释水对废水进行稀释，导致其处理过程更为繁杂，效率更为低下。鉴于该情况，本申请的发明人在先研发并申请了两件实用新型专利CN201520816314.9和CN201520815843.7，其中提供了一种处理含氨氮的废水中的氨氮的新系统。该系统使得氨氮处理设备的投资大幅减小，且废水中氨氮的处理效率大幅提升。但本领域技术人员仍然可以在废水中氨氮的处理效率方面做出进一步的努力。

发明内容

为了使得废水中氨氮的处理效率进一步提高，本发明提供一种含氨氮的废水处理系统，包括曝气降解塔100以及位于其废水流向上游的超声混合器200，所述超声混合器200包括混合容器和超声波发生器，所述混合容器上包含使得废水与臭氧在容器中混合并反应的废水入口和臭氧入口，混合容器上还包含废水出口；超声混合器200中排出的废水直接或间接进入所述曝气降解塔100中，所述曝气降解塔100自上而下依次包括出气孔11、抽风机6、分水器3、氧化反应段10以及曝气盘12，所述曝气盘12外接臭氧源用于向曝气降解塔100中提供臭氧，所述分水器3与曝气降解塔的进水管4连接用于向曝气降解塔中提供废水，在曝气降解塔100中废水自上而下且臭氧自下而上流动，且二者在氧化反应段10中发生化学反应生成氮气，所述抽风机6将曝气降解塔中产生的氮气抽出并从出气孔11处排出曝气降解塔外。

本发明中，所述分水器3可选用化工领域常用的液体分布装置，如莲蓬头状的液体喷淋器。例如分水器底面分布有对准氧化反应段10的多个出水通孔。在一种具体的实施方式中，所述分水器为呈几何对称的盘状或管状结构，且进水管与分水器的连接点位于分水器的对称中心的位置。本发明中，所述曝气盘12可选用化工领域常用的气体分布装置，如莲蓬头状的气体分布器。例如曝气盘的上表面分布有对准氧化反应段10的多个出气通孔。

在一种具体的实施方式中，所述氧化反应段10包括在上的气水混合区13和在下的氧化反应下方区14，所述气水混合区13和氧化反应下方区14分体设置使得二者间存在缝隙而在抽风机6的作用下可从此处向曝气降解塔中提供空气；优选在所述缝隙处设置进气过滤网7以向曝气降解塔中提供洁净空气。

所述空气一个作用是用于平衡曝气降解塔的内外气压，另一个作用是它具有稀释臭氧所带来的味道的作用，使得废水处理系统旁的环境更为宜人。本发明中，氧化反应段10中发生的化学反应主要为：臭氧与含氨氮化合物的废水反应生成游离氨，游离氨与未反应完的臭氧气体从废水中溢出，混合后进一步反应生成氮气与水。因此，本发明中在氧化反应下方区14已经发生了一定程度的氧化反应，而在气水混合区13中使得氧化反应变得彻底和完全。本发明中，将气水混合区13和氧化反应下方区14分体设置的另一个原因是使得该曝气降解塔100便于制造、装卸、运输和操作。此外，本领域技术人员能理解的，所述缝隙并不局限于安装狭缝，其可以衍生为多个孔状组成的缝隙或其它不规则形状的缝隙。

在一种具体的实施方式中，所述气水混合区13中含有用于增大气液反应的接触面积的填料2，所述氧化反应下方区14中不设填料。

其中，气水混合区13中所述填料例如为波纹填料。另外，所述氧化反应下方区14不设置填料的目的主要是便于整个曝气降解塔100的清洗。

在一种具体的实施方式中，所述抽风机6上连接有调速装置61用于控制抽风机6和出气孔11向曝气降解塔外排气的速度。

在一种具体的实施方式中，所述超声混合器200的上游还连接有射流混合器300，所述射流混合器300包含射流器、废水入口、臭氧入口和废水出口，用于废水和臭氧在射流器中高效混合。

本发明中，将臭氧发生器产生的臭氧气体射流混合至水体中，之后经超声波换能器在水中形成紊波混合后均匀分散，进行超声空化裂解，然后进行曝气降解；加快处理废水的时间，提高处理效果。

在一种具体的实施方式中，在所述射流混合器300和超声混合器200之间还设置有催化塔400，所述催化塔400包含废水入口和废水出口，以及包含催化化学反应发生的催化装置，所述催化塔400上并不单独设置气体出口和气体入口；在所述超声混合器200和曝气降解塔100之间还设置有氧化塔500，所述氧化塔500包含废水入口和废水出口，且所述氧化塔500上并不单独设置气体出口和气体入口。

本发明中的射流混合器300、催化塔400、超声混合器200和氧化塔500中均涉及一定程度的化学反应，且主要是废水中的杂质或水份与臭氧直接或间接发生的反应，其中催化塔400中在催化装置的作用下产生自由基，有利于后续反应的发生。但本发明提供的系统中，在射流混合器300、催化塔400、超声混合器200和氧化塔500中均不单独设置排气孔，而仅在曝气降解塔100的顶部设置单独的出气孔11用于将臭氧含量很低的废气排出系统外。

在一种具体的实施方式中，在射流混合器300的上游设置有废水集中池600，系统中还包括用于控制包括阀门在内的电控部件的电控箱700，以及系统中还包括若干水泵800和流量计900。

在一种具体的实施方式中，所述曝气降解塔100的底部设置有出水口15，出水口外设有出水阀门151；且在所述曝气降解塔100的抽风机6与分水器3之间以及分水器3与氧化反应段10之间共同形成气水分离区16；所述曝气盘12与设置在曝气降解塔100外的臭氧发生器连接，且在臭氧进气管道上设置有进气阀门121；所述进水管4在曝气降解塔外与进水泵5连接，曝气降解塔底部另连接有与进水泵5连通的回水管52，回水管上设有回水阀门51；在曝气降解塔的氧化反应下方区14内设有检测曝气降解塔内液面高度的液位计8。

在一种具体的实施方式中，所述系统中包括两个或多个曝气降解塔100。

在一种具体的实施方式中，所述超声波发生器发出的超声波的频率为27～30KHz，且臭氧源中臭氧的浓度为93％以上。

有益效果：

1)现有技术中的含氨氮的废水中氨氮的处理工艺一般均涉及高温和加热，而本发明中使用臭氧作为氧化剂，用曝气降解塔100处理含氨氮的废水，整个设备只需在常温常压下运行，也无需添加任何药剂，无安全和环保隐患。曝气降解塔100中不涉及使用催化剂即可使得含氨氮的废水在曝气降解塔100中使得出水和出气均达标排放。

2)本发明中通过曝气降解塔100与超声混合器200的结合，使得本发明提供的系统在处理含氨氮的废水时，可使用一组曝气降解塔100与超声混合器200即能实现将废水中氨氮含量从500mg/L降低至10mg/L以下(优于园区废水排放标准要求的氨氮低于30mg/L)。而与本申请的发明人在先提出的无超声混合器200的技术方案相比，本发明可大幅减少系统中串联的曝气降解塔100个数。综合说来，增加超声混合器200后使得系统的含氨氮废水中氨氮的处理效率再提高40％以上。

3)本发明提供一种废水可循环运转的系统，其中曝气降解塔100的出水口15中的废水可以直接排放，也可以将其引入其上游的任意装置中实现再处理。本发明提供的装置实现了在废水处理时间足够后便可连续排水的效果，因而没有不良的安全隐患和其他附带的风险，对劳动保护、安全卫生和消防也不会带来任何不良影响。且系统运行稳定，简单实用，系统投资少，设备占地面积小，安装及维护方便。

4)本发明提供的系统可用于分解氨氮含量超过500mg/L的废水，例如氨氮含量达到成千甚至上万mg/L时也可以采用本发明所述系统处理该废水，只是系统中串联的曝气降解塔100与超声混合器200的个数会稍多些。也就是说，本发明可根据废水的含氨氮浓度通过控制器调整废水的处理级次，可随停、随开、可连续流水工作，氨氮分解彻底，无二次污染。

5)本发明提供的系统中设置了超声混合器200，使得该系统不仅对含氨氮废水中的氨氮降解有效，而且对废水中的酚、醛等有机物也同样能起到降解效果，例如本发明的系统对废水中的COD、BOD、SS(水质中悬浮物)、色度和氨氮等杂质均能起到作用，因而取得了预料之外的优异效果。

附图说明

图1是本发明中提供的一种废水处理系统结构示意图，

图2是一种具体的曝气降解塔的结构示意图；

图1和图2中，100、曝气降解塔，200、超声混合器，300、射流混合器，400、催化塔，500、氧化塔，600、废水集中池，700、电控箱，800、水泵，900、流量计。

图2中，11、出气孔，12、曝气盘，121、进气阀门，10、氧化反应段，13、气水混合区，14、氧化反应下方区，15、出水口，2、填料，3、分水器，4、进水管，5、进水泵，51、回水阀门，52、回水管，6、抽风机，61、调速装置，7、进气过滤网，8、液位计，16、气水分离区。

具体实施方式

超声波指的是频率超过人耳听阈(16KHz)的声波，它是物理介质中的一种弹性机械波，超声波和光、电、磁等同样是一种物理能量形式。超声波用于水处理中利用的是超声波在液体介质中产生的超声空化效应。超声空化是一个复杂的非线性声学过程，超声波是纵波，进入水中后通过介质(水及其中的各种杂质)的振动而传递能量，沿传播方向对介质进行压缩和扩张。施加于液体中的声压需要高于一个最低幅值，才能引起超声空化，这个最低幅值称为空化阈。空化阈不仅取决于介质本身，而且取决于所施加的超声波，它与很多因素有关，包括温度、压力、空化核半径、介质中的含气量、声强、介质粘滞性、超声波频率等。通过超声波产生的空化泡在一定的条件下发生分裂和链式反应，产生·OH和·H,通过碘释放法实验证实了声致自由基的产生，超声空化产生的·OH，把KI水溶液中的I^-氧化为单质碘，可使淀粉指示剂变蓝。其化学反应式为：

H₂O超声空化＝＝＝＝·H+·OH

2·OH＝＝＝＝H₂O₂

H₂O₂+2KI＝＝＝＝I₂+2KOH

超声波输入产生的空化泡崩溃产生的冲击波和射流及自由基，使得·OH和其他自由基进入整个溶液，这些自由基会进一步引发有机分子的断裂，自由基转移和氧化还原反应。此外，溶解于水中的有机物也可能通过扩散进入空化泡内，在空化泡的瞬间发生高温高压下的化学键断裂，从而引发系列反应，可以用燃烧化学的单元反应来描述。水的离解反应过程为：

H₂O超声空化＝＝＝＝·H+·OH

·H+·H＝＝＝＝H₂

·H+O₂＝＝＝＝HO₂·

HO₂·+HO₂·＝＝＝＝H₂O₂+O₂

HO·+·H＝＝＝＝H₂O

·H+H₂O₂＝＝＝＝HO·+H₂O

·H+H₂O₂＝＝＝＝H₂+HO₂·

HO·+H₂O₂＝＝＝＝H₂O+HO₂·

HO·+H₂＝＝＝＝H₂O+H·

有机物存在时：

R热解＝＝＝＝产物

R+自由基＝＝＝＝产物

由以上方程和分析可以看出，溶液中有机物的声化学反应包括热解反应和氧化反应二种类型：疏水性、易挥发的有机物可进入空化泡内进行类似燃烧化学反应的热解反应；亲水性、难挥发的有机物在空化泡气液界面上或在液体中同空化产生的·OH进行氧化反应。局部高温高压、自由基、冲击波和射流被认为是超声波技术处理有机污染物与破解生物污泥的机理。本发明通过大量的实验效果也能证明这个机理的存在是符合事实的。

臭氧是已知可利用的最强的氧化剂之一，在实际使用中，臭氧呈现出突出的杀菌、消毒、降解有毒有机物的作用，是一种高效广谱杀菌剂。臭氧可使细菌、真菌等菌体的蛋白质外壳氧化变性，可杀灭细菌繁殖体和牙胞、病毒、真菌等。臭氧能杀死病毒细菌，而健康的细胞具有强大的平衡系统，因而臭氧对健康细胞无害。臭氧可对空气进行杀菌、净化，预防疾病交叉感染，可清除车间、设备、其他设施等处的异味。臭氧气体具有杀菌、消毒、防霉、除尘的功效。我国有些地区阳光日照时间少，湿度大，空气污染较严重，更能显示出它的特殊作用。对于水体的净化也同样具有显著的效果。

本发明中，臭氧机运行产生的气体在系统内循环，其主要作用于其中的主体高浓度污水，在一定的酸碱度条件下，它主要起催化氧化、分解COD、BOD、有机物、氨氮等水体中有害物质的作用，使得有机物分解为二氧化碳和水、氨氮分解为氮气和水，具有无毒无害且效果明显的作用。本发明的曝气降解塔100中，在臭氧的作用下，水体中的有害物质氨氮被充分地得到分解，形成无毒无害的氮气和水，绝无二次污染。其原理为：臭氧从含氨氮废水中气提的氨气与臭氧同时外溢反应，生成氮气和水，化学反应方程式如下：

4NH₃+2O₃＝＝＝＝＝2N₂+6H₂O

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

车间含氨氮废水经企业内沉淀池分离出无悬浮物和颗粒沉淀物的清水后调整好酸碱度，集中送往废水集中池内；本发明系统中的废水均来自于废水集中池600。

图2中曝气降解塔100内的工作过程如下：

废水经进水泵5连续的泵入曝气降解塔100内，当达到液位计8的最低水位后开启曝气降解塔100外的臭氧发生器，通过曝气盘12将臭氧输入氧化反应下方区14内，同时启动塔内抽风机6，通过调整装置61调整好抽风机6转速，保证气水平衡。臭氧与废水中的含氨氮化合物进行催化氧化反应生成游离氨，游离氨与未反应完的臭氧气体从水中溢出，再混合后进一步反应生成氮气与水，氮气与剩余的臭氧气体(以及从缝隙中进入的少量空气)被抽风机6向上抽，依次经过气水混合区13、气水分离区16，最后经出气孔11排出，向上走动的剩余臭氧气体在经过气水混合区13时，可与波纹填料上粘附的废水反应，由于分水器3上表面一般设置为封闭的，因而其对抽风机6的抽力有阻挡作用，使得臭氧气体在气水混合区13的停留时间足够长，反应充分，最后残留的外排臭氧气体量很少。下流水的水位达到液位计8的中高点时，控制器开启回水阀门51调整循环流量，以平衡水位，当水位高于设定值时，控制器开启出水口15的出水阀门151，将处理完的水排出，当出水口15排出的水不达标时，控制器关闭出水阀门151，同时打开回水阀门51，水被进水泵5再次泵入曝气降解塔100内，循环处理。

图1所示流程图中含氨氮废水的处理具体包括：

1)开启水泵800，将废水从废水集中池600泵入射流混合器300，开启与射流混合器300连通的臭氧发生器向其中注入臭氧，使得废水与臭氧在其中高效混合并反应；

2)水体在射流混合器300中经过气水混合后自流到催化塔400中进行催化反应；

3)催化反应后的水体进入超声混合器200，同时给超声混合器中注入臭氧，在超声混合器200中超声空化破解后的水体进入氧化塔500；

4)待氧化塔500的水位达到其液位计中部时开启水泵，将水泵入曝气降解塔100，当曝气降解塔100内水位达到其液位计低点时，开启臭氧发生器给曝气降解塔内注入臭氧；

5)待曝气降解塔100内水位达到其液位计高点时，打开排水阀进行排水；

6)此时设备进入自动处理程序。

图1中的流量计主要是为控制入曝气降解塔100的废水流量和射流混合器300的废水流量，出水口流量计为处理达标后控制排放水量。

在本发明中的超声混合器200中，水体中的微气泡进行空化反应，反应时释放的局部高温高压可以裂断杂质分子的化学键，同时产生羟基氢氧根自由基，氢氧根是一种氧化能力很强且无选择性氧化的广谱氧化剂。经超声空化后，废水进入曝气降解塔100，臭氧氧化反应降解氨氮，比仅使用曝气降解塔100的处理系统的氨氮处理效率提高40％以上，且处理其它污染物的效果更好，系统中排放出的气体更加适应环境要求，减少了曝气降解塔的级数，缩短了反应时间，减少了设备投资，解决了原系统设备不能综合处理水体中各种污染物的难题。

本发明提供的系统在应用时，氧化铁红废水中原氨氮浓度≥1200mg/L，经过本发明所述系统处理后的含氨氮废水，其各种不同污染物含量均完全可以达到《污水综合排放标准》GB8978-1996的二级排放标准及工业园区污水处理厂的入水标准要求。具体参数为：COD≦120mg/L，BOD≦60mg/L，SS≦50mg/L，pH值6-9，氨氮≦30mg/L。且同样按每小时处理50吨废水计，本发明系统仅需占地200m²以内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含氨氮的废水处理系统，包括曝气降解塔(100)以及位于其废水流向上游的超声混合器(200)，所述超声混合器(200)包括混合容器和超声波发生器，所述混合容器上包含使得废水与臭氧在容器中混合并反应的废水入口和臭氧入口，混合容器上还包含废水出口；超声混合器(200)中排出的废水直接或间接进入所述曝气降解塔(100)中，所述曝气降解塔(100)自上而下依次包括出气孔(11)、抽风机(6)、分水器(3)、氧化反应段(10)以及曝气盘(12)，所述曝气盘(12)外接臭氧源用于向曝气降解塔(100)中提供臭氧，所述分水器(3)与曝气降解塔的进水管(4)连接用于向曝气降解塔中提供废水，在曝气降解塔(100)中废水自上而下且臭氧自下而上流动，且二者在氧化反应段(10)中发生化学反应生成氮气，所述抽风机(6)将曝气降解塔中产生的氮气抽出并从出气孔(11)处排出曝气降解塔外。

2.根据权利要求1所述废水处理系统，其特征在于，所述氧化反应段(10)包括在上的气水混合区(13)和在下的氧化反应下方区(14)，所述气水混合区(13)和氧化反应下方区(14)分体设置使得二者间存在缝隙而在抽风机(6)的作用下可从此处向曝气降解塔中提供空气；优选在所述缝隙处设置进气过滤网(7)以向曝气降解塔中提供洁净空气。

3.根据权利要求2所述废水处理系统，其特征在于，所述气水混合区(13)中含有用于增大气液反应的接触面积的填料(2)，所述氧化反应下方区(14)中不设填料。

4.根据权利要求1所述废水处理系统，其特征在于，所述抽风机(6)上连接有调速装置(61)用于控制抽风机(6)和出气孔(11)向曝气降解塔外排气的速度。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述废水处理系统，其特征在于，所述超声混合器(200)的上游还连接有射流混合器(300)，所述射流混合器(300)包含射流器、废水入口、臭氧入口和废水出口，用于废水和臭氧在射流器中高效混合。

6.根据权利要求5所述废水处理系统，其特征在于，在所述射流混合器(300)和超声混合器(200)之间还设置有催化塔(400)，所述催化塔(400)包含废水入口和废水出口，以及包含催化化学反应发生的催化装置，所述催化塔(400)上并不单独设置气体出口和气体入口；在所述超声混合器(200)和曝气降解塔(100)之间还设置有氧化塔(500)，所述氧化塔(500)包含废水入口和废水出口，且所述氧化塔(500)上并不单独设置气体出口和气体入口。

7.根据权利要求6所述废水处理系统，其特征在于，在射流混合器(300)的上游设置有废水集中池(600)，系统中还包括用于控制包括阀门在内的电控部件的电控箱(700)，以及系统中还包括若干水泵(800)和流量计(900)。

8.根据权利要求1所述废水处理系统，其特征在于，所述曝气降解塔(100)的底部设置有出水口(15)，出水口外设有出水阀门(151)；且在所述曝气降解塔(100)的抽风机(6)与分水器(3)之间以及分水器(3)与氧化反应段(10)之间共同形成气水分离区(16)；所述曝气盘(12)与设置在曝气降解塔(100)外的臭氧发生器连接，且在臭氧进气管道上设置有进气阀门(121)；所述进水管(4)在曝气降解塔外与进水泵(5)连接，曝气降解塔底部另连接有与进水泵(5)连通的回水管(52)，回水管上设有回水阀门(51)；在曝气降解塔的氧化反应下方区(14)内设有检测曝气降解塔内液面高度的液位计(8)。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述废水处理系统，其特征在于，所述系统中包括两个或多个曝气降解塔(100)。

10.根据权利要求1～8中任意一项所述废水处理系统，其特征在于，所述超声波发生器发出的超声波的频率为27～30KHz，且臭氧源中臭氧的浓度为93％以上。