CN105693033A - 一种去除生活废水中氨氮的处理系统 - Google Patents

一种去除生活废水中氨氮的处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除生活废水中氨氮的处理系统，包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统、曝气池、生物除磷池、二次沉淀池、净水池、酸洗塔。本系统创造性的利用了交联聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）对水中氨态氮的选择吸附性，其分子结构中的羰基可与氨基化合形成氢键络合物。将含有交联聚乙烯吡咯烷酮的人造沸石与生活废水混合，使其充分吸附其中的氨氮，再通过加热解吸的方式使交联聚乙烯吡咯烷酮释放出所吸附的氨氮，并以氨气的形式放出，其尾气经酸洗净化处理后排放。同时，经过交联聚乙烯吡咯烷酮-人造沸石担体吸附去除氨氮后的生活废水进入到下一处理环节。

Description

一种去除生活废水中氨氮的处理系统
技术领域
本发明涉及一种去除生活废水中氨氮的处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
近年来，随着我国城镇人民生活水平的不断提高，城镇生活废水中的氮含量急剧上升，越来越多的含氮废水的任意排放给环境造成了极大的危害。氮在废水中以有机态氮、氨态氮（NH4 +-N）、硝态氮（NO3 --N）以及亚硝态氮（NO2 --N）等多种形式存在，而氨态氮是最主要的存在形式之一。生活废水中的氨氮是指以游离氨和离子铵形式存在的氮，主要来源于食物残渣和洗衣污水。氨氮的污染源多，排放量大，并且排放的浓度变化大。
从环境污染方面看，水环境中存在过量的氨氮会造成水体中溶解氧浓度降低，导致水体发黑发臭，水质下降，对水生动植物的生存造成影响，并会导致水体富营养化。
目前，生活废水中氨氮的处理实用性较好、国内运用最多的技术为：生物脱氮法、氨吹脱汽提法、折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、液膜法、土壤灌溉法等。
（1）生物脱氮法：在好氧条件下，通过好氧硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，然后在缺氧条件下，利用反硝化菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气并从废水中逸出。
（2）氨吹脱汽提法：吹脱、汽提法主要用于脱除废水中溶解气体和某些易挥发性物质。即将气体通入水中，使气与水相互充分接触，使水中溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。
（3）折点氯化法：折点氯化法是将氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量较低，而氨的浓度降为零。当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多，因此，该点称为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。
（4）化学沉淀法：化学沉淀法是向废水中投加Mg+和PO4 3-，使之与氨氮生成难溶复盐MgNH4PO4*6H2O（简称MAP）结晶，再通过重力沉淀使MAP从废水中分离。
（5）离子交换法：离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与废水中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。
（6）液膜法：乳状液膜法去除氨氮的机理为氨态氮易溶于膜相，它从膜相外高浓度的外侧，通过膜相的扩散迁移，到达膜相内侧与内相界面，与膜内相中的酸发生解脱反应，生成的NH4 +不溶于油相而稳定在膜内相中，在膜内外两侧氨浓度差的推动下，氨分子不断通过膜表面吸附，渗透扩散迁移至膜相内侧解吸，从而达到分离去除氨氮的目的。
（7）土壤灌溉法：土壤灌溉是把低浓度的氨氮废水（<50mg/L）作为农作物的肥料来使用，既为污灌区农业提供了稳定的水源，又避免了水体富营养化，提高了水资源利用率。但用于土壤灌溉的废水必须经过预处理，去除病菌、重金属、酚类、氰化物、油类等有害物质。
由于上述传统处理方法存在成本高、技术复杂、处理效果不稳定等缺点，因此，有必要摆脱现有的处理技术思路，开辟出处理生活废水中氨氮的新途径，进而开发一种全新形式的生活废水中氨氮处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种去除生活废水中氨氮的处理系统，该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统、曝气池、生物除磷池、二次沉淀池、净水池、酸洗塔等；其中，含氨氮的生活废水通过废水管线进入集水井，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，在此去除生活废水中的大直径固体物质，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，在此进一步去除废水中的不溶物质，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，废水在此进行中和处理并进行pH值的精确调节，pH值调节池出水的pH值范围为6.5~8.0，以满足交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的入水pH值要求，pH值调节池的出口通过废水管线连接交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的烟气排口通过废气管道连接酸洗塔，在此进行酸洗处理以去除废气中的氨，酸洗塔的出口通过废气管道将经过净化处理的尾气排入大气环境，同时，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的排水口通过废水管线连接曝气池，在此通过好氧曝气过程，使废水中的各种含磷物质均转化为正磷酸盐，曝气池的出口通过废水管线连接生物除磷池，其作用是通过生物活性反应过程，将废水中的正磷酸盐分解转化去除，生物除磷池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，在此将废水中的剩余不溶物质全部除去，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排；其中，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的池体采用不锈钢材质，其中部固定有一圈电动网箱滑轨，电动网箱滑轨上等间隔安装有10个交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱，池体上方设有担体网箱加热区，加热区上下两侧均装有电加热线圈，交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱由加热区左侧的入口进入加热区，并经右侧的出口离开加热区，加热区右上部安装有冷凝管，池体左下部设有进水阀门，右上部设有排水阀门；经过pH值调节处理后（处理后pH值为6.5~8.0）的生活废水通过交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统左下部的进水阀门进入池体内部，10个交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱在电动网箱滑轨的驱动下作慢速的顺时针转动，使废水与担体网箱中的含有交联聚乙烯吡咯烷酮的人造沸石充分接触，交联聚乙烯吡咯烷酮能够充分吸附废水中的氨态氮以及部分水分，吸附近饱和后的交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱延顺时针运动路径抬升至担体网箱加热区入口，并进入加热区内部，经过电加热线圈的加热，使交联聚乙烯吡咯烷酮发生热解吸，其吸附的氨态氮及水分以氨气-水蒸汽混合气体的形势排出，混合气体经过冷凝管的冷却后，沸点较高的水蒸汽凝结为液态水滴，经加热区出口回流至池体内，而沸点较低的氨气不会受冷凝结为液态，而是继续保持气体形态经气体出口进入到下一处理环节的酸洗塔内，经过热解吸处理后的交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱得以再生，并延顺时针运动路径经担体网箱加热区出口处下降至池体内部，再次与废水接触并发挥吸附作用，经过本系统净化处理后的废水由池体右上部的排水阀门排出池体，进入下一处理环节；其中，pH值调节池的作用是将经过一次沉淀的废水pH值调节至6.5~8.0，以满足交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的入水pH值要求；其中，曝气池的作用是通过好氧曝气过程，使废水中的含磷物质均转化为正磷酸盐；其中，生物除磷池的作用是通过生物活性反应过程，将废水中的正磷酸盐分解转化，将之从废水中去除。
其交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统，池体有效容积为350m3；交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱容积为5.5m3，孔径为12mm；电动网箱滑轨的工作电压为380V，转速为25min/圈。
进一步，交联聚乙烯吡咯烷酮担体选用人造沸石作为交联聚乙烯吡咯烷酮的担体物质，其交联聚乙烯吡咯烷酮质量含量为40.5%。
进一步，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的电加热线圈的工作电压为380V，加热温度可达到225℃；冷凝管采用溴化锂制冷剂，制冷机工作电压为380V，制冷温度可达15℃。
本发明的优点在于：
（1）本系统摆脱了现有的生活废水氨氮净化处理原理，创造性的利用了交联聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）对水中氨态氮的选择吸附性，其分子结构中的羰基可与氨基化合形成氢键络合物，将含有交联聚乙烯吡咯烷酮的人造沸石与生活废水混合，使其充分吸附其中的氨氮，从而使含氨氮的生活废水得到净化，其氨氮去除效率可达98.8%
（2）本系统使用的物料为人造沸石和交联聚乙烯吡咯烷酮（交联聚乙烯吡咯烷酮），二者均无毒性，从而消除了引入新的、危害更大的污染物的风险；同时，这两种物料简单易得，价格便宜，大大降低了系统运行成本。
（3）本系统针对其所产生的含有氨的尾气，采用了酸洗的方式加以净化除氨，其净化脱氨效率良好，不会对大气环境造成额外的污染。
（4）本系统原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是本发明的设备示意图。
图中：1-集水井、2-粗格栅、3-一次沉淀池、4-pH值调节池、5-交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统、6-曝气池、7-生物除磷池、8-二次沉淀池、9-净水池、10-酸洗塔
图2是交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的示意图。
51-不锈钢池体、52-交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱、53-电动网箱滑轨、54-电加热线圈、55-进水阀门、56-排水阀门、57-担体网箱加热区入口、58-担体网箱加热区出口、59-冷凝管。
具体实施方式
如图1所示的去除生活废水中氨氮的处理系统，该系统包括1-集水井、2-粗格栅、3-一次沉淀池、4-pH值调节池、5-交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统、6-曝气池、7-生物除磷池、8-二次沉淀池、9-净水池、10-酸洗塔等；其中，含氨氮的生活废水通过废水管线进入集水井1，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井1的出口通过废水管线连接粗格栅2，在此去除生活废水中的大直径固体物质，粗格栅2的出口通过废水管线连接一次沉淀池3，在此进一步去除废水中的不溶物质，一次沉淀池3的出口通过废水管线连接pH值调节池4，废水在此进行中和处理并进行pH值的精确调节，pH值调节池4出水的pH值范围为6.5~8.0，以满足交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的入水pH值要求，pH值调节池4的出口通过废水管线连接交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统5，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统5的烟气排口通过废气管道连接酸洗塔10，在此进行酸洗处理以去除废气中的氨，酸洗塔10的出口通过废气管道将经过净化处理的尾气排入大气环境，同时，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统5的排水口通过废水管线连接曝气池6，在此通过好氧曝气过程，使废水中的各种含磷物质均转化为正磷酸盐，曝气池6的出口通过废水管线连接生物除磷池7，其作用是通过生物活性反应过程，将废水中的正磷酸盐分解转化去除，生物除磷池7的出口通过废水管线连接二次沉淀池8，在此将废水中的剩余不溶物质全部除去，二次沉淀池8的出口通过废水管线连接净水池9，净水池9的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排；其中，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统5的池体采用不锈钢材质，其中部固定有一圈电动网箱滑轨53，电动网箱滑轨53上等间隔安装有10个交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱52，池体上方设有担体网箱加热区，加热区上下两侧均装有电加热线圈54，交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱52由加热区左侧的入口57进入加热区，并经右侧的出口58离开加热区，加热区右上部安装有冷凝管59，池体左下部设有进水阀门55，右上部设有排水阀门56；经过pH值调节处理后（处理后pH值为6.5~8.0）的生活废水通过交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统5左下部的进水阀门55进入池体内部，10个交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱52在电动网箱滑轨53的驱动下作慢速的顺时针转动，使废水与担体网箱52中的含有交联聚乙烯吡咯烷酮的人造沸石充分接触，交联聚乙烯吡咯烷酮能够充分吸附废水中的氨态氮以及部分水分，吸附近饱和后的交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱52延顺时针运动路径抬升至担体网箱加热区入口57，并进入加热区内部，经过电加热线圈54的加热，使交联聚乙烯吡咯烷酮发生热解吸，其吸附的氨态氮及水分以氨气-水蒸汽混合气体的形势排出，混合气体经过冷凝管59的冷却后，沸点较高的水蒸汽凝结为液态水滴，经加热区出口58回流至池体内，而沸点较低的氨气不会受冷凝结为液态，而是继续保持气体形态经气体出口进入到下一处理环节的酸洗塔10内，经过热解吸处理后的交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱52得以再生，并延顺时针运动路径经担体网箱加热区出口58处下降至池体内部，再次与废水接触并发挥吸附作用，经过本系统净化处理后的废水由池体右上部的排水阀门56排出池体，进入下一处理环节；其中，pH值调节池4的作用是将经过一次沉淀的废水pH值调节至6.5~8.0，以满足交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统5的入水pH值要求；其中，曝气池6的作用是通过好氧曝气过程，使废水中的含磷物质均转化为正磷酸盐；其中，生物除磷池7的作用是通过生物活性反应过程，将废水中的正磷酸盐分解转化，将之从废水中去除。
通过本系统处理后的生活废水，其氨氮去除效率可达98.8%。

Claims (4)

1.一种去除生活废水中氨氮的处理系统，其特征在于，该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统、曝气池、生物除磷池、二次沉淀池、净水池、酸洗塔等；其中，含氨氮的生活废水通过废水管线进入集水井，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，pH值调节池的出口通过废水管线连接交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的烟气排口通过废气管道连接酸洗塔，酸洗塔的出口通过废气管道将经过净化处理的尾气排入大气环境，同时，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的排水口通过废水管线连接曝气池，曝气池的出口通过废水管线连接生物除磷池，生物除磷池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过处理后的净化出水外排；
其中，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的池体采用不锈钢材质，其中部固定有一圈电动网箱滑轨，电动网箱滑轨上等间隔安装有10个交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱，池体上方设有担体网箱加热区，加热区上下两侧均装有电加热线圈，交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱由加热区左侧的入口进入加热区，并经右侧的出口离开加热区，加热区右上部安装有冷凝管，池体左下部设有进水阀门，右上部设有排水阀门，经过pH值调节处理pH值为6.5~8.0的生活废水通过交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统左下部的进水阀门进入池体内部，10个交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱在电动网箱滑轨的驱动下作慢速的顺时针转动，使废水与担体网箱中的交联聚乙烯吡咯烷酮担体充分接触，交联聚乙烯吡咯烷酮能够充分吸附废水中的氨态氮以及部分水分，吸附近饱和后的交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱延顺时针运动路径抬升至担体网箱加热区入口，并进入加热区内部，经过电加热线圈的加热，使交联聚乙烯吡咯烷酮发生热解吸，其吸附的氨态氮及水分以氨气-水蒸汽混合气体的形势排出，混合气体经过冷凝管的冷却后，沸点较高的水蒸汽凝结为液态水滴，经加热区出口回流至池体内，而沸点较低的氨气不会受冷凝结为液态，而是继续保持气体形态经气体出口进入到下一处理环节的酸洗塔内，经过热解吸处理后的交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱得以再生，并延顺时针运动路径经担体网箱加热区出口处下降至池体内部，再次与废水接触并发挥吸附作用，经过处理后的废水由池体右上部的排水阀门排出池体，进入下一处理环节。
2.根据权利要求1所述的去除生活废水中氨氮的处理系统，其特征在于，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的池体有效容积为350m3，其交联聚乙烯吡咯烷酮担体网箱容积为5.5m3，孔径为12mm，其电动网箱滑轨的工作电压为380V，转速为25min/圈。
3.根据权利要求1所述的去除生活废水中氨氮的处理系统，其特征在于，交联聚乙烯吡咯烷酮担体选用人造沸石作为交联聚乙烯吡咯烷酮的担体物质，其交联聚乙烯吡咯烷酮质量含量为40.5%。
4.根据权利要求1所述的去除生活废水中氨氮的处理系统，其特征在于，交联聚乙烯吡咯烷酮担体吸附净化系统的电加热线圈的工作电压为380V，加热温度达到225℃，冷凝管采用溴化锂制冷剂，制冷机工作电压为380V，制冷温度可达15℃。
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