CN105800831A - 一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置，方法包括以下步骤：调碱后投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石并沉淀；沉淀脱水处理；废水注入活性炭自生——再生反应器中对难降解有机物进行活性炭吸附；投加H2O2溶液后密封升温反应，处理结束后废水排出。装置包括MgCl2·6H2O溶料池、Na2HPO4·12H2O溶料池、碱液溶料池、反应池、沉淀池、高有机物废水储池、H2O2溶料池、活性炭自生——再生反应器、集泥池、压滤机，高氨氮高有机物废水在反应池中反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，在沉淀池中进行沉淀，沉泥通过压滤机脱水，除氨氮的高有机物废水在活性炭自生——再生反应器反应除去难降解的有机物。本发明实现废水中氨氮的资源化回收利用，并低成本地除去废水中的难降解有机物。

Description

一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置
技术领域
本发明属于有机废水处理的技术领域，特别是涉及一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置。
背景技术
高氨氮高有机物废水是化工、制药等行业产生的一大类难处理的废水，对于化工、制药行业的高氨氮高有机物废水，其处理方法为首先通过氨吹脱或蒸氨的方法，在碱性条件下将废水中氨氮以氨气的方式分离，然后再用硫酸吸收转化为硫酸铵，进而用作化肥生产原料，或者将蒸氨后所得的氨气经过水蒸气冷凝后形成氨水，以实现废水中氨氮的资源化。但实际情况是，废水中有机物含量高而导致回收的硫酸铵和氨水纯度不高，从而无法抵消氨吹脱或蒸氨将废水pH提高至10～11的加碱成本，最终使废水的脱氮成本较高，无法实现废水氨氮的资源化。氨吹脱或蒸氨去除废水中浓度较高的氨氮后，废水中剩余有机物多为难降解有机物，采用传统物化、生化组合工艺进行处理往往难以达到预期效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法，实现废水中氨氮的资源化回收利用，实现对废水中的难降解有机物的低成本处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)通过碱液调节高氨氮高有机物废水的pH至8～9，投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O进行混合并反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，反应结束后通入沉淀池中进行沉淀并得到除去氨氮的高有机物废水；
(2)对MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀进行脱水处理得到MgNH4PO4·6H2O鸟粪石缓释肥料；
(3)将除去氨氮的高有机物废水注入活性炭自生——再生反应器，所述活性炭自生——再生反应器中装填颗粒活性炭吸附床；
(4)投加H2O2溶液，密封活性炭自生——再生反应器，升温至150～200℃，反应5～7h；
(5)反应结束后将废水排出。
作为本发明一种优选的实施方式，所述步骤(1)中投料混合时间为1～2min，反应时间为20～30min，沉淀池的表面负荷为2～4m3/(m2·h)，沉淀时间为2～3h。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述H2O2溶液的质量浓度为30％，投量为2～4mL/(L废水)。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种实现上述高氨氮高有机物废水资源化处理方法的装置，能够将废水中的氨氮转化为可再利用的肥料，并实现了颗粒活性炭的原位自生和再生。
本发明解决这一技术问题所采用的技术方案是提供一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，包括MgCl2·6H2O溶料池、Na2HPO4·12H2O溶料池、碱液溶料池、反应池、沉淀池、高有机物废水储池、H2O2溶料池、活性炭自生——再生反应器、集泥池、压滤机，所述反应池与输送高氨氮高有机物废水的管道相连，所述MgCl2·6H2O溶料池、Na2HPO4·12H2O溶料池和碱液溶料池分别通过投料泵与反应池连通，所述反应池顶部安装有若干搅拌机，反应池的出水口与沉淀池的进水口相连，所述沉淀池内部、进水口一侧设置为竖井结构，所述竖井结构中水平安装有若干层网隔，所述沉淀池内部、相对进水口一侧的中部位置设有沉淀斜板，沉淀池的底部与排泥管连通，所述排泥管的排泥口位于集泥池上方，所述集泥池通过输送泵向压滤机输泥，所述沉淀池的排液管设置于沉淀斜板以上，所述排液管的出水口位于高有机物废水储池上方，所述高有机物废水储池通过输水泵与活性炭自生——再生反应器的上部连通，所述H2O2溶料池通过投料泵与活性炭自生——再生反应器的上部连通，所述活性炭自生——再生反应器通过加热器进行加热，活性炭自生——再生反应器内部、靠近下部的位置自上而下依次填充有颗粒活性炭吸附床、砾石承托层和滤板，所述活性炭自生——再生反应器的底部与排水管连通、上部设有释气管和溢流管，所述释气管设置于溢流管以上的位置。
作为本发明一种优选的实施方式，所述集泥池与压滤机之间的输送泵采用螺杆泵。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述压滤机采用板框压滤机。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述输水泵与活性炭自生——再生反应器之间的管道上安装有止回阀，所述止回阀与输水泵之间的管道上设有回流管，所述回流管的出水口位于高有机物废水储池上方。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述活性炭自生——再生反应器的侧壁设有填料孔，所述填料孔的设置位置与活性炭自生——再生反应器中的颗粒活性炭吸附床和砾石承托层的位置相对应，所述活性炭自生——再生反应器顶部设有温度传感器、温度报警器、压力传感器和压力报警器。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述颗粒活性炭吸附床的厚度为0.8～1.0m，活性炭颗粒的粒径为1.5～1.8mm，所述砾石承托层的厚度为0.15～0.2m，砾石的粒径为10～15mm。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述滤板上设有均布的直径为5mm的透水孔。
有益效果
在本发明方法中，先通过向调碱的高氨氮高有机物废水中投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀，对MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀进行脱水处理从而得到优质的缓释肥料，一方面除去了废水中的氨氮，另一方面实现了废水中氨氮的资源化回收利用；再将高有机物废水注入活性炭自生——再生反应器，活性炭自生——再生反应器内部装填颗粒活性炭吸附床，能够对废水中的难降解有机物进行吸附，再通过H2O2的湿式氧化反应和水热炭化的双重作用下使得颗粒活性炭得到自生和再生，一方面实现了对废水中的有机物的处理，另一方面实现了颗粒活性炭的原位自生和再生效果，大量减少颗粒活性炭使用量，降低了废水处理的成本。
在本发明装置中，主要包括反应池、沉淀池、压滤机和活性炭自生——再生反应器等设备，通过反应池先对高氨氮高有机物废水进行调碱，再与MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O混合并反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，通过沉淀池对废水中的MgNH4PO4·6H2O鸟粪石进行沉淀，其中沉泥通过输送至压滤机进行脱水，获得MgNH4PO4·6H2O鸟粪石缓释肥料，从而将废水中的氨氮转化为可再利用的肥料，另外的高有机物废水流入至高有机物废水储池进行缓存，高有机物废水再注入活性炭自生——再生反应器进行活性炭吸附和高温反应，实现对废水中难降解有机物的除去和颗粒活性炭的原位自生与再生，从而实现了废水中的难降解有机物的处理且处理成本低。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
其中：1为MgCl2·6H2O溶料池、2为Na2HPO4·12H2O溶料池、3为碱液溶料池、4为反应池、5为沉淀池、6为高有机物废水储池、7为H2O2溶料池、8为活性炭自生——再生反应器、9为集泥池、10为压滤机、11为搅拌机、12为网隔、13为沉淀斜板、14为排泥管、15为排液管、16为输送泵、17为加热器、18为颗粒活性炭吸附床、19为砾石承托层、20为滤板、21为填料孔、22为排水管、23为释气管、24为溢流管、25为止回阀、26为回流管、27为输水泵、28为温度传感器、29为温度报警器、30为压力传感器、31为压力报警器、32为溢流液承接池。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)通过碱液调节高氨氮高有机物废水的pH至8～9，碱液通常采用NaOH溶液或者KOH溶液等，投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O进行混合并进行反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，MgCl2·6H2O、Na2HPO4·12H2O的投量需要根据试验确定，混合时间为1～2min，反应时间为20～30min。反应结束后反应液通入沉淀池5中进行沉淀，沉淀时间为2～3h，沉淀池5的表面负荷为2～4m3/(m2·h)，得到除去氨氮的高有机物废水。
(2)对MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀进行脱水处理，脱水后的MgNH4PO4·6H2O鸟粪石可以作为一种优质的缓释肥料。
(3)将除去氨氮的高有机物废水注入活性炭自生——再生反应器8，活性炭自生——再生反应器8中装填颗粒活性炭吸附床18，通过颗粒活性炭吸附床18对废水中的难降解有机物进行吸附。
(4)投加H2O2溶液，H2O2溶液的质量浓度为30％，投量为2～4mL/(L废水)，密封活性炭自生——再生反应器8，升温至150～200℃，反应5～7h。通过H2O2的湿式氧化和水热炭化的双重作用，实现活性炭的自生和再生，从而将废水中的难降解有机物除去。
(5)反应结束后将废水排出，排出的废水可达到排放标准或者排入到废水集中处理厂进行统一处理。
这种高氨氮高有机物废水资源化处理方法的原理是：
第一，废水中的氨氮能够与MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，MgNH4PO4·6H2O鸟粪石为固体，能够形成沉淀。通过对MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀进行脱水处理从而获得MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，可用作缓释肥料，实现对废水中氨氮的资源化回收利用。
第二，废水中的难降解有机物能够通过活性炭吸附的方式除去，但是普通吸附方式活性炭吸附饱和后再生费用高、活性炭损耗率高，通过湿式氧化反应和水热炭化反应的双重作用可以实现活性炭的自生和再生。湿式氧化反应通过向密闭、加热的活性炭自生——再生反应器8中投加H2O2进行反应，且在活性炭自生——再生反应器8密闭并调控反应温度的条件下，能够形成水热炭化的反应条件。活性炭再生是通过活性炭自生——再生反应器8中的湿式氧化对吸附于炭孔中的有机物进行矿化而实现的，活性炭的自生过程则首先通过水热炭化将吸附于活性炭上有机物炭化，然后在密闭、加热活性炭自生——再生反应器8中蒸气、有机物矿化过程中形成的CO2的活化作用下，将有机物转变为具有较大孔隙率的活性炭，从而具有吸附能力。
如图1所示的是一种实现上述高氨氮高有机物废水资源化处理方法的装置，包括MgCl2·6H2O溶料池1、Na2HPO4·12H2O溶料池2、碱液溶料池3、反应池4、沉淀池5、高有机物废水储池6、H2O2溶料池7、活性炭自生——再生反应器8、集泥池9、压滤机10。
反应池4与输送高氨氮高有机物废水的管道相连，高氨氮高有机物废水为化工、制药等行业生产过程中产生的废水。在反应池4附近设置MgCl2·6H2O溶料池1、Na2HPO4·12H2O溶料池2和碱液溶料池3，分别通过投料泵与反应池4连通，通过碱液溶料池3中配制的碱液抽入到反应池4内对废水进行调碱，再通过MgCl2·6H2O溶料池1和Na2HPO4·12H2O溶料池2中配制的溶液抽至反应池4中进行混合并反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，反应池4的顶部安装有若干搅拌机11。反应池4的出水口与沉淀池5的进水口通过管道相连，反应后的废水经过管道输送至沉淀池5中进行沉淀。
沉淀池5内部、进水口一侧设置为竖井结构，竖井结构中水平安装有若干层网隔12，网隔12的设置有利于增加沉淀效率。沉淀池5内部、相对进水口一侧的中部位置设有沉淀斜板13。沉淀池5的底部与排泥管14连通，排泥管14的排泥口位于集泥池9的上方，通过排泥管14将MgNH4PO4·6H2O鸟粪石的沉泥排至集泥池9中。沉淀池5的排液管15设置于沉淀斜板13以上，排液管15的出水口位于高有机物废水储池6的上方，通过排液管15将沉淀池5中的高有机物废水输送至高有机物废水储池6中进行缓存。
集泥池9通过输送泵16向压滤机10输泥，输送泵16优选选用螺杆泵，能够输送泥水，压滤机10优选采用板框压滤机。通过压滤机10的压滤作用，可以从压滤机10中得到滤水后的MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，可以作为一种优质的缓释肥料进行再利用。
高有机物废水储池6通过输水泵27与活性炭自生——再生反应器8的上部连通，H2O2溶料池7设置于自生——再生反应器8附近并通过投料泵与活性炭自生——再生反应器8的上部连通，输送H2O2溶液的管道可以直接连接到输送高有机物废水的管道上形成共用管路，通过阀门分别对两条管路的通闭进行控制，从而减少管道布设。输水泵27与活性炭自生——再生反应器8之间的管道上安装有止回阀25，用于防止高有机物废水的回流，止回阀25与输水泵27之间的管道上设有回流管26，回流管26的出水口位于高有机物废水储池6上方，管道中止回阀25以下的高有机物废水可以通过回流管26直接回流至高有机物废水储池6中。
活性炭自生——再生反应器8通过加热器17进行加热，活性炭自生——再生反应器8顶部设有温度传感器28、温度报警器29、压力传感器30和压力报警器31。活性炭自生——再生反应器8内部、靠近下部的位置自上而下依次填充有颗粒活性炭吸附床18、砾石承托层19和滤板20，其中，颗粒活性炭吸附床18的厚度为0.8～1.0m，活性炭颗粒的粒径为1.5～1.8mm，砾石承托层19的厚度为0.15～0.2m，砾石的粒径为10～15mm，滤板20上设有均布的直径为5mm的透水孔。活性炭自生——再生反应器8的侧壁设有填料孔21，通过填料孔21，工作人员可以进入到活性炭自生——再生反应器8内部进行填料装填以及检修。活性炭自生——再生反应器8底部设有的排水管22，用于排出除去了难降解有机物的废水。活性炭自生——再生反应器8上部设置释气管23进行排气和溢流管24进行液位控制，释气管23设置于溢流管24以上的位置，溢流液通过溢流管24流出至溢流液承接池32中。
下面提供一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置的具体实施例：
某煤化工企业在生产过程中排出的高氨氮高有机物废水，废水水量为100m3/d，COD为5800.0～6900.0mg/L，氨氮高达28000.0～35000.0mg/L，采用本发明的高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置进行处理，具体步骤如下：
(1)在反应池4中，通过NaOH溶液将高氨氮高有机物废水的pH调节至8.5，通入配制的MgCl2·6H2O溶液和Na2HPO4·12H2O溶液进行混合并反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，反应结束后将反应液通入沉淀池5中进行沉淀；
(2)利用板框压滤机对MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀进行压滤脱水处理，获得MgNH4PO4·6H2O鸟粪石缓释肥料；
(3)将除去氨氮的高有机物废水注入活性炭自生——再生反应器8，利用活性炭自生——再生反应器8中装填的颗粒活性炭吸附床18对废水中难降解的有机物进行吸附；
(4)按照4.0mL/(L废水)的标准投加质量浓度为30％的H2O2溶液，密封活性炭自生——再生反应器8，升温至180℃，反应6h；
(5)反应结束后将废水排出，经检测，废水中的COD降至150～200mg/L，氨氮降至18～25mg/L，满足间接排放标准，可排入污水管网。
这种高氨氮高有机物废水资源化处理方法及装置的优势在于：不仅能够将高氨氮高有机物废水中的氨氮转化为MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀，可用作优质的缓释肥料，不仅除去废水中的氨氮，同时实现了氨氮的资源化回收利用。在后续去除废水中难降解有机物时，充分利用活性炭自生及再生反应体系中活性炭能够自生和再生的特性，使其用于难降解有机物废水处理时不受限于活性炭的投量，有利于降低处理成本，在确保处理效果的同时，避免了传统化学、焚烧再生方法费用高昂的问题，同时也避免了传统再生方法炭损耗率高的问题。该方法适用于制药、化工等行业生产过程中产生的高氨氮高有机物工业废水，尤其是难以通过氨吹脱、蒸氨法回收得到纯度较高的氨水和硫酸铵的高氨氮废水。

Claims (10)

1.一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)通过碱液调节高氨氮高有机物废水的pH至8～9，投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O进行混合并反应生成MgNH4PO4·6H2O鸟粪石，反应结束后通入沉淀池(5)中进行沉淀并得到除去氨氮的高有机物废水；
(2)对MgNH4PO4·6H2O鸟粪石沉淀进行脱水处理得到MgNH4PO4·6H2O鸟粪石缓释肥料；
(3)将除去氨氮的高有机物废水注入活性炭自生——再生反应器(8)，所述活性炭自生——再生反应器(8)中装填颗粒活性炭吸附床(18)；
(4)投加H2O2溶液，密封活性炭自生——再生反应器(8)，升温至150～200℃，反应5～7h；
(5)反应结束后将废水排出。
2.根据权利要求1所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中投料混合时间为1～2min，反应时间为20～30min，沉淀池(5)的表面负荷为2～4m3/(m2·h)，沉淀时间为2～3h。
3.根据权利要求1所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理方法，其特征在于：所述H2O2溶液的质量浓度为30％，投量为2～4mL/L废水。
4.一种实现权利要求1所述的高氨氮高有机物废水资源化处理方法的装置，包括MgCl2·6H2O溶料池(1)、Na2HPO4·12H2O溶料池(2)、碱液溶料池(3)、反应池(4)、沉淀池(5)、高有机物废水储池(6)、H2O2溶料池(7)、活性炭自生——再生反应器(8)、集泥池(9)、压滤机(10)，其特征在于：所述反应池(4)与输送高氨氮高有机物废水的管道相连，所述MgCl2·6H2O溶料池(1)、Na2HPO4·12H2O溶料池(2)和碱液溶料池(3)分别通过投料泵与反应池(4)连通，所述反应池(4)顶部安装有若干搅拌机(11)，反应池(4)的出水口与沉淀池(5)的进水口相连，所述沉淀池(5)内部、进水口一侧设置为竖井结构，所述竖井结构中水平安装有若干层网隔(12)，所述沉淀池(5)内部、相对进水口一侧的中部位置设有沉淀斜板(13)，沉淀池(5)的底部与排泥管(14)连通，所述排泥管(14)的排泥口位于集泥池(9)上方，所述集泥池(9)通过输送泵(16)向压滤机(10)输泥，所述沉淀池(5)的排液管(15)设置于沉淀斜板(13)以上，所述排液管(15)的出水口位于高有机物废水储池(6)上方，所述高有机物废水储池(6)通过输水泵(27)与活性炭自生——再生反应器(8)的上部连通，所述H2O2溶料池(7)通过投料泵与活性炭自生——再生反应器(8)的上部连通，所述活性炭自生——再生反应器(8)通过加热器(17)进行加热，活性炭自生——再生反应器(8)内部、靠近下部的位置自上而下依次填充有颗粒活性炭吸附床(18)、砾石承托层(19)和滤板(20)，所述活性炭自生——再生反应器(8)的底部与排水管(22)连通、上部设有释气管(23)和溢流管(24)，所述释气管(23)设置于溢流管(24)以上的位置。
5.根据权利要求4所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，其特征在于：所述集泥池(9)与压滤机(10)之间的输送泵(16)采用螺杆泵。
6.根据权利要求4所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，其特征在于：所述压滤机(10)采用板框压滤机。
7.根据权利要求4所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，其特征在于：所述输水泵(27)与活性炭自生——再生反应器(8)之间的管道上安装有止回阀(25)，所述止回阀(25)与输水泵(27)之间的管道上设有回流管(26)，所述回流管(26)的出水口位于高有机物废水储池(6)上方。
8.根据权利要求4所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，其特征在于：所述活性炭自生——再生反应器(8)的侧壁设有填料孔(21)，所述填料孔(21)的设置位置与活性炭自生——再生反应器(8)中的颗粒活性炭吸附床(18)和砾石承托层(19)的位置相对应，所述活性炭自生——再生反应器(8)顶部设有温度传感器(28)、温度报警器(29)、压力传感器(30)和压力报警器(31)。
9.根据权利要求4所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，其特征在于：所述颗粒活性炭吸附床(18)的厚度为0.8～1.0m，活性炭颗粒的粒径为1.5～1.8mm，所述砾石承托层(19)的厚度为0.15～0.2m，砾石的粒径为10～15mm。
10.根据权利要求4所述的一种高氨氮高有机物废水资源化处理的装置，其特征在于：所述滤板(20)上设有均布的直径为5mm的透水孔。
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