CN107434291A - 一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废水处理系统，尤其是涉及一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统。其主要是解决现有技术所存在的氨氮废水处理方法没有涉及到物料的综合利用，容易造成污染物的转移、形成二次污染等的技术问题。本发明包括存放氨氮废水的收集池，收集池通过输送泵、管路连接有氨解反应釜，氨解反应釜内设有搅拌桨，氨解反应釜的内部设有曝气装置，曝气装置连接有曝气风机，氨解反应釜的废水出口连接有结晶装置，结晶装置连接硫酸高位槽，氨解反应釜的废气出口连接脱氨器，脱氨器连接冷凝装置，冷凝装置下部连接氨水贮罐，冷凝装置的中部连接吸收塔，吸收塔内设有填料层，吸收塔顶部连接有排空烟囱。

Description

一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统

技术领域

本发明涉及一种废水处理系统，尤其是涉及一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统。

背景技术

工业生产：化工、冶金、制药、化肥、电子、食品、皮革、垃圾填埋及部分轻工业生产过程中均产生大量高浓度氨氮废水，氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化，而且增加给水处理的难度和成本，甚至对人群及生物产生毒害作用。如工业制备镁盐过程，矿石开采提取过度元素金属或稀土元素金属等过程中产生大量的氨氮废水。氨氮废水现行综合利用方法主要通过吹脱或蒸发浓缩、冷却结晶收得硫酸铵或氯化铵，但处理过程耗能高，硫酸铵或氯化铵附加值低。中国专利公开了一种高浓度氨氮废水的综合处理方法（公开号：CN106946420A），废水首先经过格栅进入调节池，调节池中设机械搅拌装置使废水混合均匀，并调pH至10-12后进入曝气吹脱塔；曝气吹脱塔出水进入中和池，中和池调pH至5.5-8.5后进入臭氧反应池，在臭氧反应池中加入溴化物进行反应；臭氧反应池出水进入沉淀池，沉淀池上清液依次进入生物活性炭流化床和膜生物反应器的生化处理系统，生化出水进入过滤池处理后达标外排或回用。调pH所用的碱为生石灰、熟石灰、氢氧化钠中的一种，所用的酸为硫酸、盐酸、硝酸的一种；所述碱或酸为质量浓度为5-30％的溶液；曝气吹脱塔顶部装有液体分布器，底部装有风机和曝气装置，塔身装有填料，填料为PP鲍尔环、波纹板、木格板、纸质蜂窝、拉西环、多面空心球中的一种或两种以上组合；臭氧反应池的臭氧产生量为200-500g/L；溴化物为溴化钾、溴化钠、溴化钡、溴化镁、溴化锰中的一种，溴化物的加入量与氨氮的质量比为6-9：1；生物活性炭流化床中加入活性炭、砂、无烟煤、沸石中的一种或两种以上任意组合作填料并作为生物膜载体；生物活性炭流化床工艺中气/水的体积控制在2-7：1之间，pH值控制在7-9之间，水力停留时间控制在3-12小时之间；膜生物反应器工艺的气/水的体积比控制在5-25：1之间，溶解氧在3mg/L以上，水力停留时间在3-12小时之间。但是这种处理方法是对污染物进行末端治理，使其达到有关的排放标准，没有涉及到物料的综合利用，容易造成污染物的转移、形成二次污染。

发明内容

本发明是提供一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其主要是解决现有技术所存在的氨氮废水处理方法没有涉及到物料的综合利用，容易造成污染物的转移、形成二次污染等的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，包括存放氨氮废水的收集池，所述的收集池通过输送泵、管路连接有氨解反应釜，氨解反应釜内设有搅拌桨，氨解反应釜的内部设有曝气装置，曝气装置连接有曝气风机，氨解反应釜的废水出口连接有结晶装置，结晶装置连接硫酸高位槽，氨解反应釜的废气出口连接脱氨器，脱氨器连接冷凝装置，冷凝装置下部连接氨水贮罐，冷凝装置的中部连接吸收塔，吸收塔内设有填料层，吸收塔顶部连接有排空烟囱。

本发明金属氧化物与铵盐反应原理（以氧化镁与硫酸铵、氯化铵，氧化钙与氯化铵、硫酸铵等为例）：

MgO + (NH₄)₂SO₄ → MgSO₄ + NH₃↑ + H₂O

MgO + NH₄Cl → MgCl₂+ NH₃↑ + H₂O

CaO + NH₄Cl → CaCl₂+ NH₃↑ + H₂O

CaO + (NH₄)₂SO₄ → CaSO₄ + NH₃↑ + H₂O

曝气装置可采用多直管型式或直管+支管、多孔环管型式，气孔间隔取2-70cm。根据对氨解反应釜内溶液残留氨氮浓度指标高低，必要时可进行曝气吹脱，吹脱气经填料吸收塔吸收，少量稀氨水溶液可回脱氨器再提浓制成高浓度氨水。脱氨器塔径0.1-3.0m，首选0.2-2.0m。氨氮废水处理回收氨水工艺中金属氧化物首选氧化镁、氧化钙等碱性金属氧化物。

常温下，MgO、CaO等与氨氮溶液反应体系碱性较弱，PH<12.0、以PH=7.0-11.0为主，在此条件下溶液中的氨难以充分逸出，因此需要采用特定技术措施。1）采用升温，温度>30℃，使反应产生的NH₃逸出反应体系，反应平衡不断右移，实现脱氨效果，2）采用曝气措施，使残留在溶液中的NH₃、黏附夹裹在粘稠溶液中的NH₃吹脱逸出。

本发明采用复合折叶桨式搅拌桨、多叶开启涡轮桨、圆盘涡轮桨、螺杆螺带桨等新型搅拌桨的单型多层或多型多层组合型式，确保了良好的传热、传质、分散效果，反应周期缩短30-70%，效率提升20-60%。

本发明采用规整或分散填料，单米填料高度相当于塔内1-10块理论塔板效果，设备总体高度减低50-90%，蒸汽能耗、投入等节约20-60%。

结晶装置、氨解反应釜、脱氨器等设备内表面接触面引入涂层复合材料技术，耐温、耐腐蚀、结晶体不易黏附，解决了精馏、结晶等化工工艺中频繁维护的技术难题。

氨氮废水起始浓度高低决定了氨解、结晶后是否外排水。当废水氨氮浓度高，氨解后溶液根据硫酸镁含量，决定添加的硫酸用量及浓度，达到七水硫酸镁水体平衡用量，降温后析出晶体，不外排水体、无二次污染现象。当废水氨氮浓度较低，氨解后溶液浓缩再结晶，少量外排水，外排水氨氮浓度<10mg/L。

氨解工艺根据实际需求可采用连续式精馏或间歇式精馏方案。

作为优选，所述的氨解反应釜的物料进口处设有传送带，传送带另一端设有氧化物料仓。

作为优选，所述的氨解反应釜内投入MgO，MgO投入的重量份为理论计算量的1-5倍。MgO反应用量首选理论量的1.0-3.0倍；MgO固体微粒与氨氮溶液混合后含固量高、粘度大。

作为优选，所述的氨解反应釜内首先蒸汽升温到10-70℃进行预处理，然后继续蒸汽升温，温度50-180℃。预处理温度首选20-60℃。氨解反应釜内温度50-180℃，首选70-160℃。

作为优选，所述的脱氨器的出口温度保持60-150℃，脱氨器中的氨水达到溶度要求时进行排液冷却，质量浓度≤15%氨水在冷凝装置中采用<25℃冷却水冷却，质量浓度≤30%氨水在冷凝装置中采用<15℃冷却水冷却，冷却后的氨水进入氨水贮罐。脱氨器出口氨水温60-150℃，首选70-130℃。≤15%氨水可采用<25℃冷却水冷却，冷却水首选20-0℃；≤30%氨水可采用<15℃冷却水冷却，冷却水首选10--10℃。

作为优选，所述的脱氨器采用板式塔、填料塔；板式塔采用筛板塔、泡罩塔，填料塔填料采用非金属、金属规整或分散填料，脱氨器内的氨水回流进入精馏段，精馏段高度为0.05-0.7m。精馏段高度首选0.1-0.5。

作为优选，所述的吸收塔的填料层采用陶粒与轻质塑料填料组合，因陶粒内部结构呈系蜜蜂窝微孔，对气体吸附力强，配合孔隙率大、传质效率高的塑料填料，效率比单一填料提升10-50%。

作为优选，所述的结晶装置内滴加硫酸溶液与废水中的过量氧化镁反应合成硫酸镁，后降温至80℃以下，加入硫酸镁晶种，结晶制得MgSO₄.nH₂O。降温80℃以下，首选10-70℃；结晶体MgSO₄.nH₂O，首选MgSO₄.7H₂O，带结晶水含量高、结晶后外排水量少，且MgSO₄.7H₂O化工、农业等需求附加值高；添加精选硫酸镁晶种后的MgSO₄.nH₂O结晶体呈单一规则立面晶型，晶体微粒细度几何级强于过饱和自然结晶体，适用于电子、化工等高品质需求。

作为优选，所述的搅拌桨为多层，搅拌桨的桨身上设有多条平行设置的导流凸棱，导流凸棱的两侧固定有搅拌支杆，相邻两条导流凸棱之间设有导流槽，导流槽内部设有螺旋凸棱。搅拌桨上设置导流凸棱与导流槽，可以使得液体能够在搅拌时形成旋流，这样能够保证各物料之间的充分混合，通过螺旋凸棱能够进一步形成旋流。搅拌支杆能够将颗粒物打散。而现有的搅拌桨都为光面设计。

作为优选，所述的传送带的两侧都设有齿槽，齿槽接触有齿轮，齿轮通过转杆连接有呈发散型分布的松料杆，松料杆伸到传送带上方。传送带在运动时，能够带动齿轮转动，这样能够通过转杆带动松料杆转动，从而对氧化物料进行松动，防止其产生结块。

因此，本发明从生产工艺出发，对污染源解析，通过回收氨水，提供了一种适应性广、高效、经济、无二次污染的氨氮废水处理及循环利用的工艺。采用金属氧化物（氧化镁、氧化钙等）与氨氮废水（铵盐，硫酸铵、氯化铵等）反应，反应过程中排出氨气（氨水），回收氨水，溶液中制得结晶盐类或带结晶水的盐类晶体。处理工艺成本低，且产物附加值高、能循环利用，无外排水、汽等、不造成二次污染。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是本发明搅拌桨的一种结构示意图；

附图3是图2的A-A剖面结构示意图；

附图4是本发明传送带的一种结构示意图。

图中零部件、部位及编号：收集池1、输送泵2、氨解反应釜3、搅拌桨4、曝气装置5、曝气风机6、结晶装置7、硫酸高位槽8、脱氨器9、冷凝装置10、氨水贮罐11、吸收塔12、填料层13、排空烟囱14、传送带15、氧化物料仓16、导流凸棱17、搅拌支杆18、导流槽19、螺旋凸棱20、齿槽21、齿轮22、转杆23、松料杆24。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本例的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，如图1，包括存放氨氮废水的收集池1，收集池通过输送泵2、管路连接有氨解反应釜3，氨解反应釜内设有搅拌桨4，氨解反应釜的内部设有曝气装置5，曝气装置连接有曝气风机6，氨解反应釜的废水出口连接有结晶装置7，结晶装置连接硫酸高位槽8，氨解反应釜的废气出口连接脱氨器9，脱氨器连接冷凝装置10，冷凝装置下部连接氨水贮罐11，冷凝装置的中部连接吸收塔12，吸收塔内设有填料层13，吸收塔顶部连接有排空烟囱14。氨解反应釜的物料进口处设有传送带15，传送带另一端设有氧化物料仓16。氨解反应釜内投入MgO，MgO投入的重量份为理论计算量的3倍。氨解反应釜内首先蒸汽升温到50℃进行预处理，然后继续蒸汽升温，温度150℃。脱氨器的出口温度保持100℃，脱氨器中的氨水达到溶度要求时进行排液冷却，质量浓度≤15%氨水在冷凝装置）中采用<25℃冷却水冷却，质量浓度≤30%氨水在冷凝装置10中采用<15℃冷却水冷却，冷却后的氨水进入氨水贮罐11。脱氨器采用板式塔，板式塔采用筛板塔，脱氨器内的氨水回流进入精馏段，精馏段高度为0.4m。吸收塔的填料层采用陶粒与轻质塑料填料组合。结晶装置内滴加硫酸溶液与废水中的过量氧化镁反应合成硫酸镁，后降温至80℃以下，加入硫酸镁晶种，结晶制得MgSO₄.nH₂O。如图2、图 3，搅拌桨4为多层，搅拌桨的桨身上设有多条平行设置的导流凸棱17，导流凸棱的两侧固定有搅拌支杆18，相邻两条导流凸棱之间设有导流槽19，导流槽内部设有螺旋凸棱20。如图4，传送带的两侧都设有齿槽21，齿槽接触有齿轮22，齿轮通过转杆23连接有呈发散型分布的松料杆24，松料杆伸到传送带上方。

使用时，氨氮废水从收集池1通入到氨解反应釜3内，氨解反应釜同时通入MgO，铵盐进行反应，经置换反应后的NH₄ ⁺转化为NH₃（富带水分）逸出，进入脱氨器9，根据对氨解反应釜内溶液残留氨氮浓度指标高低，曝气装置5进行曝气吹脱，吹脱气经吸收塔12吸收。脱氨后的液体进入到冷凝装置10进行冷凝，最后得到氨水进入到氨水贮罐11。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，包括存放氨氮废水的收集池（1），其特征在于所述的收集池（1）通过输送泵（2）、管路连接有氨解反应釜（3），氨解反应釜内设有搅拌桨（4），氨解反应釜的内部设有曝气装置（5），曝气装置连接有曝气风机（6），氨解反应釜的废水出口连接有结晶装置（7），结晶装置连接硫酸高位槽（8），氨解反应釜的废气出口连接脱氨器（9），脱氨器连接冷凝装置（10），冷凝装置下部连接氨水贮罐（11），冷凝装置的中部连接吸收塔（12），吸收塔内设有填料层（13），吸收塔顶部连接有排空烟囱（14）。

2.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的氨解反应釜（3）的物料进口处设有传送带（15），传送带另一端设有氧化物料仓（16）。

3.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的氨解反应釜（3）内投入MgO，MgO投入的重量份为理论计算量的1-5倍。

4.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的氨解反应釜（3）内首先蒸汽升温到10-70℃进行预处理，然后继续蒸汽升温，温度50-180℃。

5.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的脱氨器（9）的出口温度保持60-150℃，脱氨器中的氨水达到溶度要求时进行排液冷却，质量浓度≤15%氨水在冷凝装置（10）中采用<25℃冷却水冷却，质量浓度≤30%氨水在冷凝装置（10）中采用<15℃冷却水冷却，冷却后的氨水进入氨水贮罐（11）。

6.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的脱氨器采用板式塔、填料塔；板式塔采用筛板塔、泡罩塔，填料塔填料采用非金属、金属规整或分散填料，脱氨器内的氨水回流进入精馏段，精馏段高度为0.05-0.7m。

7.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的吸收塔（12）的填料层（13）采用陶粒与轻质塑料填料组合。

8.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的结晶装置（7）内滴加硫酸溶液与废水中的过量氧化镁反应合成硫酸镁，后降温至80℃以下，加入硫酸镁晶种，结晶制得MgSO₄.nH₂O。

9.根据权利要求1所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的搅拌桨（4）为多层，搅拌桨的桨身上设有多条平行设置的导流凸棱（17），导流凸棱的两侧固定有搅拌支杆（18），相邻两条导流凸棱之间设有导流槽（19），导流槽内部设有螺旋凸棱（20）。

10.根据权利要求2所述的一种从氨氮废水中回收高浓度氨水系统，其特征在于所述的传送带（15）的两侧都设有齿槽（21），齿槽接触有齿轮（22），齿轮通过转杆（23）连接有呈发散型分布的松料杆（24），松料杆伸到传送带上方。