CN107585957B - 基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法与装置，包括集水池内进行水质调匀、pH调节槽内控制废水pH值、热交换器加热、喷淋塔填料处理、反应产生的氨气在预热器内预先加热、催化氧化反应、利用经过脱氨的废水在吸收塔内进行降温与还原处理、pH回调、缺氧池处理、MBR池内进行好氧生化反应，由供气系统进行供氧，由膜过滤系统进行过滤，处理后水达标排放；设置的污泥回流泵从MBR池池底吸取污泥回流至缺氧池等步骤和部件；本发明具有低投资、低运行成本的情况下，使废水达标排放，且不会对空气造成二次污染，可用于处理各种高氨氮废水的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理的方法和设备，特别是涉及一种基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法与装置。
背景技术
目前随着整个世界的能源消耗越来越大，全球环境变的趋向恶劣，低碳环保是我们人类迫不及待要解决的事情。氨在电子、电镀、制药、光伏、稀土冶炼等众多行业都有广泛应用，是一种重要的化工原料。但是，随着氨的大量使用，氨污染问题也随之而来，解决不彻底，非常容易引起水体的富营养化，造成局部或大面积的生态环境恶化。常见的废水中例如垃圾渗透液、铜氨蚀刻液、养猪废水、水合肼生产废水、氧化锆生产废水、化肥生产废水等，其氨氮浓度可达数千甚至数万毫克升。在严峻的生态环境保护背景下，高氨氮废水的处理成为亟待解决的问题。
目前对高氨氮废水的处理技术主要有三大类：一是物理法，二是化学法，三是生物法。
物理法主要以吹脱和汽提为主要代表。吹脱和汽提，是利用扩散转移原理，将氨氮从水体中吹脱至大气中。因该技术简单，处理成本低，在早期的高氨氮废水处理中，物理法以吹脱为典型代表，后期技术以汽提为代表。但是吹脱法和汽提法会带来空气污染，并未真正解决污染的问题。
化学法主要是以次氯酸钠氧化法、折点加氯法、鸟粪石法等为主要代表。其反应机理分别为：
2NH3+3NaClO→N2↑+3H2O+3NaCl
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O
化学法常用于处理低浓度的氨氮废水，处理高浓度氨氮废水则费用高昂，因此并不常用。
生物法主要是通过培养好氧硝化菌对氨氮进行硝化，使氨氮氧化为硝酸根，但是废水中总氮并未降低，在一定条件下，有可能重新转化为氨氮。要彻底解决则应采用硝化反硝化生物技术，将氨氮转化为氮气。但该方法仅适宜较低浓度氨氮废水的处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低投资、低运行成本的情况下，使废水达标排放，且不会对空气造成二次污染的基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法与装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法，包括以下步骤：
A、高氨氮废水自流入集水池，在集水池内进行水质调匀；
B、通过输送泵将经过步骤A处理的废水送至pH调节槽，搅拌均匀，控制废水pH大于等于12；
C、通过输送泵将经过步骤B处理的废水从pH调节槽输送至热交换器；
D、经过步骤C处理的废水进入喷淋塔，喷淋塔内装有填料，废水在填料表面流动，最终聚集在喷淋塔塔体下方；
E、喷淋塔上方的排气口与抽风机相连，步骤D中反应产生的氨气经过滤器两级过滤后，送入预热器内预先加热，使氨气达到所需反应温度；
F、经过步骤E处理的氨气通入催化氧化器的混合室与空气混合均匀，然后进入催化室内进行催化氧化反应，催化氧化产生的热量送至热交换器；
主反应：4NH3+3O2＝2N2+6H2O
副反应：4NH3+5O2＝4NO+6H2O
4NH3+4O2＝2N2O+6H2O
2NO+O2＝2NO2
G、经过步骤F处理的气体送入吸收塔，利用经过脱氨的废水在吸收塔内进行降温与还原处理，处理机理如下：
4NH3+6NO＝5N2+6H2O
2NaOH+2NO2＝NaNO3+NaNO2+H2O
(NH4)2SO4+2NaNO2＝2N2+Na2SO4+4H2O
H、经过步骤G处理的废水自流入pH回调池，pH控制6～8之间；
I、经过步骤H处理的废水自流入缺氧池，当水体中碳源不足时由碳源补充装置供给，并搅拌；
J、经过步骤I处理的废水自流入MBR池，MBR池内进行好氧生化反应，由供气系统进行供氧，由膜过滤系统进行过滤，处理后水达标排放；
K、设置的污泥回流泵从MBR池池底吸取污泥回流至缺氧池。
所述的基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的装置包括集水池、输送泵、pH调节槽、热交换器、喷淋塔、风机、过滤器、预热器、催化氧化反应器、吸收塔、pH回调池、缺氧池、MBR池、供气系统、膜过滤系统、污泥回流泵；废水直接流入集水池中，集水池、pH调节槽、热交换器通过输送泵依次相连；热交换器、喷淋塔由管道相连；喷淋塔与催化氧化反应器由输送泵相连；催化氧化反应器、吸收塔、pH回调池、缺氧池和MBR池由管道依次相连；喷淋塔、风机、过滤器、预热器、催化氧化反应器由管道依次相连；缺氧池和MBR池由污泥回流泵连接；MBR池处理后的水由膜过滤系统合格排放。
集水池内设置有液位计；pH调节槽设置有pH计；喷淋塔内部设有多孔支承板，多孔支承板上方堆积填料；预热器与催化氧化反应器内的温度控制器联动；催化氧化反应器内设置催化金属丝网；吸收塔内设置多孔支承板和填料；pH回调池内设pH计和搅拌机；缺氧池内设有搅拌机，并有碳源补充装置；MBR池内设有供气系统与膜过滤系统，由供气系统提供气源进行曝气。
所述的喷淋塔内部的多孔支承板上方堆积填料为拉西尔环填料；
所述的pH调节槽内的pH控制器控制加药泵，使废水pH值大于等于12。
所述的催化氧化反应器内设置催化金属丝网，催化金属丝网材质为铂丝、铂铑合金丝、镍丝、铝丝、铁丝、铜丝、不锈钢丝中的一种或多种组合。
所述的pH回调池内设有pH控制器，与外部加药泵相连，调节废水pH使维持在6～7之间。
本发明的技术原理如下：
高氨氮废水经升高pH，使水体中的氨气在喷淋塔释放出来，之后经过风机将氨气送至预热器加热，使其达到反应温度，然后在催化氧化反应器内，被空气氧化生成氮气、二氧化氮等，气体中的氮氧化物被喷淋塔中的低浓度氨氮废水吸收并反应，最终生成氮气、硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐等，废水再经pH回调，进入生化的缺氧化反硝化反应及MBR好氧池处理后达标排放。
本发明与其他产品相比具有下述优点：
1、可将高氨氮废水处理至达标；
2、可适应不同氨氮浓度范围的废水，水质波动对系统影响小；
3、利用催化氧化反应过程产生的热量对氨气进行预热，能耗低；
4、利用催化氧化产生的一氧化氮、二氧化氮、亚硝酸盐与废水中残存的氨氮反应，达到以废治废的目的，节约处理成本；
5、利用催化氧化产生的多余热量，促进废水中氨的释放；
6、利用催化氧化反应快速的特点，使氨氮快速硝化，节省生物硝化法所需要的大量基建投资。
附图说明
图1是本发明提供的基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法与装置的流程示意图。
具体实施方式
基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法，包括以下步骤：
A、高氨氮废水自流入集水池1，在集水池1内进行水质调匀；
B、通过输送泵2将经过步骤A处理的废水送至pH调节槽3，搅拌均匀，控制废水pH为12；
C、通过输送泵2将经过步骤B处理的废水从pH调节槽3输送至热交换器4；
D、经过步骤C处理的废水进入喷淋塔5，喷淋塔5内装有填料，废水在填料表面流动，最终聚集在喷淋塔5塔体下方；
E、喷淋塔5上方的排气口与抽风机6相连，步骤D中反应产生的氨气经过滤器7两级过滤后，送入预热器8内预先加热，使氨气达到所需反应温度；
F、经过步骤E处理的氨气通入催化氧化器9的混合室与空气混合均匀，然后进入催化室内进行催化氧化反应，催化氧化产生的热量送至热交换器4；
主反应：4NH3+3O2＝2N2+6H2O
副反应：4NH3+5O2＝4NO+6H2O
4NH3+4O2＝2N2O+6H2O
2NO+O2＝2NO2
G、经过步骤F处理的气体送入吸收塔10，利用经过脱氨的废水在吸收塔10内进行降温与还原处理，处理机理如下：
4NH3+6NO＝5N2+6H2O
2NaOH+2NO2＝NaNO3+NaNO2+H2O
(NH4)2SO4+2NaNO2＝2N2+Na2SO4+4H2O
H、经过步骤G处理的废水自流入pH回调池11，pH控制为7；
I、经过步骤H处理的废水自流入缺氧池12，当水体中碳源不足时由碳源补充装置24供给，并搅拌；
J、经过步骤I处理的废水自流入MBR池13，MBR池13内进行好氧生化反应，由供气系统14进行供氧，由膜过滤系统15进行过滤，处理后水达标排放；
L、设置的污泥回流泵16从MBR池13池底吸取污泥回流至缺氧池12。
所述的基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的装置包括集水池1、输送泵2、pH调节槽3、热交换器4、喷淋塔5、风机6、过滤器7、预热器8、催化氧化反应器9、吸收塔10、pH回调池11、缺氧池12、MBR池13、供气系统14、膜过滤系统15、污泥回流泵16；废水直接流入集水池1中，集水池1、pH调节槽3、热交换器4通过输送泵2依次相连；热交换器4、喷淋塔5由管道相连；喷淋塔5与催化氧化反应器9由输送泵2相连；催化氧化反应器9、吸收塔10、pH回调池11、缺氧池12和MBR池13由管道依次相连；喷淋塔5、风机6、过滤器7、预热器8、催化氧化反应器9由管道依次相连；缺氧池12和MBR池13由污泥回流泵16连接；MBR池13处理后的水由膜过滤系统15合格排放。
集水池1内设置有液位计17；pH调节槽3设置有pH计18；喷淋塔5内部设有多孔支承板19，多孔支承板19上方堆积填料20；预热器8与催化氧化反应器9内的温度控制器21联动；催化氧化反应器9内设置催化金属丝网22；吸收塔10内设置多孔支承板19和填料20；pH回调池11内设pH计18和搅拌机23；缺氧池12内设有搅拌机23，并有碳源补充装置24；MBR池13内设有供气系统14与膜过滤系统15，由供气系统14提供气源进行曝气。
所述的喷淋塔5内部的多孔支承板19上方堆积填料20为拉西尔环填料；
所述的pH调节槽3内的pH控制器25控制加药泵26，使废水pH值保持在12。
所述的催化氧化反应器9内设置催化金属丝网22，催化金属丝网22材质为铂丝、铂铑合金丝、镍丝、铝丝、铁丝、铜丝、不锈钢丝中的一种或多种组合。
所述的pH回调池11内设有pH控制器25，与外部加药泵26相连，调节废水pH使维持在7。
虽然以上描述了本发明的具体工艺和实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、高氨氮废水自流入集水池，在集水池内进行水质调匀；
B、通过输送泵将经过步骤A处理的废水送至pH调节槽，搅拌均匀，控制废水pH>12；
C、通过输送泵将经过步骤B处理的废水从pH调节槽输送至热交换器；
D、经过步骤C处理的废水进入喷淋塔，喷淋塔内装有填料，废水在填料表面流动，最终聚集在喷淋塔塔体下方；
E、喷淋塔上方的排气口与抽风机相连，步骤D中反应产生的氨气经过滤器两级过滤后，送入预热器内预先加热，使氨气达到所需反应温度；
F、经过步骤E处理的氨气通入催化氧化器的混合室与空气混合均匀，然后进入催化室内进行催化氧化反应，催化氧化产生的热量送至热交换器；
主反应：4NH3+3O2＝2N2+6H2O
副反应：4NH3+5O2＝4NO+6H2O
4NH3+4O2＝2N2O+6H2O
2NO+O2＝2NO2
G、经过步骤F处理的气体送入吸收塔，利用经过脱氨的废水在塔内进行降温与还原处理，处理机理如下：
4NH3+6NO＝5N2+6H2O
2NaOH+2NO2＝NaNO3+NaNO2+H2O
(NH4)2SO4+2NaNO2＝2N2+Na2SO4+4H2O
H、经过步骤G处理的废水自流入pH回调池，pH控制6～8之间；
I、经过步骤H处理的废水自流入缺氧池，当水体中碳源不足时由碳源补充装置供给，并搅拌；
J、经过步骤I处理的废水自流入MBR池，MBR池内进行好氧生化反应，由供气系统进行供氧，由膜过滤系统进行过滤，处理后水达标排放；
K、设置的污泥回流泵从MBR池池底吸取污泥回流至缺氧池。
2.一种应用权利要求1所述的基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的方法的装置，其特征在于：所述的基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水的装置包括集水池、输送泵、pH调节槽、热交换器、喷淋塔、风机、过滤器、预热器、催化氧化反应器、吸收塔、pH回调池、缺氧池、MBR池、供气系统、膜过滤系统、污泥回流泵；废水直接流入集水池中，集水池、pH调节槽、热交换器通过输送泵依次相连；热交换器、喷淋塔由管道相连；喷淋塔与催化氧化反应器由输送泵相连；催化氧化反应器、吸收塔、pH回调池、缺氧池和MBR池由管道依次相连；喷淋塔、风机、过滤器、预热器、催化氧化反应器由管道依次相连；缺氧池和MBR池由污泥回流泵连接；MBR池处理后的水由膜过滤系统合格排放。
3.根据权利要求2所述的应用基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水方法的装置，其特征在于：集水池内设置有液位计；pH调节槽设置有pH计；喷淋塔内部设有多孔支承板，多孔支承板上方堆积填料；预热器与催化氧化反应器内的温度控制器联动；催化氧化反应器内设置催化金属丝网；吸收塔内设置多孔支承板和填料；pH回调池内设pH计和搅拌机；缺氧池内设有搅拌机，并有碳源补充装置；MBR池内设有供气系统与膜过滤系统，由供气系统提供气源进行曝气。
4.根据权利要求3所述的应用基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水方法的装置，其特征在于：所述的喷淋塔内部的多孔支承板上方堆积填料为拉西尔环填料。
5.根据权利要求2所述的应用基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水方法的装置，其特征在于：所述的pH调节槽内的pH控制器控制加药泵，使废水pH值保持在12以上。
6.根据权利要求2所述的应用基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水方法的装置，其特征在于：所述的催化氧化反应器内设置催化金属丝网，催化金属丝网材质为铂丝、铂铑合金丝、镍丝、铝丝、铁丝、铜丝、不锈钢丝中的一种或多种组合。
7.根据权利要求2所述的应用基于催化氧化和生物技术联合处理高氨氮废水方法的装置，其特征在于：所述的pH回调池内设有pH控制器，与外部加药泵相连，调节废水pH使维持在6～7之间。
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