CN107902793A - 一种高氨氮废水的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高氨氮废水的处理方法，废水经过气浮设备、砂滤装置、微滤装置、超滤膜预处理后进入RANS膜系统。高氨氮废水在膜丝壳程流动，稀酸作为吸收液，以错流的方式在膜丝管程内流动。在碱性条件下(pH＝10.5‑12)，废水中游离的氨气分子透过RANS膜系统中强疏水性膜的膜孔，进入膜丝管程与管程内的酸迅速反应。废水经脱氨氮处理后，出水氨氮值降至40mg/L，铵盐溶液含盐量为‑10‑30％。

Description

一种高氨氮废水的处理方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高氨氮废水的处理方法。
背景技术
氨氮废水主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等，大量氨氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，给水处理的难度和成本加大，甚至对人群及生物产生毒害作用。目前针对氨氮废水的处理工艺有吹脱法、汽提法等。吹脱法是在碱性条件下，利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液平衡关系进行分离的一种方法，一般认为吹脱与温度、PH、气液比有关。汽提法采用蒸汽废水与水蒸汽直接接触，使废水中的氨氮按一定比例扩散到气相中去，从而达到去除废水中氨氮的目的。吹脱法和汽提法存在投资成本大，运行费用高的问题，同时存在二次污染。此外，占地面积大，对废水的氨氮值要求严格。
基于此，本发明的RANS系统具有脱除氨氮功能，且具有能耗低、操作简便、无二次污染、可实现废水中的氨氮再利用的特点。废水在膜丝壳程流动，稀酸作为吸收液，以错流的方式在膜丝管程内流动。调碱后废水中的氨气经过透过RANS系统的中空纤维膜的膜孔，与在膜丝管程内流动的稀硫酸反应。在脱除废水氨氮的过程中，稀酸将废水侧溶出的氨气分子不断的吸收并带走，最终得到铵盐溶液和氨氮值达标的废水。铵盐溶液经蒸发系统获得铵盐；脱除氨氮后的废水可根据各类指标做不同用途。
发明内容
为了克服传统脱氨氮技术的上述缺陷，本发明提供了一种高浓度氨氮废水的处理方法。
一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)气浮：高氨氮废水与无机高分子絮凝剂搅拌混合后，再与聚丙烯酰胺进行搅拌反应，使得废水中的悬浮物形成较大絮团，接着与气浮装置中的溶气水均匀混合，溶气水中的微小气泡与絮团在气浮装置接触区混合、碰撞、黏附，进一步形成较大的絮团；在气浮装置的分离区将带气絮团与清滤液进行分离，带气絮团以斜向上的方向缓慢上升，浮至水面，待积聚到一定厚度后，经过刮浆板的刮除去掉絮凝物。清滤液则由气浮装置的出水管顺流至砂滤装置。
(2)砂滤装置：高氨氮废水经气浮装置处理后，清滤液进入砂滤装置，去除废水中各种悬浮物、微生物以及其它微细颗粒，保证出水符合后续工艺要求。
(3)微滤膜过滤：经砂滤装置处理后的出水进入微滤膜过滤器，废水中残留的微量悬浮颗粒、胶体、微生物，被截留或吸附在滤芯表面和孔隙中，从而废水达到进超滤膜系统的要求。
(4)超滤膜：超滤膜系统过滤经袋式过滤器处理后的废水，深度去除水中的悬浮物，从而使得废水达到进入RANS膜系统的进水指标。
(5)RANS膜系统：超滤膜过滤后的出水进入储水罐，加入30％液碱调节废水的pH到9.5-12，接着将废水泵入RANS膜系统中，使得废水在膜丝壳程流动；稀酸作为吸收液，以错流的方式在膜丝管程内流动。调碱后废水中的氨气透过RANS系统的中空纤维膜的膜孔，与在膜丝管程内流动的稀硫酸反应。RANS系统由多个膜柱组成，每个膜柱内充填大量强疏水性的中空纤维膜。在脱除废水氨氮的过程中，稀酸将废水侧溶出的氨气分子不断的吸收并带走，最终得到铵盐溶液和氨氮值达标的废水。铵盐溶液经蒸发系统获得铵盐；脱除氨氮后的废水可根据各类指标做不同用途。
进一步地，步骤(1)中气浮处理后得到的絮凝物再次与废水混合处理。
步骤(1)中无机高分子絮凝剂为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝中的一种或几种，投加量为废水量的0.5‰-1％，搅拌反应时间为5min-60min。
步骤(1)中聚丙烯酰胺投加量为废水量的0.1‰-5‰，搅拌反应时间为5min-60min。
所述高氨氮废水中如存在铁离子，砂滤装置可替换为锰砂装置。
步骤(4)中超滤膜系统中的超滤膜具有高亲水性，超滤膜丝表面的纯水接触角＜20°，孔径为20-70nm，超滤膜系统带有曝气和化学药剂反冲洗设备。
RANS系统中的膜丝具有强疏水性，膜丝表面的纯水接触角≥150°，滚动角＜5°；膜丝孔隙率为60-75％，孔径为80-120nm。
步骤(5)中稀硫酸可以用pH<1的磷酸、硝酸或乳酸替换。
步骤(5)得到铵盐溶液的含盐量为10-30％。高氨氮废水经过气浮、砂滤装置、微滤膜过滤器、超滤膜系统预处理后进入RANS膜系统脱除氨氮，在碱性条件下，废水中游离的氨气分子透过RANS膜系统中强疏水性膜的膜孔，进入膜丝管程与管程内的酸迅速反应。废水经脱氨氮处理后，出水氨氮值降至40mg/L，硫酸铵吸收液的浓度为10-30％。
RANS系统脱除氨氮的原理：氨氮在水体中存在的离解平衡:
当水体中pH升高时，氨在水体中以NH3的形式存在的比例会升高，RANS系统内装有大量的强疏水性中空纤维膜。中空纤维膜的壁上有微小的孔，水分子不能通过，而氨气分子却能够通过。在一定压力下，废水流经膜丝外侧，而稀酸吸收液流经膜的内侧，并将废水侧溶出的氨气分子不断的吸收并带走，形成膜内外浓度差，废水中的氨气分子就不断地由中空纤维膜外侧向内侧迁移，从而达到去除水中氨氮的目的。
RANS膜系统中装有大量的强疏水性中空纤维膜可以扩大气液界面的面积，缩短气液分离路径，从而大幅加快氨氮的脱除速率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
a.一体化的设计，占地面积小，自动化程度高，无人值守。
b.全封闭式运行，不会逸散到空气中，整个氨氮的脱除过程都在封闭的膜系统内完成，废水中的氨变为吸收液中的铵仅仅需要透过一层厚度为30–100微米的支撑气膜(微孔中充满空气的微孔疏水膜)，不需要鼓动大量的空气与废水接触且在封闭体系内进行，因而也无废水中的有毒有味组分被吹入大气的问题，从而避免二次污染，具有很大的环保效益。
c.受温度影响较小，即使在南方低温下，膜系统都能维持较高的氨氮脱除率；
d.由于脱氨过程都在膜间操作，不存在结垢的风险。
e.传质推动力大，氨氮去除效率高。吸收液对氨的吸收是快速反应，吸收液侧游离态氨的浓度严格为零，这提供了传质过程的最大推动力，使废水中的氨氮可有效脱除至国家允许排放标准以下或指定浓度。
f.较传统的脱氨塔，运行成本更低(不用蒸汽且用电量少)，效果更好，环境更加友好。
附图说明
图1是高氨氮废水处理流程图。
图2是RANS膜系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1
某印染废水水质信息为COD：1859ppm，氨氮值：1050ppm，总氮值：1050ppm，pH为8.9，电导率为7.2ms/cm。
该废水与聚合氧化铝初步混合，再与聚丙烯酰胺进行预反应，使得废水中的悬浮物形成较大絮团，接着与气浮装置中的溶气水均匀混合，形成较大的絮团，在气浮装置的分离区将带气絮团与清滤液进行分离。清滤液则由气浮装置的出水管顺流至砂滤装置。聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)的用量分别为12.5mg/L和2.5mg/L，回流比为10.5％。废水经砂滤装置、袋式过滤器和超滤膜系统过滤后，去除废水中各种悬浮物、微生物以及其它微细颗粒。采用液碱将废水的pH调节至10.5，进入RANS膜系统脱除氨氮。
如图2所示为RANS膜系统结构示意图。RANS系统由多个膜柱组成，每个膜柱内充填大量强疏水性的中空纤维膜。中空纤维膜具有强疏水性，膜丝表面的纯水接触角≥150°，滚动角＜5°；膜丝孔隙率为60-75％，孔径为80-120nm。
调节废水的流量为0.5m3/h，以稀硫酸(pH<1)为吸收液，稀酸流量为6m3/h，废水和稀酸的温度为常温，废水进膜压力为0.025MPa，稀酸进膜压力为0.01MPa。废水在膜丝壳程流动；稀酸以错流的方式在膜丝管程内流动。废水经过4级RANS膜脱除氨氮，废水的氨氮值降低到5.2ppm，吸收液中硫酸铵的浓度为15％。
处理后的废水水质信息为COD：1710ppm，氨氮值：5.2ppm，总氮值：5.2ppm，pH为9.5，电导率为3.5us/cm。
实施例2
某印染废水水质信息为COD：1859ppm，氨氮值：1050ppm，总氮值：1050ppm，pH为8.9，电导率为7.2ms/cm。
该废水与聚合氯化铁初步混合，再与聚丙烯酰胺进行预反应，使得废水中的悬浮物形成较大絮团，接着与气浮装置中的溶气水均匀混合，形成较大的絮团，在气浮装置的分离区将带气絮团与清滤液进行分离。清滤液则由气浮装置的出水管顺流至砂滤装置。PAC和PAM的用量分别为12.5mg/L和2.5mg/L，回流比为10.5％。废水经砂滤装置、袋式过滤器和超滤膜系统过滤后，去除废水中各种悬浮物、微生物以及其它微细颗粒。采用液碱将废水的pH调节至11.5，进入RANS膜系统脱除氨氮。
调节废水的流量为0.5m3/h，以稀硫酸(pH<1)为吸收液，稀酸流量为6m3/h，废水和稀酸的温度为常温，废水进膜压力为0.025MPa，稀酸进膜压力为0.01MPa。废水在膜丝壳程流动；稀酸以错流的方式在膜丝管程内流动。废水经过6级RANS膜脱除氨氮，废水的氨氮值降低到5.0ppm，吸收液中硫酸铵的浓度为16％。处理后的废水水质信息为COD：1620ppm，氨氮值：5.0ppm，总氮值：5.0ppm，pH为9.5，电导率为3.3us/cm。

Claims (9)

1.一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)气浮：高氨氮废水与无机高分子絮凝剂混合搅拌后，加入聚丙烯酰胺进行搅拌反应后，刮除絮凝物；
(2)砂滤装置：步骤(1)得到的清滤液进入砂滤装置，去除废水中各种悬浮物、微生物以及其它微细颗粒；
(3)微滤膜过滤：步骤(2)得到的处理液进入微滤膜过滤器，废水中残留的微量悬浮颗粒、胶体、微生物，被截留或吸附在滤芯表面和孔隙中；
(4)超滤膜：步骤(3)得到的处理液经超滤膜系统过滤，深度去除水中的悬浮物；
(5)RANS系统：步骤(4)得到的处理液进入储水罐，加入30％液碱调节废水的pH到9.5-12，接着泵入RANS膜系统中，所述RANS系统由多个膜柱组成，每个膜柱内充填大量强疏水性的中空纤维膜；废水在膜丝壳程流动；稀酸作为吸收液，与错流的方式在膜丝管程内流动；废水中的氨气透过RANS系统的中空纤维膜的膜孔，与在膜丝管程内流动的稀硫酸反应，得到铵盐溶液和氨氮值达标的废水。
2.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于步骤(1)中气浮处理后得到的絮凝物再次与废水混合处理。
3.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于步骤(1)中无机高分子絮凝剂为聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝中的一种或几种，投加量为废水量的0.5‰-1％，搅拌反应时间为5min-60min。
4.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于步骤(1)中聚丙烯酰胺投加量为废水量的0.1‰-5‰，搅拌反应时间为5min-60min。
5.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于所述高氨氮废水中如存在铁离子，砂滤装置可替换为锰砂装置。
6.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于步骤(4)中超滤膜系统中的超滤膜具有高亲水性，超滤膜丝表面的纯水接触角＜20°，孔径为20-70nm，超滤膜系统带有曝气和化学药剂反冲洗设备。
7.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于RANS系统中的膜丝具有强疏水性，膜丝表面的纯水接触角≥150°，滚动角＜5°；膜丝孔隙率为60-75％，孔径为80-120nm。
8.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于步骤(5)中稀硫酸可以用pH<1的磷酸、硝酸或乳酸替换。
9.根据权利要求1所述的高氨氮废水的处理方法，其特征在于步骤(5)得到铵盐溶液的含盐量为10-30％。
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