CN109467153B - 基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，包括以下步骤：1)将高氨氮废水加压后与气体混合，然后通入到一个节流装置内；2)利用超声波作用于节流装置内的高氨氮废水和气体的混合物；3)利用抽气装置将节流装置内经节流、超声波处理的混合物抽离节流装置。利用该方法能够显著提高高氨氮废水中的氨氮去除率，同时有效避免高氨氮废水处理装置出现结垢。

Description

基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法
技术领域
本发明涉及高氨氮废水处理领域，具体涉及一种基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法。
背景技术
随着工业化的发展，工业高氨氮废水排放量越来越大，带来的的危害也日趋严重，近年来随着环保要求的增大，对排放废水中的氨氮含量的要求越来越严格。针对高氨氮废水，为了达到将氨氮有效的去除，国内外很多专家都对其进行了多方面的研究，主流技术有：氨吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、折点加氯法、生物脱氮法等。
以上这些方法处理轻工业、农业或者生活污水等能够达到很好的效果，但处理电厂的高氨氮的脱硫废水其效果较差。这是由于电厂的脱硫废水中，不仅氨氮含量较高，而且盐含量高，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+/Fe3+等结垢性倾向的离子含量高，采用以上方法处理电厂高氨氮脱硫废水时，存在各种问题：氨吹脱法容易在吹脱塔里出现结垢，且能耗高；鸟粪石法受到Ca2+等盐的影响，导致无法将NH4 +完全沉淀；离子交换导致频繁的换洗树脂，折点加氯所消耗的氧化剂含量过高；过高的盐含量也使微生物无法存活。
大多数工业水高氨氮废水都是采用以物理方法处理为主，且主要集中在吹脱法。由于吹脱法采用在较高的pH值下使水中的NH4 +变为游离的NH3，利于吹脱，但容易造成高结垢倾向的废水在吹脱塔中结垢，造成塔板的堵塞。而普通的采用塔式吹脱，其效果也并不好，氨氮的去除率只有60％，氨氮废水根本无法达到排放标准。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，利用该方法能够显著提高高氨氮废水中的氨氮去除率，同时有效避免高氨氮废水处理装置出现结垢。
本发明通过下述技术方案实现：
基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，包括以下步骤：
1)将高氨氮废水加压后与气体混合，然后通入到一个节流装置内；
2)利用超声波作用于节流装置内的高氨氮废水和气体的混合物；
3)利用抽气装置将节流装置内经节流、超声波处理的混合物抽离节流装置。
本发明中，将高氨氮废水与气体混合后形成气液混合物，通入到节流装置内，产生节流作用，引起气液混合物的压强突然降低，同时产生水力空化作用，有利于高氨氮废水中的游离氨从废水中逸出进入气体中，实现氨氮的脱除，节流装置内同时施加的超声波具有空化效应、活化效应和机械剪切效应，可以增强废水中游离氨的脱除，同时降低易结垢离子的结垢倾向，减少节流装置内出现的结垢和垢的沉积。
其中，步骤1)中，加压后的高氨氮废水与气体混合，其气液体积比为1000:1-1500:1。
本发明中，增压后的高氨氮废水与大量气体混合，充分混匀后，能够大大提高液相的高氨氮废水与气体和接触面，进一步促进废水中的游离氨脱除进入到气体中，在超声波协同作用下，大大提高废水中的氨氮脱除率，氨氮废水脱除率能够达到95％。
进一步的，步骤1)中，气体为空气或氮气，气体温度为45-80℃，高氨氮废水在加压与气体混合前，预先向高氨氮废水中加入NaOH溶液和蒸汽，使得高氨氮废水的pH值达到11-12，温度≥45℃，然后在沉淀池内沉淀、过滤。
本发明中，采用的气体为空气或氮气，优选为稳定性高的氮气，气体温度为45-80℃，在与高氨氮废水充分混合后，能够降低废水中游离氨的溶解度，进一步促进其从液相中脱除，提高氨氮脱除率，高氨氮废水预先利用NaOH沉淀出废水中Ca2+、Mg2+、Fe2+/Fe3+等结垢性倾向的离子，显著降低了进入节流装置内的结垢性倾向的离子的量，有效降低处理装置结垢的可能性，NaOH将废水的pH值调节到11-12，碱性环境下，游离氨含量高达98％，更有利于氨气的脱除，废水温度≥45℃，因此游离氨的溶解度低，利于脱除。
进一步的，步骤1)中，所述高氨氮废水与气体的混合工艺在一个溶气装置内进行，溶气装置端部与节流装置一端连通，节流装置内径大于溶气装置内径。
所述溶气装置为水平设置的溶气管，溶气管远离节流装置的一端设有密封板，密封板上设有喷水头和喷气嘴。
本发明中，喷水头用于将高氨氮废水喷入到溶气管内，喷气嘴用于将气体喷入溶气管与废水混匀。
所述喷水头为一个，且垂直设置在密封板圆心处，所述喷气嘴为数个，数个喷气嘴以喷水头为圆心围成一个圆环，喷气嘴相对密封板倾斜设置，且数个喷气嘴总体呈现顺时针倾斜或逆时针倾斜。
本发明中，喷水头的喷洒方向平行于溶气管轴线方向，数个喷气嘴围绕喷水头倾斜设置，且数个喷气嘴总体呈现顺时针倾斜或逆时针倾斜，因而从喷气嘴喷出的气流在溶气管内以螺旋的方式前进，数个喷气嘴喷出的气流形成多股螺旋气流，多股螺旋气流作用于喷水头喷出的水流，相比气流水平喷出，能够更加有效提高气流与水流混合的均匀度，分散水流，显著增加废水与气体的接触面，进而促进游离氨脱除进入到气体中。
进一步的，喷气嘴轴线与密封板平面具有夹角一，夹角一为15-75°，以喷气嘴和密封板的连接点与密封板圆心的连线为L，该喷气嘴轴线与过直线L且垂直于密封板的平面具有夹角。
因此喷气嘴喷出的气体作用于溶气管内壁后，向前反射，气流在不断反射中前进，形成螺旋气流，多股螺旋气流冲击喷水头喷洒处的水滴，使水滴不断变小分散在气体中，在气体裹挟下进入节流装置，有效提高气液混合的充分程度。
所述喷水头通过水管与一个沉淀池相连，喷水头和沉淀池间的水管上设有增压泵一，所述喷气嘴通过气管与一个气体储存箱连接，气体储存箱与喷气嘴间的气管上依次连接有空气加热器和增压泵二。
进一步的，所述步骤2)中，超声波通过一个超声波发生器获得，超声波发生器设置在节流装置侧壁，超声功率为100-250w，频率为25-40kHz，时间持续120min，所述溶气管侧壁设有超声波发生器二。
进一步的，所述节流装置呈圆筒形，节流装置一端通过锥形的连接筒与溶气管连接，另一端封闭，在节流装置远离溶气管的一端连接有所述抽气装置，抽气装置包括与节流装置连通的抽气管，抽气管上还依次连接有风机、气液分离筒、氨气吸收器，所述气液分离筒侧壁还设有超声波发生器三。
所述超声波发生器二和超声波发生器三产生的超声波功率为100-250w，频率为25-40kHz，时间持续120min。
超声功率为100-250w，频率为25-40kHz，能够显著避免节流装置、溶气管和气液分离筒内结垢，提高氨氮去除率。节流装置内反应后的气液混合物经抽气管抽出，在气液分离筒进行气液分离，分离出的气体进入氨气吸收器，去除氨气。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，将高氨氮废水与气体混合后形成气液混合物，通入到节流装置内，产生节流作用，引起气液混合物的压强突然降低，同时产生水力空化作用，有利于高氨氮废水中的游离氨从废水中逸出进入气体中，实现氨氮的脱除，节流装置内同时施加的超声波具有空化效应、活化效应和机械剪切效应，可以增强废水中游离氨的脱除，同时降低易结垢离子的结垢倾向，减少节流装置内出现的结垢和垢的沉积；
2、本发明基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，增压后的高氨氮废水与大量气体混合，充分混匀后，能够大大提高液相的高氨氮废水与气体和接触面，进一步促进废水中的游离氨脱除进入到气体中，在超声波协同作用下，大大提高废水中的氨氮脱除率，氨氮废水脱除率能够达到95％；
3、本发明基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，采用的气体为空气或氮气，优选为稳定性高的氮气，气体温度为45-80℃，在与高氨氮废水充分混合后，能够降低废水中游离氨的溶解度，进一步促进其从液相中脱除，提高氨氮脱除率，高氨氮废水预先利用NaOH沉淀出废水中Ca2+、Mg2+、Fe2+/Fe3+等结垢性倾向的离子，显著降低了进入节流装置内的结垢性倾向的离子的量，有效降低处理装置结垢的可能性，NaOH将废水的pH值调节到11-12，碱性环境下更有利于氨气的脱除，废水温度≥45℃，因此游离氨的溶解度低，利于脱除。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明图1中A处放大图；
图3为本发明喷水头与喷气嘴结构图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-溶气装置，11-溶气管，12-密封板，2-节流装置，21-连接筒，3-喷水头，31-水管，32-增压泵一，4-喷气嘴，41-气管，42-气体储存箱，43-空气加热器，44-增压泵二，5-沉淀池，6-超声波发生器二，7-超声波发生器，8-抽气装置，81-抽气管，82-风机，83-气液分离筒，84-氨气吸收器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1-3所示，本发明基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，包括以下步骤：
1)将高氨氮废水加压后与气体混合，然后通入到一个节流装置2内；
2)利用超声波作用于节流装置2内的高氨氮废水和气体的混合物；
3)利用抽气装置8将节流装置2内经节流、超声波处理的混合物抽离节流装置2。
其中，步骤1)中，加压后的高氨氮废水与气体混合，其气液比为1000:1-1500:1。
进一步的，步骤1)中，气体为空气或氮气，气体温度为45-80℃，高氨氮废水在加压与气体混合前，预先向高氨氮废水中加入NaOH溶液和蒸汽，使得高氨氮废水的pH值达到11-12，温度≥45℃，然后在沉淀池5内沉淀、过滤。
进一步的，步骤1)中，所述高氨氮废水与气体的混合工艺在一个溶气装置1内进行，溶气装置1端部与节流装置2一端连通，节流装置2内径大于溶气装置1内径。
所述溶气装置1为水平设置的溶气管11，溶气管11远离节流装置2的一端设有密封板12，密封板12上设有喷水头3和喷气嘴4。
所述喷水头3为一个，且垂直设置在密封板12圆心处，所述喷气嘴4为数个，数个喷气嘴4以喷水头3为圆心围成一个圆环，喷气嘴4相对密封板12倾斜设置，且数个喷气嘴4总体呈现顺时针倾斜或逆时针倾斜。
进一步的，喷气嘴4轴线与密封板12平面具有夹角一，夹角一为15-75°，以喷气嘴4和密封板12的连接点与密封板12圆心的连线为L，该喷气嘴4轴线与过直线L且垂直于密封板12的平面具有夹角。
实施例2
如图1-3所示，本发明基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，包括以下步骤：
1)将高氨氮废水加压后与气体混合，然后通入到一个节流装置2内；
2)利用超声波作用于节流装置2内的高氨氮废水和气体的混合物；
3)利用抽气装置8将节流装置2内经节流、超声波处理的混合物抽离节流装置2。
其中，步骤1)中，加压后的高氨氮废水与气体混合，其气液比为1000:1-1500:1。
进一步的，步骤1)中，气体为空气或氮气，气体温度为45-80℃，高氨氮废水在加压与气体混合前，预先向高氨氮废水中加入NaOH溶液和蒸汽，使得高氨氮废水的pH值达到11-12，温度≥45℃，然后在沉淀池5内沉淀、过滤。
进一步的，步骤1)中，所述高氨氮废水与气体的混合工艺在一个溶气装置1内进行，溶气装置1端部与节流装置2一端连通，节流装置2内径大于溶气装置1内径。
所述溶气装置1为水平设置的溶气管11，溶气管11远离节流装置2的一端设有密封板12，密封板12上设有喷水头3和喷气嘴4。
所述喷水头3为一个，且垂直设置在密封板12圆心处，所述喷气嘴4为数个，数个喷气嘴4以喷水头3为圆心围成一个圆环，喷气嘴4相对密封板12倾斜设置，且数个喷气嘴4总体呈现顺时针倾斜或逆时针倾斜。
进一步的，喷气嘴4轴线与密封板12平面具有夹角一，夹角一为15-75°，以喷气嘴4和密封板12的连接点与密封板12圆心的连线为L，该喷气嘴4轴线与过直线L且垂直于密封板12的平面具有夹角。
所述喷水头3通过水管31与一个沉淀池5相连，喷水头3和沉淀池5间的水管31上设有增压泵一32，所述喷气嘴4通过气管41与一个气体储存箱42连接，气体储存箱42与喷气嘴4间的气管41上依次连接有空气加热器43和增压泵二44。
进一步的，所述步骤2)中，超声波通过一个超声波发生器7获得，超声波发生器7设置在节流装置2侧壁，超声功率为100-250w，频率为25-40kHz，时间持续120min，所述溶气管11侧壁设有超声波发生器二6。
10.根据权利要求9所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，所述节流装置2呈圆筒形，节流装置2一端通过锥形的连接筒21与溶气管11连接，另一端封闭，在节流装置2远离溶气管11的一端连接有所述抽气装置8，抽气装置8包括与节流装置2连通的抽气管81，抽气管81上还依次连接有风机82、气液分离筒83、氨气吸收器84，所述气液分离筒83侧壁还设有超声波发生器三。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将高氨氮废水加压后与气体混合，然后通入到一个节流装置(2)内；
2)利用超声波作用于节流装置(2)内的高氨氮废水和气体的混合物；
3)利用抽气装置(8)将节流装置(2)内经节流、超声波处理的混合物抽离节流装置(2)；
步骤1)中，所述高氨氮废水与气体的混合工艺在一个溶气装置(1)内进行，溶气装置(1)端部与节流装置(2)一端连通，节流装置(2)内径大于溶气装置(1)内径；
所述溶气装置(1)为水平设置的溶气管(11)，溶气管(11)远离节流装置(2)的一端设有密封板(12)，密封板(12)上设有喷水头(3)和喷气嘴(4)；
所述喷水头(3)为一个，且垂直设置在密封板(12)圆心处，所述喷气嘴(4)为数个，数个喷气嘴(4)以喷水头(3)为圆心围成一个圆环，喷气嘴(4)相对密封板(12)倾斜设置，且数个喷气嘴(4)总体呈现顺时针倾斜或逆时针倾斜。
2.根据权利要求1所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，步骤1)中，加压后的高氨氮废水与气体混合，其气液比为1000:1-1500:1。
3.根据权利要求1所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，步骤1)中，气体为空气或氮气，气体温度为45-80℃，高氨氮废水在加压与气体混合前，预先向高氨氮废水中加入NaOH溶液和蒸汽，使得高氨氮废水的pH值达到11-12，温度≥45℃，然后在沉淀池(5)内沉淀、过滤。
4.根据权利要求1所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，喷气嘴(4)轴线与密封板(12)平面具有夹角一，夹角一为15-75°，以喷气嘴(4)和密封板(12)的连接点与密封板(12)圆心的连线为L，该喷气嘴(4)轴线与过直线L且垂直于密封板(12)的平面具有夹角。
5.根据权利要求1所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，所述喷水头(3)通过水管(31)与一个沉淀池(5)相连，喷水头(3)和沉淀池(5)间的水管(31)上设有增压泵一(32)，所述喷气嘴(4)通过气管(41)与一个气体储存箱(42)连接，气体储存箱(42)与喷气嘴(4)间的气管(41)上依次连接有空气加热器(43)和增压泵二(44)。
6.根据权利要求1所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，所述步骤2)中，超声波通过一个超声波发生器(7)获得，超声波发生器(7)设置在节流装置(2)侧壁，超声功率为100-250W，频率为25-40kHz，时间持续120min，所述溶气管(11)侧壁设有超声波发生器二(6)。
7.根据权利要求6所述的基于强制节流与超声波处理的高氨氮废水处理方法，其特征在于，所述节流装置(2)呈圆筒形，节流装置(2)一端通过锥形的连接筒(21)与溶气管(11)连接，另一端封闭，在节流装置(2)远离溶气管(11)的一端连接有所述抽气装置(8)，抽气装置(8)包括与节流装置(2)连通的抽气管(81)，抽气管(81)上还依次连接有风机(82)、气液分离筒(83)、氨气吸收器(84)，所述气液分离筒(83)侧壁还设有超声波发生器三。
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