CN110028215A - 同步处理铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了同步处理铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置及应用，属于污染物处理技术领域。本发明净化装置将需处理的高铵盐废水和高磷酸盐废水混合，并投加镁盐和pH调节剂，将废水中的铵根和磷酸根一并沉淀去除，生成的鸟粪石沉淀能作为农业肥料再次利用；整体工艺成本低，去除效率高，而且不产生二次污染物NH3。

Description

同步处理铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置及应用
技术领域
本发明属于污染物处理技术领域，尤其涉及同步处理铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置及应用。
背景技术
目前，各类化工与冶炼企业所排放的废水中含有高浓度各种无机铵盐，对于这类废水的处理，常规的生化法和物化法均存在一定的缺陷。其中，生化法只能处理低浓度铵盐废水；对于高浓度铵盐废水，由于微生物无法耐受高盐环境，因而无法进行处理。对于废水中高浓度铵盐的处理，主要采用的是加药-吹脱法，该方法通过向废水中投加碱性药剂，将铵根离子转化为游离的氨氮，随后通入空气或水蒸气，将水中溶解的NH3从液相转移到气相中，并用吸收液将其吸收，从而达到脱除的目的。该物化方法去除氨氮时，氨氮浓度越大，吹脱效率越高，且NH3被水吸收后，生成的氨水还能资源化回收利用；但是，该方法存在一些不足：不仅药剂用量大，而且投资和运行成本相当高，如后续的氨氮吹脱塔、相应的气体净化系统和土建工程。
另外，企业所排放的生产和生活的混合废水中，通常还含有大量的磷酸盐。对于这类废水的处理，通常采用是物化沉淀法，或者生化处理法，或者两种方法联合使用。对于废水中高浓度磷酸盐的处理，主要采用的是石灰法：即向废水中投加生石灰(CaO)或熟石灰(Ca(OH)2)，通过生成不溶性沉淀磷酸钙(Ca3(PO4)2)，来达到去除磷酸盐的目的。该方法成本较低，但是药剂投加量较大。此外，Ca2+对于磷酸根(PO4 3-)的去除率较高，但对于磷酸氢根(HPO4 2-)或磷酸二氢根(H2PO4 -)的去除率较低，若废水中的磷酸盐多以磷酸氢根或磷酸二氢根的形式存在，则去除效率会下降。
对于不同行业排放的废水，通常需要采用不同的工艺，难以实现整体的广泛推广与应用。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术存在的不足，而提供同步处理铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置及应用，该净化装置同时处理高铵盐废水和高磷酸盐废水，生成的鸟粪石可作为农业肥料再次利用，不产生二次污染物NH3，整体工艺成本低，去除效率高。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种同步处理高浓度铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置，其包括：
混合加药系统，所述混合加药系统混合高铵盐废水、高磷酸盐废水、镁盐和pH调节剂，得到沉淀和初级出水；
脱水系统，所述脱水系统用于收集混合加药系统处理后的沉淀，并脱去沉淀的水分；
干燥系统，所述干燥系统用于加热脱水系统处理后的沉淀，即得鸟粪石；
备用处理系统，若初级出水达不到排放标准，所述备用处理系统净化初级废水。
实际中，高铵盐废水中，所含主要成分为氯化铵(NH4Cl)和硫酸铵((NH4)2SO4)，其实际氨氮浓度约为1200-1800mg/L；而高磷酸盐废水中，所含主要成分为磷酸钠(Na3PO4)、磷酸氢钠(Na2HPO4)和磷酸二氢钠(NaH2PO4)，总磷浓度约为1000-2000mg/L。将这两种废水同步引入混合加药系统中进行混合，同时边搅拌边加入镁盐，该过程所发生的反应如下：
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O↓，
Mg2++NH4 ++HPO4 2-+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O↓+H+，
Mg2++NH4 ++H2PO4 -+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O↓+2H+。
经该净化装置处理后，废水中的大部分NH4 +和PO4 3-均与Mg2+作用，生成了不溶性的鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)沉淀。该沉淀与初级出水分离后，通过脱水系统，对其进行脱水减量化处理，随后又通过干燥系统，对其进行干燥，完成后即可制得成品鸟粪石。而为了确保鸟粪石成品的纯度，镁盐的加入量需要低于理论计算量，以防止过量未反应的低溶解性镁盐混入沉淀中，从而降低产品的纯度和后续成品的附加值。然而，由于镁盐加入量的不足，加上两种废水的实际浓度变化幅度大，因而会导致初级出水中的氨氮和总磷含量可能还未达到排放标准。因此，需要增加备用处理系统，对初级出水进行深度处理。
作为上述技术方案的改进，所述备用处理系统包括：
备用加药系统，若初级出水中氨氮含量达到排放标准，初级出水中磷含量未达到排放标准时，所述备用加药系统将初级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准；
生物脱氮系统，若初级出水中氨氮含量未达到排放标准时，所述生物脱氮系统经硝化-反硝化作用去除初级出水中氨氮，得到次级出水；若次级出水中磷含量未达到排放标准时，所述备用加药系统将次级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准。
另外，本发明还提供一种采用所述的净化装置的净化废水方法，其包括以下步骤：
S1)混合加药系统混合高铵盐废水、高磷酸盐废水、镁盐和pH调节剂，得到沉淀和初级出水；
S2)脱水系统用于收集混合加药系统处理后的沉淀，并脱去沉淀的水分；干燥系统用于加热脱水系统处理后的沉淀，即得鸟粪石；
S3)若初级出水达不到排放标准，备用处理系统净化初级出水。
作为上述技术方案的改进，若初级出水中氨氮含量达到排放标准，初级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统将初级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准；
若初级出水中氨氮含量未达到排放标准时，生物脱氮系统经硝化-反硝化作用去除废初级出水中氨氮，得到次级出水；若次级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统将次级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准。
作为上述技术方案的进一步改进，所述镁盐为Mgcl2和MgO的混合物，所述混合加药系统中镁盐的浓度为1.0～2.0mg/mL，镁盐中Mgcl2和MgO的质量比0.8:1～1.4:1。
作为上述技术方案的更进一步改进，所述混合加药系统中镁盐的浓度为1.6mg/mL，镁盐中Mgcl2和MgO的摩尔比1:1。
作为上述技术方案的进一步改进，所述pH调节剂为NaOH，所述混合加药系统中混合物的pH值为8～9。当述混合加药系统中混合物的pH值为8～9时，净化装置净化效率更高。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S1中，混合加药系统的混合处理时间为60min；在步骤S2中，脱水系统的脱水处理时间为30min，干燥系统的加热处理时间为90min；在步骤S3中，生物脱氮系统的生物脱氮处理时间为2h，备用加药系的混合处理时间为40min。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S3中，所述药剂包含聚合硫酸铁，所述药剂的加入量与药剂理论计算量的质量比为1.1～1.3，所述药剂理论计算由混凝实验所测得，药剂理论计算量对应的磷酸的酸根离子去除率为84％～88％。
本发明的有益效果在于：本发明提供同步处理铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置及应用，本发明采用的净化装置和净化方法具有以下优点：
1)整体工艺将高浓度铵盐废水和高浓度磷酸盐废水混合，并进行同步处理，大大降低了处理成本；
2)常规的钙剂除磷法，仅能高效去除PO4 3-，而对于HPO4 2-和H2PO4 -的去除率则较低，而本发明净化方法可以同步高效去除废水中PO4 3-、HPO4 2-和H2PO4 -，达到深度除磷的目的；
3)本发明净化方法不仅能同步深度处理高浓度铵盐废水和高浓度磷酸盐废水，确保出水达标，而且还能有效地回收沉淀生成的副产物鸟粪石，达到资源循环再利用的目的；
4)虽然氨氮和总磷浓度波动范围很大，但是，经本发明净化装置处理后的废水，出水的氨氮浓度约为21-27mg/L，总磷浓度约为6-7.2mg/L，两者的去除率均大于95％。
附图说明
图1为本发明净化装置的流程示意图；
在图1中，1、混合加药系统，2、生物脱氮系统，3、备用加药系统，4、脱水系统，5、干燥系统；W1为高铵盐废水，W2为高磷酸盐废水，W3为达标出水，S1为镁盐和pH调节剂，S2为沉淀，S3为鸟粪石。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种同步处理高浓度铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置，其包括：
混合加药系统1，混合加药系统1混合高铵盐废水W1、高磷酸盐废水W2、镁盐和pH调节剂S1，得到沉淀S2和初级出水；
脱水系统4，脱水系统4用于收集混合加药系统1处理后的沉淀，并脱去沉淀的水分；
干燥系统5，干燥系统5用于加热、除去脱水系统4处理后的沉淀中水分，即得鸟粪石S3；
备用处理系统，若初级出水达不到排放标准，备用处理系统净化初级出水。
实际中，高铵盐废水W1中，所含主要成分为氯化铵(NH4Cl)和硫酸铵((NH4)2SO4)，其实际氨氮浓度约为1200-1800mg/L；而高磷酸盐废水W2中，所含主要成分为磷酸钠(Na3PO4)、磷酸氢钠(Na2HPO4)和磷酸二氢钠(NaH2PO4)，总磷浓度约为1000-2000mg/L。将这两种废水同步引入混合加药系统中进行混合，同时边搅拌边加入镁盐，该过程所发生的反应如下：
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O↓，
Mg2++NH4 ++HPO4 2-+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O↓+H+，
Mg2++NH4 ++H2PO4 -+6H2O＝MgNH4PO4·6H2O↓+2H+。
经该净化装置处理后，废水中的大部分NH4 +和PO4 3-均与Mg2+作用，生成了不溶性的鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)沉淀。该沉淀S2与初级出水分离后，通过脱水系统，对其进行脱水减量化处理，随后又通过干燥系统，对其进行干燥，完成后即可制得成品鸟粪石S3。而为了确保鸟粪石成品的纯度，镁盐的加入量需要低于理论计算量，以防止过量未反应的低溶解性镁盐混入沉淀中，从而降低产品的纯度和后续成品的附加值。然而，由于镁盐加入量的不足，加上两种废水的实际浓度变化幅度大，因而会导致初级出水中的氨氮和总磷含量可能还未达到排放标准。因此，需要增加备用处理系统，对初级出水进行深度处理。
为了确保排出水达到排放标准，优选地，备用处理系统包括：
备用加药系统3，若初级出水中氨氮含量达到排放标准，初级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统3将初级出水和药剂(优选聚合硫酸铁)进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准；
生物脱氮系统2，若初级出水中氨氮含量未达到排放标准时，生物脱氮系统2经硝化-反硝化作用去除废初级出水中氨氮，得到次级出水；若次级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统3将次级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准。
实施例2
本实施例提供实施例1净化装置的净化废水方法，其包括以下步骤：
S1)混合加药系统1混合高铵盐废水、高磷酸盐废水、镁盐和pH调节剂，得到沉淀和初级出水；
S2)脱水系统4用于收集混合加药系统1处理后的沉淀，并脱去沉淀的水分；干燥系统5用于加热、除去脱水系统处理后沉淀的水分，即得鸟粪石；
S3)若初级出水达不到排放标准，备用处理系统净化初级出水。
优选地，若初级出水中氨氮含量达到排放标准，初级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统3将初级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保出水达到排放标准；
若初级出水中氨氮含量未达到排放标准时，生物脱氮系统2经硝化-反硝化作用去除废初级出水中氨氮，得到次级出水；若次级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统3将次级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准；
优选地，镁盐为Mgcl2和MgO的混合物，混合加药系统中镁盐的浓度为1.0～2.0mg/mL，镁盐中Mgcl2和MgO的质量比0.8:1～1.4:1；Mgcl2和MgO的混合物的价格低廉，仅为MgCl2和MgSO4的不到一半，药剂投加成本更低。
实施例3
本实施例提供实施例1净化装置的净化废水方法，其类似于与实施例2，其与实施例2的区别点在于：镁盐为Mgcl2和MgO的混合物，混合加药系统1中镁盐的浓度为1.6mg/mL，镁盐中Mgcl2和MgO的摩尔比1:1。
实施例4
本实施例提供实施例1净化装置的净化废水方法，其类似于与实施例2，其与实施例2的区别点在于：pH调节剂为NaOH，混合加药系统1中混合物的pH值为8～9。
实施例5
本实施例提供实施例1净化装置的净化废水方法，其类似于与实施例2，其与实施例2的区别点在于：在步骤S1中，混合加药系统的混合处理时间为60min；在步骤S2中，脱水系统的脱水处理时间为30min，干燥系统的加热处理时间为90min；在步骤S3中，生物脱氮系统的生物脱氮处理时间为2h，备用加药系的混合处理时间为40min，在步骤S3中，药剂包含聚合硫酸铁，药剂的加入量与药剂理论计算量的质量比为1.1～1.3，药剂理论计算由混凝实验所测得，药剂理论计算量对应的磷酸的酸根离子去除率为84％～88％。
净化装置性能测定
经本发明净化装置处理后的废水，出水的氨氮浓度约为21-27mg/L，总磷浓度约为6-7.2mg/L，两者的去除率均大于95％。
最后所应当说明的是，以上实施例用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种同步处理高浓度铵盐废水和磷酸盐废水的净化装置，其特征在于，包括：
混合加药系统，所述混合加药系统混合高铵盐废水、高磷酸盐废水、镁盐和pH调节剂，得到沉淀和初级出水；
脱水系统，所述脱水系统用于收集混合加药系统处理后的沉淀，并脱去沉淀的水分；
干燥系统，所述干燥系统用于加热脱水系统处理后的沉淀，即得鸟粪石；
备用处理系统，若初级出水达不到排放标准，所述备用处理系统净化初级废水。
2.如权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述备用处理系统包括：
备用加药系统，若初级出水中氨氮含量达到排放标准，初级出水中磷含量未达到排放标准时，所述备用加药系统将初级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸离子，确保达到排放标准；
生物脱氮系统，若初级出水中氨氮含量未达到排放标准时，所述生物脱氮系统经硝化-反硝化作用去除废初级出水中氨氮，得到次级出水；若次级出水中磷含量未达到排放标准时，所述备用加药系统将次级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准。
3.一种采用如权利要求1或2所述的净化装置的净化废水方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)混合加药系统混合高铵盐废水、高磷酸盐废水、镁盐和pH调节剂，得到沉淀和初级出水；
S2)脱水系统用于收集混合加药系统处理后的沉淀，并脱去沉淀的水分；干燥系统用于加热脱水系统处理后的沉淀，即得鸟粪石；
S3)若初级出水达不到排放标准，备用处理系统净化初级出水。
4.如权利要求3所述的净化废水方法，其特征在于，
若初级出水中氨氮含量达到排放标准，初级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统将初级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准；
若初级出水中氨氮含量未达到排放标准时，生物脱氮系统经硝化-反硝化作用去除初级出水中氨氮，得到次级出水；若次级出水中磷含量未达到排放标准时，备用加药系统将次级出水和药剂进行混合、沉淀磷酸的酸根离子，确保达到排放标准。
5.如权利要求3或4所述的净化废水方法，其特征在于，所述镁盐为Mgcl2和MgO的混合物，所述混合加药系统中镁盐的浓度为1.0～2.0mg/mL，镁盐中Mgcl2和MgO的摩尔比0.8:1～1.4:1。
6.如权利要求5所述的净化废水方法，其特征在于，所述混合加药系统中镁盐的浓度为1.6mg/mL，镁盐中Mgcl2和MgO的摩尔比1:1。
7.如权利要求3或4所述的净化废水方法，其特征在于，所述pH调节剂为NaOH，所述混合加药系统中混合物的pH值为8～9。
8.如权利要求4所述的净化废水方法，其特征在于，在步骤S1中，混合加药系统的混合处理时间为60min；在步骤S2中，脱水系统的脱水处理时间为30min，干燥系统的加热处理时间为90min；在步骤S3中，生物脱氮系统的生物脱氮处理时间为2h，备用加药系的混合处理时间为40min。
9.如权利要求4所述的净化废水方法，其特征在于，在步骤S3中，所述药剂包含聚合硫酸铁，所述药剂的加入量与药剂理论计算量的质量比为1.1～1.3，所述药剂理论计算由混凝实验所测得，药剂理论计算量对应的磷酸的酸根离子去除率为84％～88％。
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