CN110255688A - 一种高浓度氨氮废水的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高浓度氨氮废水的处理方法。处理方法包括如下步骤：S1：向高浓度氨氮废水中加入氧化镁和磷酸，搅拌反应，静置后排出上清液，得磷酸铵镁固液混合物；S2：向磷酸铵镁固液混合物中加入氧化镁，搅拌、吹气使得氨氮吹脱；S3：加入高浓度氨氮废水，搅拌，反应后静置，排出上清液；S4：重复S2～S3，至出水的氨氮浓度不高于10mg/L。本发明将磷酸铵镁置于水溶液体系中分解，可大为降低分解温度，同时在水溶液体系中采用氧化镁作为碱剂，仅需少量补充即可实现氨氮的去除，氨氮的平均去除率可达到80％以上，操作方法简单，极大的降低了处理成本，既达到了处理废水的目的，同时又能回收有价值的资源。

Description

一种高浓度氨氮废水的处理方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种高浓度氨氮废水的处理方法。
背景技术
水体富营养化现象主要是由氮、磷等营养盐含量超标导致的。其中，氨氮废水的不达标排放是造成我国水体氮污染的主要因素。我国氨氮废水来源广，排放量大，毒性强，目前我国氨氮废水排放量远远超过了环境的承受能力。为了遏制氨氮对水体环境的污染，国家已经将氨氮列为减排约束性指标之一。
目前，氨氮废水处理工艺主要分为生物法和物理化学法两大类。生物法处理氨氮废水的核心是通过微生物生命活动中的氨化、硝化、反硝化等反应将废水中的氨氮转化为无害的氮气从水体中释放出去。但是，由于硝化细菌是异养细菌，生长速度缓慢，达到所需的生物量比较困难，导致采用传统生物法处理高浓度氨氮废水效果不佳。物理化学法是利用污染物的物理化学性质，向废水中投加化学药剂或改变水体的物理化学性质，从而达到去除污染物的目的。例如折点氯法、空气吹脱法、膜分离法和化学沉淀法等，这是废水处理领域的一种简便、快捷、高效的处理技术。其中，磷酸铵镁法由于其能够高效地去除废水中的氨氮而成为国内外学者的研究热点。同时，反应生成的磷酸铵镁晶体是一种优良的缓释肥，可以用于农业生产中，不但解决了磷酸铵镁法处理废水过程中产生的化学污泥，还可以进一步降低处理成本，实现氨的资源化利用。
但是，对于高浓度氨氮废水则需要加入大量的镁盐和磷才能够使氨氮达到排放标准，大大增加了除氨成本。为了降低磷酸铵镁除氨的成本，实现工业化应用，循环利用磷酸铵镁中的镁和磷引起了研究者的广泛关注。目前实现磷酸铵镁循环利用主要是在固-固体系下通过加入氢氧化钠，并在温度为100℃以上来进行分解，但该方法由于高温脱水极易产生焦磷酸镁非活性产物，降低分解产物的除氨效果；其次，采用氢氧化钠作为分解剂处理成本高，导致该方法难以应用到实际生产。
因此，针对高浓度氨氮废水开发一种除氨效果好，成本低廉的处理方法具有重要的研究意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的高浓度氨氮废水条件要求高，处理成本高的缺陷或不足，提供一种高浓度氨氮废水的处理方法。本发明将磷酸铵镁置于水溶液体系中分解，可大为降低分解温度，同时在水溶液体系中采用氧化镁作为碱剂，仅需少量补充即可实现氨氮的去除，氨氮的平均去除率可达到80％以上，操作方法简单，工程投资费用低，极大的降低了处理成本，既达到了处理废水的目的，同时又能回收有价值的资源。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种高浓度氨氮废水的处理方法，包括如下步骤：
S1：向高浓度氨氮废水中加入氧化镁和磷酸使得Mg、N和P的摩尔比为2～4.5:1:1，搅拌反应，静置后排出上清液，得磷酸铵镁固液混合物；
S2：向磷酸铵镁固液混合物中加入氧化镁使得Mg和N的摩尔比为0.5～1.5:1，搅拌、吹气使得氨氮吹脱；
S3：加入高浓度氨氮废水使得N和P的摩尔比为0.6～0.8:1，搅拌，反应后静置，排出上清液；
S4：重复S2～S3，至出水的的氨氮浓度不高于10mg/L，以NH4-N计。
本发明提供的处理方法通过如下原理实现氨氮的有效去除及成本大幅减小。
(1)S1中，氧化镁和磷酸反应生成磷酸铵镁结晶，从而达到磷的回收，反应方程式如下：
MgO+NH4 ++H3PO4+5H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+
(2)S2中磷酸铵镁晶体分解，从而达到产物再利用目的，反应的方程式如下：
MgO+H2O→Mg2++2OH-
3MgNH4PO4·6H2O+3OH-+16H2O→Mg3(PO4)2·22H2O+3NH3·H2O+PO4 3-
将磷酸铵镁置于水溶液体系中分解，可大为降低分解温度。
(3)磷酸铵镁晶体分解产物直接用于循环除氨，反应方程式如下：
Mg3(PO4)2·22H2O+2H+→3Mg3++2HPO4 2-+22H2O
Mg2++HPO4 2-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O+H+
MgO+NH4 ++HPO4 2-+H++5H2O→MgNH4PO4·6H2O
在水溶液体系中采用氧化镁作为碱剂，仅需少量补充即可实现氨氮的去除，氨氮的平均去除率可达到80％以上。
本发明提供的处理方法操作简单，处理成本低，只需少量补充少量氧化镁即可实现氨氮的去除，氨氮的平均去除率可达到80％以上。
另外，本发明提供的处理方法可在一个反应器中进行，工程投资费用低。
优选地，S1中Mg、N和P的摩尔比为2:1:1。
优选地，S1中反应的时间的100～300min。
优选地，S2中Mg和N的摩尔比为0.5:1。
优选地，S2中吹气的过程为：吹入温度为100～120℃的高温蒸汽，吹气量和磷酸铵镁固液混合物的液体量的体积比为300～600:1。
优选地，S2中氨氮吹脱后利用氨吸收工艺处理。
优选地，S3中N和P的摩尔比为0.6:1。
优选地，S3中反应的时间为90～200min；静置的时间为60～90min。
常规的浓度氨氮废水均可采用本发明提供的方法进行处理。
优选地，所述高浓度氨氮废水为养猪废水、焦化废水或垃圾渗滤液中的一种或几种。
优选地，所述氧化镁为工业级氧化镁。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将磷酸铵镁置于水溶液体系中分解，可大为降低分解温度，同时在水溶液体系中采用氧化镁作为碱剂，仅需少量补充即可实现氨氮的去除，氨氮的平均去除率可达到80％以上，操作方法简单，工程投资费用低，极大的降低了处理成本，既达到了处理废水的目的，同时又能回收有价值的资源。
附图说明
图1为本发明的装置流程示意图；其中1为沉淀反应器，2为高浓度氨氮废水入口，3为药剂加入口，4为搅拌器，5为出水口，6为吹脱装置，7为出气口。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种高浓度氨氮废水的处理方法，利用图1所示的装置进行处理，具体操作如下。
a、从密闭的沉淀反应器1的高浓度氨氮废水入口2加入1m3氨氮浓度为500mg/L的养猪废水，然后从药剂加入口3加入氧化镁和磷酸至沉淀反应器1，保证废水混合液中Mg:N:P摩尔比为2:1:1,启动搅拌器4使废水混合，搅拌速度控制在300rpm；反应时间为100min，生成磷酸铵镁晶体，反应后静置60min，使反应器内混合物固液分离，打开反应器侧面出水口5，排出上清液。
b、通过药剂加入口3向步骤a中形成的磷酸铵镁固液混合物中按Mg:N摩尔比为0.5:1加入氧化镁，启动搅拌器4使固液混合均匀，同时启动吹脱装置6向固液体系中吹入高温蒸汽(100～120℃)，吹脱期间，控制气-液体积比为300:1；打开出气口7，吹脱出的氨氮进入后续氨吸收工艺。
c、从废水加入口2按N:P摩尔比为0.6:1加入高浓度氨氮废水，启动搅拌器4，反应90min，反应后静置60min，使反应器内混合物固液分离，打开反应器侧面出水口5，排出上清液。
d、重复步骤b和c，进行养猪废水中氨的循环去除。
通过上述操作步骤，养猪废水中氨氮浓度降低至100mg/L，即氨氮去除率达90％；余磷浓度降至1mg/L以下。
实施例2
本实施例提供一种高浓度氨氮废水的处理方法，具体操作如下。
a、从密闭的氨氮废水沉淀反应器1高浓度氨氮废水入口2加入1m3氨氮浓度为1000mg/L的焦化废水，然后从药剂加入口3加入氧化镁和磷酸至沉淀反应器1，保证废水混合液中Mg:N:P摩尔比为3.5:1:1,启动搅拌器4使废水混合，搅拌速度控制在300rpm；反应时间为200min，生成磷酸铵镁晶体，反应后静置80min，使反应器内混合物固液分离，打开反应器侧面出水口5，排出上清液。
b、通过药剂加入口3向步骤a中形成的磷酸铵镁固液混合物中按Mg:N摩尔比为1:1加入氧化镁，启动搅拌器4使固液混合均匀，同时启动吹脱装置6向固液体系中吹入高温蒸汽(100～120℃)，吹脱期间，控制气-液体积比为450:1；打开出气口7，吹脱出的氨氮进入后续氨吸收工艺。
c、从废水加入口2按N:P摩尔比为0.7:1加入高浓度氨氮废水，启动搅拌器4，反应150min，反应后静置80min，使反应器内混合物固液分离，打开反应器侧面出水口5，排出上清液。
d、重复步骤b和c，进行废水中氨的循环去除。
通过上述操作步骤，焦化废水中氨氮浓度降低至150mg/L，即氨氮去除率达85％；余磷浓度降至1mg/L以下。
实施例3
本实施例提供一种高浓度氨氮废水的处理方法，具体操作如下。
a、从密闭的氨氮废水沉淀反应器1废水入口2加入1m3氨氮浓度为1860mg/L的垃圾渗滤液，然后从药剂加入口3加入氧化镁和磷酸至沉淀反应器1，保证废水混合液中Mg:N:P摩尔比为4.5:1:1,启动搅拌器4使废水混合，搅拌速度控制在300rpm；反应时间为300min，生成磷酸铵镁晶体，反应后静置90min，使反应器内混合物固液分离，打开反应器侧面出水口5，排出上清液。
b、通过药剂加入口3向步骤a中形成的磷酸铵镁固液混合物中按Mg:N摩尔比为01.5:1加入氧化镁，启动搅拌器4使固液混合均匀，同时启动吹脱装置6向固液体系中吹入高温蒸汽(100～120℃)，吹脱期间，控制气-液体积比为600:1；打开出气口7，吹脱出的氨氮进入后续氨吸收工艺。
c、从废水加入口2按N:P摩尔比为0.8:1加入高浓度氨氮废水，启动搅拌器4，反应200min,反应后静置90min，使反应器内混合物固液分离，打开反应器侧面出水口5，排出上清液。
d、重复步骤b和c，进行废水中氨的循环去除。
通过上述操作步骤，垃圾渗滤液中氨氮浓度降低至200mg/L，即氨氮去除率达85％；余磷浓度降至1mg/L以下。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：向高浓度氨氮废水中加入氧化镁和磷酸使得Mg、N和P的摩尔比为2～4.5:1:1，搅拌反应，静置后排出上清液，得磷酸铵镁固液混合物；
S2：向磷酸铵镁固液混合物中加入氧化镁使得Mg和N的摩尔比为0.5～1.5:1，搅拌、吹气使得氨氮吹脱；
S3：加入高浓度氨氮废水使得N和P的摩尔比为0.6～0.8:1，搅拌，反应后静置，排出上清液；
S4：重复S2～S3，至出水的氨氮浓度不高于10mg/L，以NH4-N计。
2.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S1中Mg、N和P的摩尔比为2:1:1。
3.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S1中反应的时间的100～300min，静置的时间为60～90min。
4.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S2中Mg和N的摩尔比为0.5:1。
5.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S2中吹气的过程为：吹入温度为100～120℃的高温蒸汽，吹气量和磷酸铵镁固液混合物的液体量的体积比为300～600:1。
6.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S2中氨氮吹脱后利用氨吸收工艺处理。
7.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S3中N和P的摩尔比为0.6:1。
8.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，S3中反应的时间为90～200min；静置的时间为60～90min。
9.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，所述高浓度氨氮废水为养猪废水、焦化废水或垃圾渗滤液中的一种或几种。
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