CN110357336A - 一种高含硝态氮废水的处理工艺及系统 - Google Patents

一种高含硝态氮废水的处理工艺及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理领域，涉及一种高含硝态氮废水的处理工艺，将经预处理的高含硝态氮废水排入原水池中调节水量、水质后，送入超滤装置中进行超滤处理，产水排入超滤产水池中，浓水送入原水池中；将超滤产水池中的水送入RO装置中进行反渗透处理，浓水送入浓盐水池中；将浓盐水池中的水送入高压反渗透装置中进行反渗透处理，浓盐水送入高压反渗透装置浓盐水池；将高压反渗透装置浓盐水池中的水送入蒸发装置中进行蒸发处理，浓缩液经降温后送入冷冻结晶装置中进行结晶，晶浆经固液分离，得到四水硝酸钙结晶盐。本发明还提供一种高含硝态氮废水的处理系统。本发明的处理工艺及系统能够降低废水脱氮成本，还能回收硝酸盐，降低对环境的污染。

Description

一种高含硝态氮废水的处理工艺及系统
技术领域
本发明属于钢铁及机械加工的废水处理技术领域，具体涉及一种高含硝态氮废水的处理工艺及系统。
背景技术
目前国内外钢铁企业不锈钢酸洗采用硝酸进行酸洗，产生大量的不锈钢酸洗废水。这类废水主要是收集后采用石灰中和处理，这种中和后的废水中硝态氮的浓度约为600-2000mg/L，是一种高含硝态氮的废水，直接排放总氮很高，是国家排放标准的20~100倍；且中和后的废水硬度高达6000~10000ppm，而一般来说如此高硬度的废水不能采用反渗透膜、STRO膜、DTRO膜等；国内的少数不锈钢企业例如张家港浦项、广州联众等在中和之后增加了不锈钢酸洗废水生物脱氮处理，通常通过投加甲醇等有机物进行生化脱硝处理，将废水中的总氮脱除后再回用或直接排放水体，但是由于投加的甲醇等有机物量很大，运行费用很贵，导致生物脱氮的成本很高，所以国内大部分不锈钢企业还是将不锈钢酸洗机组废水中和后直接排放到全厂排水管网，导致废水中的硝酸盐无法回收利用，还会造成环境污染。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可实现资源利用、成本低的高含硝态氮废水的处理工艺及系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种高含硝态氮废水的处理工艺，包括如下步骤：
1）将经预处理的高含硝态氮废水排入原水池，在原水池内调节水量、水质；
2）将原水池中的高含硝态氮废水送入超滤装置中进行超滤处理，超滤装置的产水排入超滤产水池中，超滤装置的浓水送入原水池中；
3）将超滤产水池中的水送入RO装置中进行反渗透处理，RO装置的浓水送入浓盐水池中；
4）将浓盐水池中的水送入高压反渗透装置中进行反渗透处理，高压反渗透装置的浓盐水送入高压反渗透装置浓盐水池；
5）将高压反渗透装置浓盐水池中的水送入蒸发装置中进行蒸发处理，蒸发装置的浓缩液经降温后送入冷冻结晶装置中进行结晶，冷冻结晶装置的晶浆经固液分离，得到四水硝酸钙结晶盐。
进一步地，步骤1）中高含硝态氮废水的预处理时，向高含硝态氮废水中投加石灰，调节至PH至9～10后进行沉淀、中和、过滤，将得到的滤液排入原水池中。
进一步地，步骤2）中超滤装置的产水水质SDI≤3。
进一步地，步骤3）中RO装置的产水、步骤4）中高压反渗透装置的产水以及步骤5）中蒸发装置的冷凝水均排入RO产水水池中，再外供给生产用户使用。
进一步地，步骤4）中的高压反渗透装置为STRO装置或DTRO装置。
进一步地，步骤5）中，蒸发装置的浓缩液先经预冷器降温至28～32℃，再送入冷冻结晶装置中进行结晶，结晶温度为10℃。
进一步地，步骤5）中，冷冻结晶装置底部的晶浆送至稠厚器中进行初步固液分离，稠厚器下部的固含量为50%的晶浆进入脱水机进行进一步固液分离，得到四水硝酸钙结晶盐和结晶母液，结晶母液经过预冷后返回蒸发装置继续进行蒸发处理。
进一步地，所述RO装置和所述高压反渗透装置中均投加高效阻垢剂。
本发明还提供一种高含硝态氮废水的处理系统，包括原水池、超滤装置、RO装置、高压反渗透装置、蒸发装置和冷冻结晶装置；经预处理的高含硝态氮废水通过管道与原水池连通，所述原水池与所述超滤装置的进水口连通；所述超滤装置的产水出口与RO装置的进水口连通，所述超滤装置的浓水出口与所述原水池连通；所述RO装置的浓水出口与所述高压反渗透装置的进水口连通；所述高压反渗透装置的浓盐水出口与所述蒸发装置的进水口连通；所述蒸发装置的浓缩液出口与所述冷冻结晶装置的进液口连通；所述冷冻结晶装置的晶浆出口通过稠厚器与脱水机连通。
进一步地，所述RO装置的产水出口、所述高压反渗透装置的产水出口以及所述蒸发装置的冷凝水出口均与可外供给生产用户使用的RO产水水池连通。
本发明的设计原理：本发明通过对不锈钢酸洗产生的高含硝态氮废水进行分析，发现废水中的阴离子主要为硝酸根离子，而硝酸钙的溶解度极高，不容易在膜表面沉积，因此，本发明通过超滤、RO、高压反渗透来进行浓缩处理，再通过蒸发、冷冻结晶回收废水中的硝酸盐。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的处理工艺针对高含硝态氮废水，采用预处理、超滤处理、RO处理、高压反渗透处理、蒸发浓缩处理以及冷冻结晶工艺，可以回收废水中的硝酸盐，且回收的硝酸盐可以作为农业肥料等，具有较高的回收价值；
（2）本发明提供的高含硝态氮废水的处理工艺中RO装置的产水、高压反渗透装置的产水以及蒸发装置的冷凝水都可以回收利用，作为优质工业新水，降低企业新水耗量；
（3）本发明提供的高含硝态氮废水的处理工艺比生物处理法运行成本低，经济效益好，操作维护简单、占地面积小，并实现了废水的零排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的高含硝态氮废水处理的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种高含硝态氮废水的处理工艺，包括如下步骤：
1）向高含硝态氮废水中投加石灰，调节至PH至9～10后进行沉淀、中和、过滤，将预处理得到的滤液排入原水池中，在原水池内调节水量、水质；
2）通过超滤装置供水泵将原水池中的高含硝态氮废水送入超滤装置中进行超滤处理，去除水中部分COD、BOD及大部分的浊度、胶体、大颗粒物质、细菌和病毒等；超滤装置的产水排入超滤产水池中，超滤装置的浓水送入原水池中；经过超滤处理后的产水水质SDI≤3，能够满足反渗透的进水指标，能有效确保反渗透设备的长期安全稳定运行；
3）通过RO装置供水泵将超滤产水池中的水送入RO装置中进行反渗透处理，对超滤装置的产水进行浓缩、减量处理，使得超滤装置的产水减量，降低了高压反渗透装置处理能力；RO装置的浓水送入浓盐水池中，RO装置的产水进入RO产水水池，再通过回用水泵外供生产用户；
4）通过高压反渗透装置供水泵将浓盐水池中的水送入高压反渗透装置中进行反渗透处理，对RO装置的浓水进行浓缩、减量处理，使得RO装置浓水减量，降低了蒸发装置处理能力；本实施例中高压反渗透装置为STRO装置或DTRO装置；高压反渗透装置的浓盐水送入高压反渗透装置浓盐水池，高压反渗透装置的产水进入RO产水水池，再通过回用水泵外供生产用户；
5）通过蒸发装置将高压反渗透装置浓盐水池中的水送入蒸发装置中进行蒸发处理，对STRO/DTRO装置的浓水进行浓缩、减量处理，使得STRO/DTRO装置的浓水减量，降低了冷冻结晶装置处理能力；蒸发装置的冷凝水排入RO产水水池中，再外供给生产用户使用；蒸发装置的浓缩液先经预冷器降温至28～32℃，优选30℃；再送入冷冻结晶装置中进行结晶，结晶温度为10℃，结晶物Ca(NO3)2·4H2O在结晶器中得以生长；冷冻结晶装置底部的晶浆泵送至稠厚器中进行初步固液分离，稠厚器下部的固含量为50%的晶浆进入脱水机进行进一步固液分离，得到四水硝酸钙结晶盐和结晶母液；四水硝酸钙结晶盐打包回收利用；结晶母液经过预冷后返回蒸发装置中与高压反渗透浓缩后的浓缩液混合后继续进行蒸发处理，整个蒸发过程无固体析出，提高系统的回收率。
本实施例采用预处理、超滤处理、RO处理、高压反渗透处理、蒸发浓缩处理以及冷冻结晶工艺，可以回收废水中的硝酸盐，实现资源回收利用，降低对环境的污染，而且还比生物处理法运行成本低，经济效益好，是一种经济、环保、节能、操作运行维护简单的新工艺路线
本实施例在预处理过程中投加石灰(氧化钙)，利用CaF2的溶度积(5×10-11)极小从而去除氟离子，随着膜浓缩，氟离子浓度增加，氟化钙仍有可能结垢；因此，本实施在所述RO装置和所述高压反渗透装置中均投加高效阻垢剂，抑制氟化钙在RO装置或高压反渗透装置中结垢；本实施还通过控制蒸发结晶的浓缩倍率，冷冻析出四水硝酸钙以及通过外排少量母液控制蒸发系统和冷冻结晶系统，降低氟离子的累积，从而降低氟化钙结垢。此外，由于氟化钙等金属离子沉淀物残余的悬浮物可能对反渗透系统存在影响，本工艺中超滤膜采用中空纤维超滤膜，并采用外压式超滤对其进行预处理。
由于饱和硝酸钙的溶解度极大，沸点温升极高，即使在-74.3.7Kpa操作压力下，饱和硝酸钙循环液的沸点温度也高达118℃，假定饱和生蒸汽温度为120℃，无法实现热法结晶，但硝酸钙的溶解度受温度影响比较大，见下表：
可以看出，100℃温度下，溶解度为363g/100g（水），而在10℃温度下，仅为115g/100g（水），所以本工艺通过高温蒸发浓缩后的进行冷却结晶。
进一步地，为了尽量减少蒸发结晶的规模，RO装置浓缩工段的回收率设计为65%，而经过RO装置浓缩后含盐量很高（约3%Ca(NO3)2），采用传统的反渗透系统难以继续浓缩，本工艺选用高压反渗透装置继续进行浓缩处理，选用STRO高压膜或DTRO膜。
此外，如图1所示，本发明实施例还提供一种高含硝态氮废水的处理系统，包括原水池、超滤装置、RO装置、高压反渗透装置、蒸发装置和冷冻结晶装置；经预处理的高含硝态氮废水通过管道与原水池连通，所述原水池与所述超滤装置的进水口连通；所述超滤装置的产水出口与RO装置的进水口连通，所述超滤装置的浓水出口与所述原水池连通；所述RO装置的浓水出口与所述高压反渗透装置的进水口连通；所述高压反渗透装置的浓盐水出口与所述蒸发装置的进水口连通；所述蒸发装置的浓缩液出口与所述冷冻结晶装置的进液口连通；所述冷冻结晶装置的晶浆出口通过稠厚器与脱水机连通。
进一步地，所述RO装置的产水出口、所述高压反渗透装置的产水出口以及所述蒸发装置的冷凝水出口均与可外供给生产用户使用的RO产水水池连通。
由于Ca(NO3)2的溶解度大，沸点温升高的特点，无法使用MVR进行蒸发浓缩，因此本实施例的处理系统及工艺采用三效蒸发器，蒸汽和硝酸钙废水逆流操作，高压反渗透浓缩后的浓缩液与冷冻结晶返回母液混合，整个蒸发过程无固体析出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）将经预处理的高含硝态氮废水排入原水池，在原水池内调节水量、水质；
2）将原水池中的高含硝态氮废水送入超滤装置中进行超滤处理，超滤装置的产水排入超滤产水池中，超滤装置的浓水送入原水池中；
3）将超滤产水池中的水送入RO装置中进行反渗透处理，RO装置的浓水送入浓盐水池中；
4）将浓盐水池中的水送入高压反渗透装置中进行反渗透处理，高压反渗透装置的浓盐水送入高压反渗透装置浓盐水池；
5）将高压反渗透装置浓盐水池中的水送入蒸发装置中进行蒸发处理，蒸发装置的浓缩液经降温后送入冷冻结晶装置中进行结晶，冷冻结晶装置的晶浆经固液分离，得到四水硝酸钙结晶盐。
2.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：步骤1）中高含硝态氮废水的预处理时，向高含硝态氮废水中投加石灰，调节至PH至9～10后进行沉淀、中和、过滤，将得到的滤液排入原水池中。
3.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：步骤2）中超滤装置的产水水质SDI≤3。
4.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：步骤3）中RO装置的产水、步骤4）中高压反渗透装置的产水以及步骤5）中蒸发装置的冷凝水均排入RO产水水池中，再外供给生产用户使用。
5.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：步骤4）中的高压反渗透装置为STRO装置或DTRO装置。
6.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：步骤5）中，蒸发装置的浓缩液先经预冷器降温至28～32℃，再送入冷冻结晶装置中进行结晶，结晶温度为10℃。
7.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：步骤5）中，冷冻结晶装置底部的晶浆送至稠厚器中进行初步固液分离，稠厚器下部的固含量为50%的晶浆进入脱水机进行进一步固液分离，得到四水硝酸钙结晶盐和结晶母液，结晶母液经过预冷后返回蒸发装置继续进行蒸发处理。
8.如权利要求1所述的一种高含硝态氮废水的处理工艺，其特征在于：所述RO装置和所述高压反渗透装置中均投加高效阻垢剂。
9.一种高含硝态氮废水的处理系统，其特征在于：包括原水池、超滤装置、RO装置、高压反渗透装置、蒸发装置和冷冻结晶装置；经预处理的高含硝态氮废水通过管道与原水池连通，所述原水池与所述超滤装置的进水口连通；所述超滤装置的产水出口与RO装置的进水口连通，所述超滤装置的浓水出口与所述原水池连通；所述RO装置的浓水出口与所述高压反渗透装置的进水口连通；所述高压反渗透装置的浓盐水出口与所述蒸发装置的进水口连通；所述蒸发装置的浓缩液出口与所述冷冻结晶装置的进液口连通；所述冷冻结晶装置的晶浆出口通过稠厚器与脱水机连通。
10.如权利要求9所述的一种高含硝态氮废水的处理系统，其特征在于：所述RO装置的产水出口、所述高压反渗透装置的产水出口以及所述蒸发装置的冷凝水出口均与可外供给生产用户使用的RO产水水池连通。
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