CN110894118A - 一种新型氨氮废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境化学反应工程领域，公开了一种新型氨氮废水处理装置，包括吹脱塔，吹脱塔的底部连通有储液桶体，储液桶体开设有进料口、出料口和进气口，吹脱塔的顶部管道连接有抽风机，吹脱塔由下至上分为缓冲段、射流段和闪蒸段，射流段的侧壁设有环形腔道，环形腔道的内壁均匀分布有若干通孔，储液桶体的出料口与环形腔道之间管道连接有高压水泵。本装置降低了废水温度的要求，提高了传质效率，降低了运行成本。

Description

一种新型氨氮废水处理装置

技术领域

本发明涉及环境化学反应工程领域，具体为一种新型氨氮废水处理装置。

背景技术

高浓度氨氮废水主要来自于化肥、石油、纺织、养殖等企业。高浓度氨氮废水排入水中，会造成水体富营养化，污染水质，其处理技术是国内外废水处理研究领域的重要课题。氨氮废水对环境的影响已经引起环保领域的普遍重视，针对氨氮废水处理方面，近十几年来，国内外开展了较多的研究。包括生物法、物化法的不同的处理技术及工艺。用于处理高浓度氨氮废水，发现吹脱法具有流程简单、操作简便、处理效果稳定等优点，实用性较强。

吹脱法一般是将惰性气体(如空气)与待处理废水同时通入吹脱设备中，使气液两相在反应区域充分接触，在此过程中，水中溶解的气体和挥发性溶质会经液相主体进入液体滞流膜，而后穿过气液接触界面向气相转移从而达到脱除污染物的目的。吹脱设备一般包括吹脱池与吹脱塔，吹脱池占地面积大，吹脱后的尾气容易污染大气，故只在特定环境下用于氨氮吹脱。吹脱塔具有设备简单，吹脱效率高，尾气易处理等优点而广泛应用于高浓度氨氮废水的预处理，但仍存在许多问题：(1)传质效率较低，受废水温度影响较大；(2)吹脱过程中有效推动力不足，脱氨效率低；(3)吹脱前进行加碱调整体系pH所用试剂量较大。

发明内容

本发明意在提供一种新型氨氮废水处理装置，解决现有吹脱塔传质效率较低、受废水温度影响较大且吹脱过程中有效推动力不足，脱氨效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的基础方案是：一种新型氨氮废水处理装置，包括吹脱塔，所述吹脱塔的底部连通有储液桶体，所述储液桶体开设有进料口、出料口和进气口，所述吹脱塔的顶部管道连接有抽风机，所述吹脱塔由下至上分为缓冲段、射流段和闪蒸段，所述射流段的侧壁设有环形腔道，所述环形腔道的内壁均匀分布有若干通孔，所述储液桶体的出料口与环形腔道之间管道连接有高压水泵。

基础方案的工作原理：本装置运行前需将要处理的废水pH调至接近11，使废水中氨氮主要以氨分子存在。然后将废水从储液桶由高压水泵输送到吹脱塔射流段，废水涌入射流段后，由射流段内壁的通孔射入吹脱塔内，射流段内部多股水流互相撞击产生雾状液滴，形成水射流的空化效应，促进废水中氨分子传质，撞击后水流因受重力经吹脱塔缓冲段回流至储液桶，水流回流时与储液桶内部液面再次形成撞击，撞击流解吸出的氨气因其相对空气密度较小而向吹脱塔上部移动。在吹脱塔顶部，也就是构建闪蒸体系下的闪蒸罐，接管道与抽风机相连，使塔顶持续处于负压状态，将吹脱塔内部解吸出的氨气排出，且在吹脱塔下方的储液桶顶部开进气口，使吹脱塔内部空气能充分流动以促进传质。

基础方案的有益效果是：

(1)本装置将水射流空化技术应用到吹脱塔，以产生局部的高温高压、强烈的冲击波和高速微射流，强化了该过程的传质，利于氨从水相中的脱除，降低了废水温度的要求，提高了传质效率。

(2)通孔的环形布置，使空泡的破裂发生在套筒中心,避免了直接冲击吹脱塔内壁,大大减弱了其破坏力，提高了装置的使用寿命。

(3)本装置通过抽风机来减低闪蒸室内的压力，形成具有一定压力梯度的闪蒸体系，强化经过射流空化后的氨与水相的分离，并基于体系的压力梯度为气液两相间的分离推动力，强化氨与水相的分离，进一步提高了传质效率；并基于以上射流空化与闪蒸技术的耦合实现强化传质与气液两相分离，相比于常规的吹脱设备需要将pH值调至12来讲，本装置只需要将pH值调至接近11，有效的减少了碱试剂的用量，降低了成本。

进一步，所述储液桶体的进气口管道连接有碱液罐，所述碱液罐装有氢氧化钠溶液，所述碱液罐的顶部管道连接有鼓风机，所述碱液罐的底部与储液桶体通过管道连接，且该管道上设有抽水泵。

通过上述设置，装有氢氧化钠溶液的碱液罐能避免储液桶体内碱石灰调pH过程中水垢的产生，并且使吹脱塔内CO₂浓度降低，减少碱的投加量，降低运行成本。

进一步，所述储液桶体内设置有搅拌轴，所述搅拌轴的下端设置有搅拌叶轮，所述搅拌轴的上端同轴固接有轴承，所述轴承沿其径向固接有支撑杆，所述支撑杆的自由端与储液桶体的内侧壁固接，所述搅拌轴的一侧设置有中间轴，所述中间轴与搅拌轴均固接有相互啮合的齿轮，所述储液桶体的顶部安装有电机，所述中间轴的上端伸出储液桶体并与电机的输出轴同轴固接。

通过上述设置，可提高混合碱液和废水的效率，且当水中的pH升高时，呈游离状态的氨易于逸出，若加以搅拌，可促使氨从水中溢出；同时，电机和中间轴的上置，避免废水从中间轴与储液桶体的侧壁连接处泄漏。

进一步，所述储液桶体的外侧设有保温层，所述保温层由高密度硅酸铝棉填充；所述吹脱塔的外侧壁设有隔音层，所述隔音层由铝制微孔吸音板制成，其内部填充有吸音棉。

通过上述设置，保温层可减少储液桶体内废水的热量损失，有利于氨气与水相的分离，且其还具有吸音性，能有效降低装置运行噪音；气泡溃灭时，液体质点互相撞击，一部分液体质点同时也撞击储液桶体内壁金属表面，产生各种频率的噪声，隔音层则可降低其从储液桶体传出的噪声，减少环境污染，提高工作环境舒适性。

进一步，所述通孔为圆形孔，且圆孔直径为2mm，相邻小孔间距为10mm，所述圆孔开孔面积占所在环形腔道内壁的80％。

通过上述设置，可显著提高射流空化的效率。

附图说明

图1为本发明一种新型氨氮废水处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：吹脱塔1、缓冲段101、射流段102、闪蒸段103、储液桶体2、抽风机3、环形腔道4、通孔5、高压水泵6、碱液罐7、鼓风机8、抽水泵9、搅拌轴10、中间轴11、齿轮12、支架13、电机14。

实施例基本如图1所示，一种新型氨氮废水处理装置，包括吹脱塔1，吹脱塔1的底部连通有储液桶体2，储液桶体2开设有进料口、出料口和进气口，吹脱塔1的顶部管道连接有抽风机3，吹脱塔1由下至上分为缓冲段101、射流段102和闪蒸段103，射流段102的侧壁设有环形腔道4，环形腔道4的内壁均匀分布有若干通孔5，通孔5与吹脱塔1的内腔连通，储液桶体2的出料口与环形腔道4之间管道连接有高压水泵6，储液桶体2的进料口用于流入废水。

储液桶体2的进气口管道连接有碱液罐7，碱液罐7装有氢氧化钠溶液，碱液罐7的顶部管道连接有鼓风机8，碱液罐7的底部与储液桶体2通过管道连接，且该管道上设有抽水泵9，以将氢氧化钠溶液抽入储液桶体2内，其中，二氧化碳与氢氧化钠溶液分反应生成碳酸钠和碳酸氢钠，去除空气中大量的二氧化碳，该生成物随着碱液进入储液桶体2中，并对流经的管道及储液桶体2起去除污垢作用。

储液桶体2内设置有竖直的搅拌轴10，搅拌轴10的下端安装有搅拌叶轮，搅拌轴10的上端同轴固接有轴承，轴承沿其径向固接有支撑杆，支撑杆的自由端与储液桶体2的内侧壁固接，搅拌轴10的右侧设有中间轴11，中间轴11与储液桶体2的顶壁通过轴承转动连接，中间轴11与搅拌轴10均同轴固接有相互啮合的齿轮12，储液桶体2的顶部安装有电机14，中间轴11的上端伸出储液桶体2并与电机14的输出轴同轴固接。

储液桶体2的外侧贴合有保温层，保温层由高密度硅酸铝棉填充；吹脱塔1的外侧壁贴合有隔音层，隔音层由铝制微孔吸音板制成，其内部填充有吸音棉。

通孔5为圆形孔，且圆孔直径为2mm，相邻小孔间距为10mm，圆孔开孔面积占所在环形腔道4内壁的80％。

具体来讲，水射流空化强化主要是用于清洗除污、生化环保工程、油气开采、物料破碎与超细粉碎等领域，空化是一种复杂的流体动力学现象，为液体所特有。当流场中某处的局部压力低于该处液体的饱和蒸气压力时，不仅溶在液体中的气体会逸出，而且液体自身也开始汽化，在液体中形成许多空泡。这些空泡达到高压区时会产生溃灭现象与压缩波或微射流，能产生局部的高温高压、强烈的冲击波和高速微射流,这为在常温常压条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种非常特殊的物理化学环境。在这样的环境下，产生局部高温或高压强化了该过程的传质，利于氨从水相中的脱除。

在利用闪蒸体系强化吹脱过程中分离推动力方面，闪蒸技术主要用于制冷与干燥领域。闪蒸技术为向体系加入热量，利用减压阀等方式，降低待研究体系的压力，使得流体在闪蒸罐中迅速沸腾汽化，并进行两相分离。根据亨利定律P＝EX，不同温度与分压下气相溶质在液相溶剂中溶解度不同。当溶剂压力降低时，溶剂中的溶质就会迅速地解吸而自动放出，形成闪蒸。本发明通过抽风机3来减低闪蒸室内的压力，形成具有一定压力梯度的闪蒸体系，强化经过射流空化后的氨与水相的分离，并基于体系的压力梯度为气液两相间的分离推动力，强化氨与水相的分离。

工作过程如下：储液桶体2的进料口流入一定量的废水，开启鼓风机8和抽水泵9，去二氧化碳后的空气以及碱液进入储液桶体2，然后开启电机14，电机14通过中间轴11电动搅拌轴10转动，使储液桶体2内的废水与碱液加速混合，将储液桶体2内的废水pH调至10左右，使废水中氨氮主要以氨分子存在。接着将废水从储液桶由高压水泵6输送到吹脱塔1的射流段102，废水涌入射流段102后，由射流段102内壁的通孔5射入吹脱塔1内，射流段102内部多股水流互相撞击产生雾状液滴，形成水射流的空化效应，促进废水中氨分子传质，撞击后水流因受重力经吹脱塔1的缓冲段101回流至储液桶，水流回流时与储液桶内部液面再次形成撞击，撞击流解吸出的氨气因其相对空气密度较小而向吹脱塔1上部移动。在吹脱塔1顶部，也就是构建闪蒸体系下的闪蒸段103，接管道与抽风机3相连，使塔顶持续处于负压状态，将吹脱塔1内部解吸出的氨气排出，且流入的空气使吹脱塔1内部空气能充分流动以促进传质。

在一次运行过程中，开始时测得储液桶体内剩余氨氮浓度为2149mg/L，1h时可降低至941mg/L，2h时可降低至235mg/L，3h可降低在至35mg/L，4h后因剩余氨氮浓度低于本监测体系范围，不做记录。

通过对比，现有的吹脱塔需要将pH值调至12左右，吹脱5小时才可以有96％左右的吹脱效率，本装置只需将pH值调至接近11，三小时就可以达到98％的氨氮去除率，提高了吹脱效率，节约了运行成本。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种新型氨氮废水处理装置，包括吹脱塔，其特征在于：所述吹脱塔的底部连通有储液桶体，所述储液桶体开设有进料口、出料口和进气口，所述吹脱塔的顶部管道连接有抽风机，所述吹脱塔由下至上分为缓冲段、射流段和闪蒸段，所述射流段的侧壁设有环形腔道，所述环形腔道的内壁均匀分布有若干通孔，所述储液桶体的出料口与环形腔道之间管道连接有高压水泵。

2.根据权利要求1所述的一种新型氨氮废水处理装置，其特征在于：所述储液桶体的进气口管道连接有碱液罐，所述碱液罐装有氢氧化钠溶液，所述碱液罐的顶部管道连接有鼓风机，所述碱液罐的底部与储液桶体通过管道连接，且该管道上设有抽水泵。

3.根据权利要求1所述的一种新型氨氮废水处理装置，其特征在于：所述储液桶体内设置有搅拌轴，所述搅拌轴的下端设置有搅拌叶轮，所述搅拌轴的上端同轴固接有轴承，所述轴承沿其径向固接有支撑杆，所述支撑杆的自由端与储液桶体的内侧壁固接，所述搅拌轴的一侧设置有中间轴，所述中间轴与搅拌轴均固接有相互啮合的齿轮，所述储液桶体的顶部安装有电机，所述中间轴的上端伸出储液桶体并与电机的输出轴同轴固接。

4.根据权利要求1所述的一种新型氨氮废水处理装置，其特征在于：所述储液桶体的外侧设有保温层，所述保温层由高密度硅酸铝棉填充；所述吹脱塔的外侧壁设有隔音层，所述隔音层由铝制微孔吸音板制成，其内部填充有吸音棉。

5.根据权利要求1所述的一种新型氨氮废水处理装置，其特征在于：所述通孔为圆形孔，且小孔直径为2mm，相邻小孔间距为10mm，所述圆孔开孔面积占所在环形腔道内壁的80％。

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