CN111153550B

CN111153550B - 一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法及系统

Info

Publication number: CN111153550B
Application number: CN202010020704.0A
Authority: CN
Inventors: 林青山; 郭刚; 王宗平; 李昭陵; 陈磊; 徐冬利
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: CN111153550A

Abstract

本发明公开了一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法及系统，通过氯离子高效电解系统对高浓废水脱出氯离子和氢离子，不但去除了腐蚀性较强的氯离子，同时高浓废水呈现强碱性，达到高浓废水中的氨氮会以氨气的形式大量的溢出回收氨气；高浓水会在转鼓液膜蒸发系统的反应器上会形成薄的高效液膜蒸发层，蒸发出来的水分进入两级冷凝系统，冷凝后的水进入到常规EGSB中降解处理；在转鼓液膜蒸发系统中产生的固体高温热解产生的盐和碳混合物溶于水过滤使盐和碳分离，利用重结晶回收水体中的盐，实现了近零排放。本发明对高浓水的处置达到了资源化、无害化，同时为后续常规污水处理系统降低了困难，保证了后续工艺的稳定性特点。

Description

一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法及系统

技术领域

本发明属于工业污水处理技术领域，特别涉及一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法及系统。

背景技术

当前，90％以上的生产性企业都面临着高含盐、高氨氮、高浓度有机废水难处理问题，特别是化工行业，平均每天会产生20吨的高浓废水。据国家统计局统计，2018年，我国的废水排放总量为708.8亿吨，其中高浓废水占600万吨。该类废水来源于生产过程废水、车间的清洗废水、反应釜的冲洗废水以及多种酸碱残液混合液的复杂情况。这类高浓废水因高含盐(100000～300000mg/L)、高氨氮(3000～10000mg/L)以及高有机物(COD 50000～400000mg/L)，造成的危害较大，环保部门将这部分水作为危废来处理，现阶段能处理这类高浓废水的工艺主要有焚烧和填埋，而这些处理方式会给企业带来巨额的处置费用。但是企业直接将这部分高浓废水排入到常规的水处理系统中，很容易导致企业的污水处理系统崩溃。特别是高浓废水中含有大量的盐，污水中的盐含量超过了5000mg/L就会导致生化系统出现不稳定。而大部分高浓水中的盐含量都在100000～300000mg/L，会大幅度提高污水处理系统中盐的含量，导致生化系统的崩溃，因此从源头治理高浓废水是必要的。

处理高浓废水目的是将高浓废水中的水分进行分离，盐和有机物去除。处置高浓废水难点主要体现在以下四个方面：

1)高浓水含有大量的盐损害后续处理工艺设备：特别是因为化工行业大量的采用盐酸作为酸碱的中和调节试剂以及反应试剂，导致高浓废水中含有的大量的氯盐，氯离子对钢铁材料有很强腐蚀性，所以水分蒸发设备和高温设备都对氯离子有严格的要求，例如：焚烧设备要求氯离子不能超过8％。2)在高有机物的体系下除去水分：因为高浓废水会逐渐变得很粘稠，蒸发水蒸气产生气泡很容易引起爆沸，需采用安全合理的处置方式。3)处置高浓水中的有机物，直接填埋这部分有机物不仅仅会会污染环境，同时也是能源的浪费。4)高浓废水中的高氨氮处理：高氨氮成分会为后续的生化处理带来极大的困难。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法及系统，利用氯离子高效电解系统对高浓废水脱出氯离子和氢离子产生氢气和氯气以去除了高浓废水中的氯离子；电解出氢离子和氯离子后，再利用溶液的强碱性的特性，在脱氨系统中对溶液加热，使得高浓水中的氨氮以氨气的形式溢出进入氨气回收系统；再将剩余带有盐和有机物的废水加入到转鼓液膜蒸发系统中，在反应器上会形成薄高效液膜蒸发层，蒸发出来的水分进入两级冷凝系统，冷凝后的水进入到常规的生化系统EGSB中；在转鼓液膜蒸发系统中产生的固体主要含有盐和有机物，将这部分固废加入到高温热解系统中对有机物脱出减量，剩余的固体为盐和碳的混合物。将混合物溶于水过滤就可实现盐和碳的分离，利用重结晶回收水体中的盐，盐和碳都可作为产品，整条工艺路线实现了近零排放。本发明的优点在于对高浓水的处置达到了资源化、无害化，同时为后续常规污水处理系统降低了困难，保证了后续工艺的稳定性特点。

技术方案如下：

一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法，包括以下步骤：

1)通过氯离子高效电解系统处理废水脱除氯离子，回收氢气和氯气，得到强碱性废水；

2)在脱氨系统中加热强碱性废水以氨气形式回收氨氮；

3)通过转鼓液膜蒸发系统蒸发；

4)水蒸气冷凝后进入膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB中处理，剩下的固废高温热解后回收盐和碳。

进一步的，步骤1)中，匀质后的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水流过氯离子高效电解系统中由阴极板和阳极板相互交错产生的不同电场区域，在电解池的阳极产生氯气，阴极产生氢气，废水循环回流，温度控制在15～30℃，循环处理时间为30～45min，氯离子的含量低于10^-2mol/L终止循环，阴极板和阳极板之间的距离为2～3cm，电源电压3～8V。

进一步的，步骤2)中，脱氨系统的脱氨反应釜的温度在60～90℃，通过添加碱液保证pH值在10以下，在脱氨反应釜的停留时间为50～60min，脱氨废水NH3-N含量＜15mg/L，氨气通过氨气回收系统以液氨的形式回收。

进一步的，步骤3)中，转鼓液膜蒸发器的布膜装置使高浓废水以薄膜状附在滚筒表面，滚筒外壁的温度为120～150℃，滚筒的直径为0.8～1.8m，滚筒的转速为4～10r/min，在一个转动周期中完成布膜、汽化、脱水过程，刮除干燥后固废。

进一步的，步骤4)中，转鼓液膜蒸发产生的水蒸汽冷凝为液态水进入膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB停留8～12h，固废经600℃～900℃高温热解后溶于水过滤实现盐和碳的分离。

一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统，包括：高浓水均质搅拌系统，氯离子高效电解系统，脱氨系统，转鼓液膜蒸发系统，氨回收系统，高效冷凝系统，膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB，高温热解系统，脱碳系统，重结晶盐回收系统，其中：

高浓水均质搅拌系统将高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水均质成无明显大颗粒状物质可流动状态，以防止高浓废水结壳；

氯离子高效电解系统中包括由阴极板和阳极板相互交错产生的不同电场区域，高浓废水温度控制在15～30℃，高浓废水流出电解系统后经过循环泵回流，循环处理时间为30～45min，氯离子的含量低于10^-2mol/L终止循环，阴极板和阳极板之间的距离为2～3cm，电源电压3～8V；

脱氨系统保持脱氨反应釜的温度在60～90℃，调节高浓废水的pH值在10以下，停留时间为50～60min，脱氨废水NH3-N含量小于15mg/L，氨气以液氨的形式回收利用；

转鼓液膜蒸发器的布膜装置使高浓废水以薄膜状附在滚筒表面，采用蒸汽或者导热油加热，滚筒外壁的温度为120～150℃，滚筒的直径为0.8～1.8m，滚筒的转速为4～10r/min；

高效冷凝系统将转鼓液膜蒸发产生的水蒸汽冷凝为液态水，再通过泵转移到膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB中降解有机物，废水在EGSB的停留时间在8～12h；

高温热解系统的温度控制在600℃～900℃，对有机物热解减量，再将混合物溶于水过滤实现盐和碳的分离，利用多次重结晶回收水体中的盐。

优选的，所述氯离子高效电解系统中的阴极板和阳极板采用惰性材料光滑的石墨材料。

优选的，所述脱氨系统的中调节pH的试剂为1mol/L的氢氧化钠溶液。

优选的，所述转鼓液膜蒸发器的滚筒采用表面光滑的镍铬合金材料，驱动滚筒运转的传动机构为无级调速机构，高浓废水经过布水器分布在滚筒上，均匀的分布在滚筒，达到薄层稳定蒸发。

优选的，所述高效冷凝系统采用导热性好的不锈钢材料或者石墨材料。

优选的，所述高温热解系统采用K423A合金材料，保证设备耐受温度在1000℃以达到对有机物热解减量。

本发明所取得的有益技术效果：

1、本发明采用氯离子高效电解系统对高浓废水进行电解，不但除去了强腐蚀的氯离子，而且废水呈现强碱性，有助于后续的氨的脱除；采用了3～8V的低电压作为电解电源，保证了安全性和生产性；电极采用了石墨极板，容易制作且耐用，并且极板之间的距离可调，以适应不同的种类不同高浓废水；

2、转鼓液膜蒸发器的滚筒采用表面光滑的镍铬合金材料，驱动滚筒运转的传动机构为无级调速机构，以满足适应不同的种类不同高浓废水；高浓废水经过特定的布水器分布在滚筒上，均匀的分布在滚筒，达到薄层稳定蒸发；

3、与传统的冷凝系统相比，高效冷凝系统采用导热性好的不锈钢材料或者石墨材料，产生的水蒸汽能全部冷凝；

4、与传统的厌氧反应器处理，膨胀颗粒污泥床厌氧反应器(EGSB)更具有稳定性和耐冲击性，控制的停留时间控制在8～12h，初步降解其中的有机物，促使后续生化降解稳定达标运行；

5、高温热解系统采用K423A合金材料，保证设备耐受温度在1000℃，以达到对有机物热解减量；高温热解系统为还原氛围，不会产生二噁英等致癌物质，产生的碳和盐溶解于水分离，碳回收，盐重结晶，形成产品，实现工艺的资源化。

附图说明

图1是一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统的示意图。

图中：1-高浓水均质搅拌池、2-第一阀门、3-进料泵、4-氯离子高效电解槽、5-低压直流电源、6-安全接地、7-第二阀门、8-循环泵、9-第三阀门、10-第四阀门、11-第五阀门、12-高浓废水输送泵、13-脱氮反应釜、14-氢氧化钠碱液罐、15-碱液输送泵、16-第六阀门、17-第七阀门、18-高浓水输送泵、19-转鼓液膜蒸发器受料槽、20-滚筒、21-蒸汽收罩、22-一级冷凝塔、23-二级冷凝塔、24-引风机、25-冷凝液收集槽、26-第八阀门、27-冷凝液输送泵、28-膨胀颗粒污泥床厌氧反应器(EGSB)、29-第九阀门、30-固废受料槽、31-第一电动阀、32-高温热解装置、33-第二电动阀、34-热解残渣受料槽

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法及系统进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1

图1是一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统的示意图。如图1所示，高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统包括：

高浓水均质搅拌罐1、第一阀门2、进料泵3、氯离子高效电解槽4、低压直流电源5、安全接地6、第二阀门7、循环泵8、第三阀门9、第四阀门10、第五阀门11、高浓废水输送泵12、脱氮反应釜13、氢氧化钠碱液罐14、碱液输送泵15、第六阀门16、第七阀门17、高浓水输送泵18、转鼓液膜蒸发器受料槽19、滚筒20、蒸汽收集罩21、一级冷凝塔22、二级冷凝塔23、引风机24、冷凝液收集槽25、第八阀门26、冷凝液输送泵27、膨胀颗粒污泥床厌氧反应器(EGSB)28、第九阀门29、固废受料槽30、第一电动阀31、高温热解装置32、第二电动阀33、热解残渣受料槽34。

处置高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水时：

1)首先高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水进入高浓水均质搅拌罐1中，均质搅拌至可流动状态且无明显大颗粒物质；

2)均质后打开第一阀门2，通过进料泵3将高浓废水流入到氯离子高效电解槽4，打开第二阀门7、循环泵8、第三阀门9和第五阀门11，关闭第四阀门10，让高浓水做均匀的循环处理，处理温度控制在15～30℃，循环处理时间一般为30～45min，以其中氯离子的含量低于10^-2mol/L作为循环处置的终止，除去高浓废水中的氯离子和氢离子，使溶液呈现碱性，高浓废水流过氯离子高效电解系统中由阴极板和阳极板相互交错产生的不同电场区域，在电解池的阳极产生氯气，在电解池的阴极产生氢气，分别收集以备待用。低压直流电源5采用电压3～8V，电源的负极进行安全接地6；

3)关闭第三阀门9，打开第四阀门10和输送泵12，将除去氯离子后的高浓水输送到脱氨反应釜13中，保持脱氨反应釜的温度在60～90℃，通过氢氧化钠碱液罐14和碱液输送泵15添加碱液保证pH值在10以下，在脱氨反应釜的停留时间为50～60min，脱氨废水NH3-N含量小于15mg/L，从脱氨反应釜中脱出的氨气通过第六阀门16以液氨的形式回收利用；

4)打开第七阀门17和高浓水输送泵18，将脱氨后的液体转移到转鼓液膜蒸发系统的受料槽19中，转鼓液膜蒸发器的由布膜装置使高浓废水薄薄地(膜状)附在滚筒20表面，转鼓液膜蒸发器的滚筒内通有供热介质，采用蒸汽或者导热油加热，滚筒外壁的温度为120～150℃，滚筒的直径为0.8～1.8m，驱动滚筒运转的传动机构为无级调速机构，滚筒的转速为4～10r/min。物料在滚筒转动中由简壁传热使其湿分汽化，滚简在一个转动周期中完成布膜、汽化、脱水等过程，干燥后的物料由刮刀刮下，经螺旋输送至固废受料槽30；

5)从转鼓液膜蒸发器产生的水蒸汽经过蒸汽收集罩21转移到通过一级冷凝塔22和二级冷凝塔23冷凝为液态水，冷凝的水流入冷凝液收集槽25，整过过程引风机24提供动力。这部分水是汽化产生，到所以性质很稳定，基本上不含有盐，只含有少量的易挥发有机组分，为原废水有机物的5％～10％，大大提到了废水的可生化性；

6)打开第八阀门26将这部分水通过冷凝液输送泵27转移到膨胀颗粒污泥床厌氧反应器(EGSB)28中，通过该技术降解有机物，待降解的废水达到要求后，打开第九阀门29，将EGSB的出水输送至常规污水处理系统中，废水在EGSB的停留时间控制在8～12h，初步降解其中的有机物，促使后续生化降解稳定达标运行；

7)在转鼓液膜蒸发系统中产生的固体暂存固废受料槽30中，打开第一电动阀31，将这部分固废转移到高温热解装置32中，该部分固废主要含有盐和有机物，高温热解系统的温度控制在600℃～900℃，对有机物脱出减量，打开第二电动阀33，将热解固废剩余的残渣转移至热解残渣受料槽34中，该部分残渣主要为盐和碳的混合物，将混合物溶于水过滤就可达到盐和碳的分离，利用多次重结晶回收水体中的盐，产生的碳可用作吸附剂或者土壤改良剂，盐和碳都可作为产品。再打开第一阀门2和进料泵3，将调质好的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水再泵入氯离子高效电解槽4，进入第二次循环。如此循环，处置更多的高浓废水。

氯离子高效电解系统中的阴极板和阳极板采用惰性材料光滑的石墨材料；脱氨系统的中调节pH的试剂为1mol/L的氢氧化钠溶液，保证高浓废水的pH在10以下，保证脱氨废水NH3-N含量小于15mg/L；转鼓液膜蒸发器的滚筒采用表面光滑的镍铬合金材料，驱动滚筒运转的传动机构为无级调速机构，高浓废水经过特定的布水器分布在滚筒上，均匀的分布在滚筒，达到薄层稳定蒸发；高效冷凝系统采用导热性好的不锈钢材料或者石墨材料；膨胀颗粒污泥床厌氧反应器(EGSB)的停留时间控制在8～12h，初步降解其中的有机物，促使后续生化降解稳定达标运行；高温热解系统采用K423A合金材料，保证设备耐受温度在1000℃，以达到对有机物热解减量。

本发明的氯离子高效电解系统对高浓废水脱出氯离子和氢离子，不但去除了腐蚀性较强的氯离子，同时高浓废水呈现强碱性，达到高浓废水中的氨氮会以氨气的形式大量的溢出回收氨气；高浓水会在转鼓液膜蒸发系统的反应器上会形成薄的高效液膜蒸发层，水分在这里大量的蒸发出，蒸发出来的水分进入两级冷凝系统，冷凝后的水进入到常规的生化系统EGSB中，达到污水的降解处理；在转鼓液膜蒸发系统中产生的固体加入到高温热解系统中，高温对有机物热解减量，产生的固体为盐和碳的混合物。将混合物溶于水过滤就可达到盐和碳的分离，利用重结晶回收水体中的盐，盐和碳都可作为产品，实现了近零排放。该整个系统对高浓水的处置达到了资源化、无害化，同时为后续常规污水处理系统降低了困难，保证了后续工艺的稳定性特点。该系统将会在高浓废水的资源化和无害化技术领域得到广泛的应用，同时也可以在其他环境保护行业中得到应用。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过氯离子高效电解系统处理废水，脱除氯离子，回收氢气和氯气，得到强碱性废水；

2）在脱氨系统中加热强碱性废水，以氨气形式回收氨氮；

3）通过转鼓液膜蒸发系统蒸发；

4）水蒸气冷凝后进入膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB中处理，剩下的固废高温热解后回收盐和碳；

步骤1）中，匀质后的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水流过氯离子高效电解系统中由阴极板和阳极板相互交错产生的不同电场区域，在电解池的阳极产生氯气，阴极产生氢气，废水循环回流，温度控制在15~30℃，循环处理时间为30~45min，氯离子的含量低于10^-2mol/L时终止循环，阴极板和阳极板之间的距离为2~3cm，电源电压3~8V；

步骤2）中，脱氨系统的脱氨反应釜的温度在60~90℃，通过添加碱液保证pH值在10以下，在脱氨反应釜的停留时间为50~60min，脱氨废水NH3-N含量＜15 mg/L，氨气通过氨气回收系统以液氨的形式回收；

所述的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水中，氯盐含量为100000~300000mg/L，氨氮含量为3000~10000mg/L，有机物含量为 50000~ 400000mg/L。

2.根据权利要求1所述的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法，其特征在于，步骤3）中，转鼓液膜蒸发器的布膜装置使高浓废水以薄膜状附在滚筒表面，滚筒外壁的温度为120~150℃，滚筒的直径为0.8~1.8m，滚筒的转速为4~10r/min，在一个转动周期中完成布膜、汽化、脱水过程，刮除干燥后的固废。

3.根据权利要求2所述的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置方法，其特征在于，步骤4）中，转鼓液膜蒸发产生的水蒸汽冷凝为液态水进入膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB停留8~12h，固废经 600℃~900℃高温热解后溶于水过滤，实现盐和碳的分离。

4.一种高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统，其特征在于，包括：高浓水均质搅拌系统，氯离子高效电解系统，脱氨系统，转鼓液膜蒸发系统，氨回收系统，高效冷凝系统，膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB，高温热解系统，脱碳系统，重结晶盐回收系统，其中：

氯离子高效电解系统中包括由阴极板和阳极板相互交错产生的不同电场区域，高浓废水温度控制在15~30℃，高浓废水流出电解系统后经过循环泵回流，循环处理时间为30~45min，氯离子的含量低于10^-2mol/L时终止循环，阴极板和阳极板之间的距离为2~3cm，电源电压3~8V；

脱氨系统保持脱氨反应釜的温度在60~90℃，调节高浓废水的pH值在10以下，停留时间为50~60min，脱氨废水NH3-N含量小于15 mg/L，氨气以液氨的形式回收利用；

转鼓液膜蒸发器的布膜装置使高浓废水以薄膜状附在滚筒表面，采用蒸汽或者导热油加热，滚筒外壁的温度为120~150℃，滚筒的直径为0.8~1.8m，滚筒的转速为4~10r/min；

高效冷凝系统将转鼓液膜蒸发产生的水蒸汽冷凝为液态水，再通过泵转移到膨胀颗粒污泥床厌氧反应器EGSB中降解有机物，废水在EGSB的停留时间在8~12h；

高温热解系统的温度控制在600℃~900℃，对有机物热解减量，再将混合物溶于水过滤，实现盐和碳的分离，利用多次重结晶回收水体中的盐；

所述转鼓液膜蒸发器的滚筒采用表面光滑的镍铬合金材料，驱动滚筒运转的传动机构为无级调速机构，高浓废水经过布水器均匀地分布在滚筒上达到薄层稳定蒸发；

所述高效冷凝系统采用导热性好的不锈钢材料或者石墨材料。

5.根据权利要求4所述的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统，其特征在于，所述氯离子高效电解系统中的阴极板和阳极板采用惰性材料光滑的石墨。

6.根据权利要求4所述的高氯盐高氨氮高有机物的高浓废水处置系统，其特征在于，所述高温热解系统采用K423A合金材料，保证设备耐受温度在1000℃以达到对有机物热解减量。