CN111514734A - 一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置及方法，该装置包括：中间水池入口端与预处理系统连接，中间水池的出口端与膜吸收组件的第一入口端连接；曝气池入口端与膜吸收组件的第一出口端连接，曝气池的出口端与膜吸收组件的第二入口端连接；曝气器通过引风机与烟道连接。该方法包括：对脱硫废水进行预处理，去除其中的重金属、悬浮物，调整PH；烟气引入曝气池中并与水反应得到亚硫酸溶液；亚硫酸溶液冷却过滤后输送至膜吸收组件中；预处理后的脱硫废水经过中间水池进入膜吸收组件中，通过分离膜对氨气予以分离并被亚硫酸溶液吸收去除；脱硫废水脱氨后回流到中间水池中重复膜吸收操作，直至脱硫废水中氨氮降至要求浓度后予以排放。

Description

一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置及方法
技术领域
本发明涉及脱硫废水处理技术领域，具体而言，涉及一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置及方法。
背景技术
高氨氮废水在实际生产中来源广泛，如焦化、石油化工、药品生产、养殖、化肥和肉类加工等行业，以及垃圾渗透液和动物排泄物等。对于含有高浓度氨氮废水的处理，直接采用生物法处理很难得到较好的去除效果，尤其是像脱硫废水这种高盐的氨氮废水，通常采用物化法处理。目前常用的方法主要包括吹脱法和化学沉淀法。
吹脱法是废水在碱性条件下(一般将PH调至11.0左右)，然后向废水中通入空气或是蒸汽，在空气的搅拌和夹带作用下，游离的分子态氨从废水中溢出，然后对溢出的混合气体进行酸液吸收，从而去除废水中的氨并以铵盐的形式将氨进行回收。在处理废水中高浓度的氨氮时，吹脱法具有效率高、对水质变动适应性强以及可以回收废水中氨的优点。但是吹脱法也存在很多不足之处，如在常温下采用加压空气吹脱时，不仅氨氮的去除效果较差，而且空气需求量大；当采用蒸汽吹脱时，能耗较高，同时由于蒸汽的冷凝作用，还会造成废水体积的显著增加；此外，吹脱法还存在设备容易结垢、装置的运行和维护不便的问题。
化学沉淀法主要指磷酸铵镁法，该方法利用磷酸铵镁不溶于水的性质，向氨氮废水中加入含PO4 3+和Mg2+的化学药剂，废水中的NH4 +与PO4 3+和Mg2+反应生成磷酸铵镁沉淀，最终将废水中的氨去除。化学沉淀法存在较多缺点，主要包括沉淀污泥产量大，二次污染严重；沉淀药剂投加量大，药剂成本高。
石灰石-石膏湿法脱硫技术由于具有脱硫效率高、运行稳定等优点，广泛应用于燃煤电厂、钢厂等领域的烟气脱硫中。在石灰石-石膏湿法脱硫过程中，为了保证石膏品质和脱硫效率等，需要排放一定量的脱硫浆液，最终产生脱硫废水。脱硫废水成分复杂，含有高浓度悬浮物、氨氮、硫酸盐、钙镁离子、氯离子以及多种重金属。脱硝工艺的大规模应用，喷氨过量情况普遍存在，造成废水中氨氮大幅提高，可达5000mg/L。目前脱硫废水主要采用三联箱工艺处理，主要针对废水中的悬浮物和重金属进行去除，对氨氮无明显去除效果。因此造成氨氮超标严重。
为了确保脱硫废水中氨氮达标排放和回收氨氮资源，亟需开发新型低成本的脱硫废水中氨氮处理方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置及方法。
本发明提供了一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，该装置包括：
中间水池，其入口端与预处理系统连接，所述中间水池的出口端与膜吸收组件的第一入口端连接；
分离膜，其设于所述膜吸收组件内；
曝气池，其入口端与所述膜吸收组件的第一出口端连接，所述曝气池的出口端与所述膜吸收组件的第二入口端连接，所述膜吸收组件的第一入口端和第二入口端分设于所述分离膜的两侧；
曝气器，其设于所述曝气池内部并通过引风机与烟道连接。
作为本发明进一步的改进，所述预处理系统1设有重金属去除装置、悬浮物去除装置和PH调节装置中的一种或多种。
作为本发明进一步的改进，所述中间水池的入口端与所述膜吸收组件的第二出口端连接。
作为本发明进一步的改进，所述中间水池的出口端与所述膜吸收组件的第一入口端之间设有第一水泵。
作为本发明进一步的改进，所述分离膜为疏水膜，且所述分离膜为平板式、中空纤维式、卷式中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，所述曝气池的顶端设有排气口，所述排气口与脱硫塔连接。
作为本发明进一步的改进，所述曝气池的出口端与所述膜吸收组件的第二入口端之间依次设有第二水泵、换热器、PH计和过滤器。
作为本发明进一步的改进，所述膜吸收组件的第二出口端设有废液输出管道，所述输出管道上设有加酸装置。
本发明还提供了一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、通过预处理系统对脱硫废水进行预处理，去除其中的重金属、悬浮物，并对脱硫废水的PH予以调整；
步骤2、引风机将烟道中的烟气引入曝气池中，通过曝气器使烟气与曝气池内的水充分接触反应得到亚硫酸溶液；
步骤3、亚硫酸溶液经换热器进行冷却处理，之后再经过滤器进行过滤被输送至膜吸收组件中；
步骤4、预处理后的脱硫废水经过中间水池进入膜吸收组件中分离膜的一侧，通过分离膜对脱硫废水中的氨气予以分离并进入分离膜的另一侧被亚硫酸溶液吸收去除；
步骤5、膜吸收组件中的脱硫废水脱氨后回流到中间水池中重复膜吸收操作，直至脱硫废水中氨氮降至要求浓度后予以排放。
作为本发明进一步的改进，所述步骤4中的亚硫酸溶液吸收氨气后回流至曝气池中，并对曝气池中的溶液定期取样检测，当溶液的TDS达到20000-50000mg/L时，将曝气池中的溶液外排利用，并补充新的吸收液。
本发明的有益效果为：首先，本申请将烟气中的二氧化硫作为去除脱硫废水中氨氮的吸收剂，在去除废水中氨氮的同时还可以去除烟气中大部分二氧化硫，并回收亚硫酸铵，实现以废治废；其次，具有显著的环境效益和经济效益；最后，本申请还具有药剂消耗量少、氨氮去除效率高、可回收氨氮和运行成本低的优点。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置示意图。
图中，
1、预处理系统；2、中间水池；3、第一水泵；4、膜吸收组件；5、分离膜；6、烟道；7、引风机；8、曝气池；9、曝气器；10、排气口；11、第二水泵；12、换热器；13、PH计；14、过滤器；15、加酸装置；16、脱硫塔。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。
实施例1，如图1所示，本发明实施例所述的一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，该装置包括：
中间水池2，其入口端与预处理系统1连接，中间水池2的出口端与膜吸收组件4的第一入口端连接；
分离膜5，其设于膜吸收组件4内；
曝气池8，其入口端与膜吸收组件4的第一出口端连接，曝气池8的出口端与膜吸收组件4的第二入口端连接，膜吸收组件4的第一入口端和第二入口端分设于分离膜5的两侧；
曝气器9，其设于曝气池8内部并通过引风机7与烟道6连接。
进一步的，预处理系统1设有重金属去除装置、悬浮物去除装置和PH调节装置中的一种或多种。重金属去除装置用于去除脱硫废水中的铅、汞等重金属，悬浮物去除装置则用与去除脱硫废水中的各种悬浮物，PH值调节装置用来调整脱硫废水的PH值，将脱硫废水的PH值调整为11-13，使脱硫废水为碱性，具有足够的OH-以保证脱硫废水中的NH4 +能够充分地转化为NH3。经过预处理系统1的多种预处理后，可以保证进入膜吸收组件4中脱硫废水的水质要求，避免脱硫废水堵塞膜吸收组件4中分离膜5的膜孔，或污染分离膜5。预处理系统1中的重金属去除装置、悬浮物去除装置和PH调节装置选用现有的处理装置即可，在脱硫废水预处理过程中可以根据脱硫废水的水质具体选择使用重金属去除装置、悬浮物去除装置和PH调节装置中的那几个。预处理系统1在预处理过程中需对其内部的脱硫废水进行定时取样，检测脱硫废水的重金属含量、悬浮物含量、PH值等水质特性。
进一步的，中间水池2的入口端与膜吸收组件4的第二出口端连接。中间水池2中设有搅拌装置，脱硫废水经预处理后会先进入中间水池2中，膜吸收组件4中的脱硫废水经过脱氨后会回流至中间水池2中，搅拌装置对中间水池2中的两种脱硫废水予以搅拌使其混合均匀。
进一步的，中间水池2的出口端与膜吸收组件4的第一入口端之间设有第一水泵3。第一水泵3将中间水池2中的脱硫废水输送至膜吸收组件4中，第一水泵3选用现有耐酸碱腐蚀的水泵即可，避免脱硫废水中酸或碱对第一水泵3的腐蚀，延长第一水泵3的使用寿命。
进一步的，分离膜5为疏水膜，且分离膜5为平板式、中空纤维式、卷式中的一种或几种。分离膜5选用疏水膜可以使脱硫废水中的氨气被分离出来，并被分离膜5另一侧的亚硫酸吸收液吸收去除。而脱硫废水中的液态水和其他非挥发性的物质则被截留在脱硫废水中，脱氨后的脱硫废水则回流至中间水池2中。在应用中分离膜5可以选用平板式、中空纤维式、卷式，但不仅限于上述几种结构的疏水膜，具体选择哪种结构可根据实际情况予以选择。
进一步的，曝气池8的顶端设有排气口10，排气口10与脱硫塔16连接。烟道6中的烟气被输送至曝气池8中，烟气中的二氧化硫与曝气池8中的自来水或纯净水接触反应得到亚硫酸吸收液，虽然曝气器9能够使烟气与自来水或纯净水充分接触反应，但是难免会有少量的二氧化硫未发生反应，在曝气池8的顶端设置排气口10并与脱硫塔16连接，即可使未反应的二氧化硫送至脱硫塔16中进一步予以去除。
进一步的，曝气池8的出口端与膜吸收组件4的第二入口端之间依次设有第二水泵11、换热器12、PH计13和过滤器14。第二水泵11用于将亚硫酸吸收液输送至膜吸收组件4中，第二水泵11选用现有耐酸腐蚀的水泵即可，避免亚硫酸吸收液对第二水泵11的腐蚀，延长第二水泵11的使用寿命。曝气池8中的亚硫酸吸收液输是通过烟气中的二氧化硫与自来水或纯净水接触反应制得，而烟气温度较高，一般会超过100℃，因此随着曝气池8内反应的进行，其内部所得的亚硫酸吸收液温度也随之升高，换热器12对亚硫酸吸收液予以冷却使其温度降至25-40℃，避免亚硫酸吸收液温度过高，造成亚硫酸吸收液中的水分向脱硫废水中迁移造成脱硫废水的量增加，在具体应用时可以在换热器12的下游管道处设置温度计用于监测亚硫酸洗手液的温度。PH计13用于测量冷却后亚硫酸吸收液的PH值，依次作为控制烟气流量的依据，保证亚硫酸吸收液的PH小于7，才能够使其对氨气发挥吸收作用。过滤器14采用多介质过滤器或超滤器，对进入膜吸收组件4内的亚硫酸吸收液予以过滤，保证亚硫酸吸收液的悬浮物浓度小于5mg/L，避免亚硫酸吸收液堵塞分离膜5的膜孔。
进一步的，膜吸收组件4的第二出口端设有废液输出管道，输出管道上设有加酸装置15。当脱硫废水中的氨氮浓度达标之后需要将其予以排出，而在排出前需要通过加酸装置15向脱氨废水中投加酸性药剂使其PH值处于6-8之间予以排出。在应用过程中可在废液输出管道上设置PH检测装置，用于对脱氨废水的PH进行实时检测。
实施例2，本发明还提供了一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、通过预处理系统1对脱硫废水进行预处理，去除其中的重金属、悬浮物，并对脱硫废水的PH予以调整。为了避免脱硫废水进入膜吸收组件4中污染分离膜5或堵塞分离膜5的膜孔，因此需要在脱硫废水进入膜吸收组件4之前，出去脱硫废水中的重金属、悬浮物，保证进入膜吸收组件4内脱硫废水的悬浮物浓度小于5mg/L，PH调整则通过向脱硫废水中投加石灰乳、氢氧化钠等碱性药剂，使脱硫废水的PH处于10-13之间，使脱硫废水为碱性，具有足够的OH-以保证脱硫废水中的NH4 +能够充分地转化为NH3。
步骤2、引风机7将烟道6中的烟气引入曝气池8中，通过曝气器9使烟气与曝气池8内的水充分接触反应得到亚硫酸溶液。曝气池8内注有自来水或纯净水，通过曝气器9使烟气与自来水充分接触，烟气中的二氧化硫气体溶解于自来水中并形成亚硫酸溶液。
步骤3、亚硫酸溶液经换热器12进行冷却处理，之后再经过滤器14进行过滤被输送至膜吸收组件4中。烟气温度较高，一般会超过100℃，因此随着曝气池8内反应的进行，其内部所得的亚硫酸吸收液温度也随之升高，换热器12对亚硫酸吸收液予以冷却使其温度降至25-40℃，避免亚硫酸吸收液温度过高，造成亚硫酸吸收液中的水分向脱硫废水中迁移造成脱硫废水的量增加。通过过滤可以保证亚硫酸吸收液的悬浮物浓度小于5mg/L，避免亚硫酸吸收液堵塞分离膜5的膜孔。
步骤4、预处理后的脱硫废水经过中间水池2进入膜吸收组件4中分离膜5的一侧，通过分离膜5对脱硫废水中的氨气予以分离并进入分离膜5的另一侧被亚硫酸溶液吸收去除，而脱硫废水中的液态水和其他非挥发性的物质则被截留在脱硫废水中。
步骤5、膜吸收组件4中的脱硫废水脱氨后回流到中间水池2中重复膜吸收操作，直至脱硫废水中氨氮降至要求浓度后予以排放。在排出前需要向脱氨废水中投加酸性药剂使其PH值处于6-8之间予以排出，在应用过程中可在废液输出管道上设置PH检测装置，用于对脱氨废水的PH进行实时检测。
进一步的，步骤4中的亚硫酸溶液吸收氨气后回流至曝气池8中，并对曝气池8中的溶液定期取样检测，当溶液的TDS达到20000-50000mg/L时，将曝气池8中的溶液外排利用，并补充新的吸收液。
本申请采用膜吸收与烟气利用组合工艺处理脱硫废水中氨氮，脱硫废水首先经过适当预处理，去除废水中的重金属和悬浮物等，然后经过调整PH后进入膜吸收组件去除废水中的氨氮，膜吸收组件采用含有二氧化硫的烟气制备的酸性溶液为吸收液，不仅可以吸收去除废水中氨氮，同时可以利用烟气中的二氧化硫，变废为宝。该方法具有经济环保、流程简单、运行成本低和可回收氨氮等优点。
本申请以某电厂脱硫废水的为例，其主要水质参数如下表：
指标 单位 数值
SS mg/L 4824
pH mg/L 5.9
氨氮 mg/L 3965
TDS mg/L 2326
首先脱硫废水进入预处理系统1，通过预处理系统1去除废水中的重金属、悬浮物等，并将废水PH调整为11.5后，废水中的氨氮在碱性条件下转化为氨气，然后废水进入中间水池2。中间水池2中废水进入膜吸收组件4，废水中的氨气透过分离膜5，被亚硫酸吸收液吸收去除；
膜吸收组件4中的废水脱氨后回流到中间水池2重复膜吸收操作，直至废水中氨氮降低至15mg/L时，排出中间水池2并通过加酸回调PH至6-8，然后达标排放。
通过引风机7将除尘后的热烟气引入曝气池8中，曝气池8内注有纯净水，通过曝气器9使烟气与纯净水充分接触，烟气中的SO2气体溶解于自来水中并形成亚硫酸溶液。然后曝气池8中的酸性溶液通过换热器12降温至30℃，然后通过5微米过滤器过滤后进入膜吸收组件4，吸收废水中的氨气后回流到曝气池8中。当曝气池8亚硫酸吸收液TDS达到20000mg/L时，将亚硫酸吸收液外排利用，并补充新的吸收液重复上述膜吸收过程。
实验结果表明，经过上述膜吸收处理后，废水中悬浮物可降低至3mg/L，废水中的氨氮浓度降低至5-15mg/L，去除率为99.8％-99.9％，低于国家一级排放标准。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，包括：
中间水池(2)，其入口端与预处理系统(1)连接，所述中间水池(2)的出口端与膜吸收组件(4)的第一入口端连接；
分离膜(5)，其设于所述膜吸收组件(4)内；
曝气池(8)，其入口端与所述膜吸收组件(4)的第一出口端连接，所述曝气池(8)的出口端与所述膜吸收组件(4)的第二入口端连接，所述膜吸收组件(4)的第一入口端和第二入口端分设于所述分离膜(5)的两侧；
曝气器(9)，其设于所述曝气池(8)内部并通过引风机(7)与烟道(6)连接。
2.根据权利要求1所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述预处理系统(1)设有重金属去除装置、悬浮物去除装置和PH调节装置中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述中间水池(2)的入口端与所述膜吸收组件(4)的第二出口端连接。
4.根据权利要求1所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述中间水池(2)的出口端与所述膜吸收组件(4)的第一入口端之间设有第一水泵(3)。
5.根据权利要求1所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述分离膜(5)为疏水膜，且所述分离膜(5)为平板式、中空纤维式、卷式中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述曝气池(8)的顶端设有排气口(10)，所述排气口(10)与脱硫塔(16)连接。
7.根据权利要求1所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述曝气池(8)的出口端与所述膜吸收组件(4)的第二入口端之间依次设有第二水泵(11)、换热器(12)、PH计(13)和过滤器(14)。
8.根据权利要求3所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置，其特征在于，所述膜吸收组件(4)的第二出口端设有废液输出管道，所述输出管道上设有加酸装置(15)。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的装置处理脱硫废水中氨氮的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、通过预处理系统(1)对脱硫废水进行预处理，去除其中的重金属、悬浮物，并对脱硫废水的PH予以调整；
步骤2、引风机(7)将烟道(6)中的烟气引入曝气池(8)中，通过曝气器(9)使烟气与曝气池(8)内的水充分接触反应得到亚硫酸溶液；
步骤3、亚硫酸溶液经换热器(12)进行冷却处理，之后再经过滤器(14)进行过滤被输送至膜吸收组件(4)中；
步骤4、预处理后的脱硫废水经过中间水池(2)进入膜吸收组件(4)中分离膜(5)的一侧，通过分离膜(5)对脱硫废水中的氨气予以分离并进入分离膜(5)的另一侧被亚硫酸溶液吸收去除；
步骤5、膜吸收组件(4)中的脱硫废水脱氨后回流到中间水池(2)中重复膜吸收操作，直至脱硫废水中氨氮降至要求浓度后予以排放。
10.根据权利要求9所述的利用烟气处理脱硫废水中氨氮的方法，其特征在于，所述步骤4中的亚硫酸溶液吸收氨气后回流至曝气池(8)中，并对曝气池(8)中的溶液定期取样检测，当溶液的TDS达到20000-50000mg/L时，将曝气池(8)中的溶液外排利用，并补充新的吸收液。
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