CN111892147B - 一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统，包括中空纤维膜接触器组，该组包括N个中空纤维膜接触器，各中空纤维膜接触器的管程通过管路连接，各中空纤维膜接触器的壳程通过管路连接，高氨氮废水储罐通过管路依次与第一泵、首效中空纤维膜接触器的管程连接；末效中空纤维膜接触器的管程通过管路与脱氨氮废水储罐连接；酸性气体装置通过管路与吸收剂溶液储罐连接，吸收剂溶液储罐的液相出口通过管路依次与第二泵、末效中空纤维膜接触器的壳程连接，首效中空纤维膜接触器的壳程通过管路与分盐结晶器连接。本发明系统可充分利用废水和吸收剂两相的浓度差和化学势，进行氨氮吸收化学反应，低成本，提高吸收过程经济性。

Description

一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统
技术领域
本发明属于化学工程技术领域，涉及到工业废水处理技术以及结晶分盐技术，具体涉及一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统。
背景技术
随着社会的高速发展，工业生产和生活中产生的氨氮污染物排放量越来越大，由氨氮污染物浓度过高引起的水体污染已经成为了亟需解决的环境问题，氨氮污染物主要以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)的形式存在废水中，氨氮的高耗氧量会导致水体的富营养化，形成“水华”和“赤潮”现象，对生态环境和人类健康产生巨大危害。
目前可用于高氨氮废水处理的技术方法有多种，主要包括生物法、物理法、化学法、膜接触器法等。生物法是目前应用最普遍的方法，绿色环保，不产生二次污染，但只适用于处理氨氮浓度含量比较低的废水，高浓度氨氮会对微生物产生抑制或毒害，造成脱氨处理工艺不能稳定进行。物理法中最常用的吹脱和汽提法，需要消耗大量的酸，能耗也很大，经济性差，而且设备易结垢，操作不方便。化学法对氨氮废水预处理要求高，处理高浓度的氨氮废水时成本很高，还很难达到废水处理的应用方便及经济实用的要求。
膜接触器法耦合了膜分离和传统吸收技术，应用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)等疏水性微孔膜材料作为传质介质，具有传质面积大、体积小、结构紧凑等优势，对于氨氮废水，可以有效的脱除氨氮，能耗低、操作方便、无二次污染。膜接触器处理氨氮废水过程中，废水和吸收剂(如硫酸)分隔于膜两侧，在氨氮浓度差的推动下，废水侧氨氮在废水-膜界面挥发，以气体(氨气)的形式进入膜孔并扩散到膜另一侧，在膜-吸收剂界面被吸收，生成不挥发的硫酸铵((NH4)2SO4)。同时废水侧NH4 +和NH3的平衡被破坏，NH4 +在强碱pH调节剂的作用下进一步转化为NH3，继续膜吸收过程。膜接触器处理氨氮废水，氨氮的脱除率可以达到95％以上，处理后的废水氨氮含量能符合五类地表水限值。但是对于高含量氨氮废水，传统膜接触器法需要消耗大量强酸性吸收剂，成本高且操作危险性大，产生的大量酸性副产物废水的处理也是一大问题，需要对现阶段的高氨氮废水吸收剂加以改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种吸收传质效率高、吸收成本低的具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统。
本发明的第二个目的是提供一种利用上述具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统处理高氨氮废水的方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统，包括中空纤维膜接触器组，所述中空纤维膜接触器组包括N个中空纤维膜接触器，所述N＝2-10；首效中空纤维膜接触器的管程出口通过管路依次与下一效中空纤维膜接触器的管程进口连接，直至与末效中空纤维膜接触器的管程进口连接；末效中空纤维膜接触器的壳程出口通过管路依次与上一效中空纤维膜接触器的壳程进口连接，直至与首效中空纤维膜接触器的壳程进口连接；高氨氮废水储罐的出口通过管路依次与第一泵、首效中空纤维膜接触器的管程进口连接；末效中空纤维膜接触器的管程出口通过管路与脱氨氮废水储罐的进口连接；酸性气体装置的出口通过管路与吸收剂溶液储罐的气体进口连接，吸收剂溶液储罐的液相出口通过管路依次与第二泵、末效中空纤维膜接触器的壳程进口连接，首效中空纤维膜接触器的壳程出口通过管路与分盐结晶器的进口连接，分盐结晶器的底部设置有产品盐浆出口，分盐结晶器设置有冷却剂进口和冷却剂出口。
使用上述一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统处理高氨氮废水的方法，包括如下步骤：将酸性气体装置中的酸性气体通入吸收剂溶液储罐中的吸收剂溶液中，持续通入至少5分钟，同时开启第一泵和第二泵，启动的第二泵将通入了酸性气体的吸收剂溶液打入末效中空纤维膜接触器的壳程，再依次进入上一效中空纤维膜接触器的壳程，直至首效中空纤维膜接触器的壳程；启动的第一泵将高氨氮废水储罐中的高氨氮废水打入首效中空纤维膜接触器的管程中，再依次进入下一效中空纤维膜接触器的管程直至末效中空纤维膜接触器的管程；流经各效中空纤维膜接触器管程的高氨氮废水中的氨氮在氨氮浓度差和化学吸收动力的作用下，经过各效中空纤维膜接触器中的中空纤维膜的膜孔进入到壳程中，被流经壳程的通入了酸性气体的吸收剂溶液吸收，脱氨氮后的废水从末效中空纤维膜接触器的管程进入到脱氨氮废水储罐中存储，逆流流经各效中空纤维膜接触器壳程的通入了酸性气体的吸收剂溶液吸收高浓度氨氮后，生成混合盐水溶液，从首效中空纤维膜接触器壳程进入分盐结晶器中，在冷却剂的作用下进行不同种类盐的分离结晶，从产品盐浆出口收集产品盐浆，回用。
优选地，酸性气体为二氧化碳、二氧化硫或二氧化氮。
酸性气体通入吸收剂溶液储罐中的吸收剂溶液中的通入方式是通过气体分布器的方式通入或通过高压将气体压入液体的方式通入。
优选地，吸收剂溶液为20℃下、质量浓度为10％-饱和浓度的氯化钠水溶液、硝酸钠水溶液、硫酸钠水溶液、氯化钾水溶液、硝酸钾水溶液或硫酸钾水溶液。
冷却剂为乙醇、乙二醇、冰盐浴、导热油或氟利昂。
本发明的优点：
(1)本发明一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统中的中空纤维膜接触器在氨氮吸收传质过程中，采用串联逆流的运行方式，可以最大限度地提高传质效率和氨氮脱除效率，采用多个中空纤维膜接触器串联，高氨氮废水在中空纤维膜接触器管程中有足够长的停留时间，而此时吸收剂以逆流的方式流过中空纤维膜接触器壳程，可以充分利用废水和吸收剂两相的浓度差和化学势，更加彻底地进行氨氮吸收化学反应，达到充分吸收的目的。
(2)采用价廉易得的中性盐溶液作为吸收剂，同时结合常用酸性气体，以此来通过化学反应吸收废水中的氨氮，可以有效降低吸收成本。
(3)吸收过程产生的产物盐，可以根据产物盐中不同组分的溶解度性质进行结晶分盐，溶解度小的盐先结晶析出，得到的纯盐可以进一步资源化利用，剩余的盐溶液可以回到吸收剂储罐，循环利用，由此可以进一步提高吸收过程经济性。
附图说明
图1为本发明一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统(N为3个中空纤维膜接触器为例)，包括中空纤维膜接触器组，中空纤维膜接触器组包括3个中空纤维膜接触器(见图1)，首效中空纤维膜接触器1的管程出口通过管路依次与第2空纤维膜接触器2的管程进口连接，直至与末效中空纤维膜接触器3的管程进口连接；末效中空纤维膜接触器3的壳程出口通过管路依次与上一效即第2中空纤维膜接触器的壳程进口连接，直至与首效中空纤维膜接触器1的壳程进口连接；高氨氮废水储罐4的出口通过管路依次与第一泵5、首效中空纤维膜接触器的管程进口连接；末效中空纤维膜接触器3的管程出口通过管路与脱氨氮废水储罐6的进口连接；酸性气体装置7的出口通过管路与吸收剂溶液储罐8的气体进口8-1连接，吸收剂溶液储罐的液相出口通过管路依次与第二泵9、末效中空纤维膜接触器的壳程进口连接，首效中空纤维膜接触器1的壳程出口通过管路与分盐结晶器10的进口连接，分盐结晶器的底部设置有产品盐浆出口10-1，分盐结晶器设置有冷却剂进口和冷却剂出口。
N优选2个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个，还可以选10以上个。
实施例1
使用上述一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统处理高氨氮废水的方法，包括如下步骤：将酸性气体装置中的酸性气体(二氧化碳)通入吸收剂溶液储罐中的吸收剂溶液(本实施例的吸收剂溶液为20℃下、质量浓度为饱和浓度的氯化钠水溶液)中，持续通入10分钟(也可以选用5分钟)，同时开启第一泵和第二泵，启动的第二泵将通入了酸性气体的吸收剂溶液打入末效中空纤维膜接触器的壳程，再依次进入上一效中空纤维膜接触器的壳程，直至首效中空纤维膜接触器的壳程；启动的第一泵将高氨氮废水储罐中存储的石油化工高氨氮废水打入首效中空纤维膜接触器的管程中，再依次进入下一效中空纤维膜接触器的管程直至末效中空纤维膜接触器的管程；流经各效中空纤维膜接触器管程的高氨氮废水中的氨氮在氨氮浓度差和化学吸收动力的作用下，经过各效中空纤维膜接触器中的中空纤维膜的膜孔进入到壳程中，被流经壳程的通入了酸性气体的吸收剂溶液吸收，脱氨氮后的废水从末效中空纤维膜接触器的管程进入到脱氨氮废水储罐中存储，经后续处理后达标排放，逆流流经各效中空纤维膜接触器壳程的通入了酸性气体的吸收剂溶液吸收高浓度氨氮后，生成混合盐水溶液(主要成分为碳酸氢钠和氯化铵)，从首效中空纤维膜接触器壳程进入分盐结晶器中，在冷却剂(乙醇)的作用下进行不同种类盐的分离结晶，碳酸氢钠溶液盐浆及氯化铵溶液盐浆依次从产品盐浆出口收集产品盐浆，进入后续资源化回收利用过程。剩余的稀溶液循环回到吸收剂溶液储罐8中，作为饱和浓度的氯化钠溶液的补充。
上面是以石油化工高氨氮废水为例，还可以是煤化工高氨氮废水、钢铁冶金高氨氮废水以及生活垃圾渗透液高氨氮废水等。
酸性气体还可以选二氧化硫或二氧化氮。
本实施例酸性气体通入吸收剂溶液储罐中的吸收剂溶液中的通入方式是通过气体分布器的方式通入。还可以通过高压将气体压入液体的方式通入。
吸收剂溶液还可以是20℃下、质量浓度为10％的氯化钠水溶液；20℃下、质量浓度为10％的硝酸钠水溶液；20℃下、质量浓度为饱和浓度的硝酸钠水溶液；20℃下、质量浓度为10％的硫酸钠水溶液；20℃下、质量浓度为饱和浓度的硫酸钠水溶液；20℃下、质量浓度为10％的氯化钾水溶液；20℃下、质量浓度为饱和浓度的氯化钾水溶液；20℃下、质量浓度为10％的硝酸钾水溶液；20℃下、质量浓度为饱和浓度的硝酸钾水溶液；20℃下、质量浓度为饱和浓度的硫酸钾水溶液；
冷却剂还可以选用乙二醇、冰盐浴、导热油或氟利昂。

Claims (5)

1.一种具有资源化回收功能的膜接触器处理高氨氮废水系统，包括中空纤维膜接触器组，其特征是所述中空纤维膜接触器组包括N个中空纤维膜接触器，所述N＝2-10；首效中空纤维膜接触器的管程出口通过管路依次与下一效中空纤维膜接触器的管程进口连接，直至与末效中空纤维膜接触器的管程进口连接；末效中空纤维膜接触器的壳程出口通过管路依次与上一效中空纤维膜接触器的壳程进口连接，直至与首效中空纤维膜接触器的壳程进口连接；高氨氮废水储罐的出口通过管路依次与第一泵、首效中空纤维膜接触器的管程进口连接；末效中空纤维膜接触器的管程出口通过管路与脱氨氮废水储罐的进口连接；酸性气体装置的出口通过管路与吸收剂溶液储罐的气体进口连接，吸收剂溶液储罐的液相出口通过管路依次与第二泵、末效中空纤维膜接触器的壳程进口连接，首效中空纤维膜接触器的壳程出口通过管路与分盐结晶器的进口连接，分盐结晶器的底部设置有产品盐浆出口，分盐结晶器设置有冷却剂进口和冷却剂出口；所述吸收剂溶液为氯化钠水溶液、硝酸钠水溶液、硫酸钠水溶液、氯化钾水溶液、硝酸钾水溶液或硫酸钾水溶液。
2.使用权利要求1所述系统处理高氨氮废水的方法，其特征在于包括如下步骤：将酸性气体装置中的酸性气体通入吸收剂溶液储罐中的吸收剂溶液中，持续通入至少5分钟，同时开启第一泵和第二泵，启动的第二泵将通入了酸性气体的吸收剂溶液打入末效中空纤维膜接触器的壳程，再依次进入上一效中空纤维膜接触器的壳程，直至首效中空纤维膜接触器的壳程；启动的第一泵将高氨氮废水储罐中的高氨氮废水打入首效中空纤维膜接触器的管程中，再依次进入下一效中空纤维膜接触器的管程，直至末效中空纤维膜接触器的管程；流经各效中空纤维膜接触器管程的高氨氮废水中的氨氮在氨氮浓度差和化学吸收动力的作用下，经过各效中空纤维膜接触器中的中空纤维膜的膜孔进入到壳程中，被流经壳程的通入了酸性气体的吸收剂溶液吸收，脱氨氮后的废水从末效中空纤维膜接触器的管程进入到脱氨氮废水储罐中存储，逆流流经各效中空纤维膜接触器壳程的通入了酸性气体的吸收剂溶液吸收高浓度氨氮后，生成混合盐水溶液，从首效中空纤维膜接触器壳程进入分盐结晶器中，在冷却剂的作用下进行不同种类盐的分离结晶，从产品盐浆出口收集产品盐浆，回用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述酸性气体为二氧化碳、二氧化硫或二氧化氮。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于酸性气体通入吸收剂溶液储罐中的吸收剂溶液中的通入方式是通过气体分布器的方式通入或通过高压将气体压入液体的方式通入。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述冷却剂为乙醇、乙二醇、冰盐浴、导热油或氟利昂。
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