CN111924998A - 一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备及方法,包含预处理除硬、净化气吹脱、循环吸收、捕沫净化、封闭循环共五个工序,主要设备包括沉渣反应器、吹氨塔、吸收塔、净化塔和高效风机。本发明的技术方案以较小的动力消耗脱除废水中高含量的氨氮,使处理后废水中氨氮含量达到《污水综合排放标准》(GB8978‑1996)中二级排放标准要求。经吸收液的循环富集可以回收氨氮获得浓度较高的高纯硫酸铵,实现资源化利用。采用封闭式吹脱设计,将含氨气体净化后回用,从根源上杜绝了氨氮从水体进入大气造成对环境的二次污染问题,改善设备附近的工作环境,环境效益、社会效益显著。

Description

一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备及方法
技术领域
本发明涉及一种工业废水的处理设备和方法,更加具体地说,涉及一种工业氨氮废水资源化处置的工艺方法和设备。
背景技术
随着我国经济的快速发展,化工、冶金、制药等工业企业会产生大量高浓度氨氮废水(氨氮含量在5000mg/L以上)。这类废水若不加以处理直接排入水体,会导致水体的富营养化,导致水生生物大量死亡,影响人类的生存环境。因此,我国对工业废水中氨氮的排放浓度有着较为严格的标准,依照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)之规定,一级排放标准氨氮小于15mg/L,二级排放标准氨氮小于25mg/L。
多年来,国内外对氨氮废水的处理方法进行了大量研究和开发,目前工业化的氨氮废水处理方法主要有直接蒸发法、汽提法、生化法、离子交换法、膜分离法和吹脱法。直接蒸发法与汽提法均需消耗大量蒸汽,运行成本较高,同时产生的氨蒸汽易造成二次污染;生化法占地面积较大,且不能直接处理高浓度氨氮废水,对含重金属及高盐废水适用性较差;离子交换法再生过程中需消耗大量药剂,同时需定期更换部分树脂,运行成本高;膜分离法对进水要求极为严格,且膜组件价格高昂;吹脱法动力消耗较大,且一次吹脱后废水中氨氮无法达到排放标准,用水吸收回收得到低浓度氨水(浓度仅为2%-7%)实用意义不大,同时敞开式的吹脱设计会将大量未完全吸收的氨气带入环境中造成二次污染,且难以满足《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993)的相关规定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种封闭循环高效资源化氨氮脱除装置及方法(整体设备和运行工艺),可以以较小的动力消耗脱除废水中高含量的氨氮,使处理后废水中氨氮含量达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中二级排放标准要求,并能回收氨氮获得浓度较高的高纯硫酸铵,同时采用封闭式吹脱设计,将含氨气体净化后回用,从根源上杜绝了氨氮从水体进入大气造成对环境的二次污染问题,改善设备附近的工作环境,环境效益、社会效益显著。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,包括沉渣反应器、一级吹氨塔、第一吹氨风机、一级氨吸收塔、第一吸收液循环槽、第一净化塔、吹脱液缓冲罐、二级吹氨塔、第二吹氨风机、二级氨吸收塔、第二吸收液循环槽、第二净化塔、成品罐和吸收液储罐,其中:
待处理氨氮废水通过管路与沉渣反应器的入口相连;沉渣反应器的液体(即上层溢流液)出口通过管路与一级吹氨塔塔顶的液体入口相连,在沉渣反应器下部设置用于排渣的沉渣出口;在一级吹氨塔塔内自上而下依次设置液体分布器、吹出填料层和气体分布器,在一级吹氨塔塔底设置一级吹脱液出口并通过管路与吹脱液缓冲罐的吹脱液入口相连,在一级吹氨塔下部侧方设置净化空气进口,通过管路与第一净化塔塔顶的气体出口相连并在管路中设置第一吹氨风机;在一级吹氨塔塔顶设置含氨气体出口并与一级氨吸收塔塔顶管路连接,在一级氨吸收塔下部侧方设置尾气出口,并通过管路与第一净化塔的下部侧方设置的尾气进口相连;
在一级氨吸收塔塔内自上而下依次设置吸收塔液体分布器和吸收塔填料层,在一级氨吸收塔下部侧方设置吸收液出口并通过管路与位于第一吸收液循环槽顶部的入口相连;第一净化塔塔内自上而下依次设置捕沫填料层、液体分布器和净化填料层,吸收液储罐通过管路与第一净化塔塔顶的吸收液入口相连,吸收液入口与液体分布器相连,第一净化塔塔底的吸收液出口通过管路与位于第一吸收液循环槽顶部的入口相连;在第一吸收液循环槽的底部设置吸收液出口和吸收完成液出口,吸收液出口通过管路和一级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口相连,循环吸收液进口与一级氨吸收塔的液体分布器相连,吸收完成液出口通过管路和成品罐相连;
吹脱液缓冲罐为经过一级吹氨塔处理的吹脱液提供检测和暂时储存环境,吹脱液缓冲罐的吹脱液出口通过管路与二级吹氨塔塔顶的液体入口相连;在二级吹氨塔塔内自上而下依次设置液体分布器、吹出填料层和气体分布器,在二级吹氨塔塔底设置排放口,用以将经过两级吹氨处理的达标废液进行排放,在二级吹氨塔下部侧方设置净化空气进口,通过管路与第二净化塔塔顶的气体出口相连并在管路中设置第二吹氨风机;在二级吹氨塔塔顶设置含氨气体出口并与二级氨吸收塔塔顶管路连接,在二级氨吸收塔塔内自上而下依次设置吸收塔液体分布器和吸收塔填料层,在二级氨吸收塔下部侧方设置吸收液出口并通过管路与位于第二吸收液循环槽顶部的入口相连,在二级氨吸收塔下部侧方设置尾气出口,并通过管路与第二净化塔的下部侧方设置的尾气进口相连;第二净化塔塔内自上而下依次设置捕沫填料层、液体分布器和净化填料层,吸收液储罐通过管路与第二净化塔塔顶的吸收液入口相连,吸收液入口与液体分布器相连,第二净化塔塔底的吸收液出口通过管路与位于第二吸收液循环槽顶部的入口相连;在第二吸收液循环槽的底部设置吸收液出口和吸收完成液出口,吸收液出口通过管路和二级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口相连,循环吸收液进口与二级氨吸收塔的液体分布器相连,吸收完成液出口通过管路和成品罐相连。
而且,在第一和第二吸收液循环槽中设置检测装置,对吸收液中的硫酸铵浓度进行检测,循环吸收液浓度达到设定值后成为吸收完成液,由管路送至硫酸铵成品罐。
而且,使用的液体分布器为槽式、排管式、蝶式或者螺旋式,喷淋点数>20点/平方米。
而且,使用的气体分布器为平面形式,如栅板。
而且,一级吹氨塔、一级氨吸收塔、第一净化塔、二级吹氨塔、二级氨吸收塔和第二净化塔的设备材质选择碳钢或玻璃钢内衬防腐材料。
而且,选择在第一净化塔和第二净化塔侧壁设备紧急卸放装置,正常运转气体封闭循环,无废气外排,但当发生紧急情况,系统超压危及设备安全时,紧急卸放装置自动开启,系统与大气连通,净化过的气体少量卸放进入大气。
而且,在第一吸收液循环槽和第二吸收液循环槽中分别设置硫酸铵检测装置,以检测吸收液中硫酸铵的浓度,当吸收液中硫酸铵浓度达到要求时,称之为吸收完成液,吸收完成液经第一或者第二吸收液循环槽的吸收完成液出口和管路至成品罐储存。
而且,在一级吹氨塔和二级吹氨塔中,吹出填料层采用散堆填料或装填规整填料,散堆填料形式为阶梯环、花环、鲍尔环等,尺寸为DN38、DN50、DN76;规整填料形式为孔板波纹填料、脉冲填料、丝网波纹填料等,尺寸为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型,丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片。填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用不锈钢、PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在两段填料中间加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式等。
而且,在一级氨吸收塔和二级氨吸收塔中,吸收塔填料层采用阶梯环填料或装填规整填料,阶梯环填料形式为DN38、DN50、DN76,规整填料形式为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型或丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片,填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在每一段填料中加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式或者平面形式。
而且,在第一净化塔和第二净化塔中,净化填料层采用阶梯环填料或装填规整填料,阶梯环填料形式为DN38、DN50、DN76,规整填料形式为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型或丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片,填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在每一段填料中加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式或者平面形式。
而且,在第一净化塔和第二净化塔中,捕沫填料层采用规整填料,规整填料形式为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型或丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片,填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在每一段填料中加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式或者平面形式。
其中提溴用填料片可参考本申请人和课题组的中国发明专利申请“一种空气吹出法提溴用填料片、高效填料及其制备方法和应用”(申请号2019101821910,申请日2019年3月11日),所述填料片的表面压制有呈矩阵分布的鱼鳞纹导流槽,每一所述鱼鳞纹导流槽由长度递减的多个弧形槽构成,相邻的鱼鳞纹导流槽之间形成有扇形开孔,所述填料片按45°方向压制有正弦曲线形的大波浪纹使得所述填料片的剖面呈正弦曲线形,所述大波浪纹的波峰波谷均通过所述扇形开孔形成的连线。在上述技术方案中,所述正弦曲线满足y=Asinωx,其中,0<A≤4。在上述技术方案中,所述填料片为长方形,材质为非金属材质,厚度为0.5~1.5mm,长宽比为(1~10):1。在上述技术方案中,所述扇形开孔的扇形弧长为3~30mm,弧度为120°,所述填料片的开孔率小于等于25%。
由提溴用填料片构成的提溴用高效填料,包括加固圈以及并列固定在所述加固圈内的多个长方形的所述的填料片,其中:所述加固圈包括圆环形的固定圈和均布在所述固定圈顶部的可向外翻折以贴合塔壁的舌片,所述固定圈上形成有圆形通孔,所述固定圈内相邻的填料片按大波浪纹交叉90°叠放。在上述技术方案中,所述加固圈内的填料片利用塑料穿钉固定,所述加固圈为非金属材质,由弧形板体通过搭扣连接成圆环形。
利用封闭循环高效资源化氨氮脱除设备的方法,按照下述步骤进行:
待处理氨氮废水通过管路输送至沉渣反应器并加入沉渣剂,调节氨氮废水pH到10以上,使其中的钙、镁物质以氢氧化物的形式沉淀出来,同时使废水中化合态的氨氮转化为游离氨,预处理后的除硬上清液(含有游离氨)从沉渣反应器上部溢流口通过管路进入一级吹氨塔,沉淀物质从反应器底部排渣口排出,确保上部溢流口处出水的钙镁离子浓度总和不高于30ppm;在这一步处理中,沉渣剂为碱性物质,如石灰、片碱,上部溢流口处出水的钙镁离子浓度总和为20—30ppm;
含有游离氨的除硬上清液经管路至一级吹氨塔的塔顶,通过塔顶的液体分布器向下喷淋,净化后的空气经管路和第一吹氨风机从一级吹氨塔塔底的净化空气进口进入一级吹氨塔并向上扩散,在这一过程中,空气与含有游离氨的除硬上清液在吹出填料层逆流接触,游离氨被净化后的空气夹带吹出,形成含氨空气并从一级吹氨塔塔顶的含氨气体出口排出并通过管路至一级氨吸收塔塔顶,经过一级吸处理的氨氮废水从一级吹氨塔塔底的一级吹脱液出口排出并经管路至吹脱液缓冲罐,再由脱液缓冲罐经管路至二级吹氨塔的塔顶,通过塔顶的液体分布器向下喷淋,净化后的空气经管路和第二吹氨风机从二级吹氨塔塔底的净化空气进口进入二级吹氨塔并向上扩散,在这一过程中,空气与经过一级吸处理的氨氮废水在吹出填料层逆流接触,游离氨被净化后的空气夹带吹出,形成含氨空气并从二级吹氨塔塔顶的含氨气体出口排出并通过管路至二级氨吸收塔塔顶;经两级吹脱处理之后,废水中氨氮达到二级排放标准所规定的25mg/L以下;在经过一级吹脱处理后,选择在吹脱液缓冲罐中设置检测装置,对废水中氨氮进行监测,可达到200—500mg/L;
一级吹氨塔排出的含氨空气经管路至一级氨吸收塔塔顶的气体入口,第一吸收液循环槽的吸收液经吸收液出口和管路至一级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口,含氨空气和吸收液自一级氨吸收塔塔顶顺流而下,游离氨在吸收塔填料层被吸收液吸收,由游离氨转化为硫酸铵;一级氨吸收塔的尾气从一级氨吸收塔下部侧方的尾气出口经管路进入第一净化塔,吸收液从一级氨吸收塔塔底的吸收液出口并通过管路至第一吸收液循环槽,实现吸收液对含氨空气的循环吸收处理,当吸收液中硫酸铵浓度达到要求时,称之为吸收完成液,吸收完成液经第一吸收液循环槽的吸收完成液出口和管路至成品罐(储存硫酸铵成品);
二级吹氨塔排出的含氨空气经管路至二级氨吸收塔塔顶的气体入口,第二吸收液循环槽的吸收液经吸收液出口和管路至二级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口,含氨空气和吸收液自二级氨吸收塔塔顶顺流而下,游离氨在吸收塔填料层被吸收液吸收,由游离氨转化为硫酸铵;二级氨吸收塔的尾气从二级氨吸收塔下部侧方的尾气出口经管路进入第二净化塔,吸收液从二级氨吸收塔塔底的吸收液出口并通过管路至第二吸收液循环槽,实现吸收液对含氨空气的循环吸收处理,当吸收液中硫酸铵浓度达到要求时,称之为吸收完成液,吸收完成液经第二吸收液循环槽的吸收完成液出口和管路至成品罐(储存硫酸铵成品);
一级氨吸收塔的尾气通过一级氨吸收塔下部侧方设置的尾气出口和管路至第一净化塔的下部侧方设置的尾气进口,吸收液自吸收液储罐通过管路至第一净化塔塔顶的吸收液入口,一级氨吸收塔的尾气和吸收液在第一净化塔的净化填料层逆流接触,以使尾气中在第一氨吸收塔中未完全吸收的游离氨被彻底吸收净化,之后经净化的空气经捕沫填料层后由第一净化塔塔顶的气体出口排出并经第一吹氨风机和管路至一级吹氨塔塔底的净化空气进口,进而进入一级吹氨塔,实现封闭循环利用;吸收液自第一净化塔塔底的吸收液出口和管路至第一吸收液循环槽,与来自一级氨吸收塔的吸收液一并进行循环;
二级氨吸收塔的尾气通过二级氨吸收塔下部侧方设置的尾气出口和管路至第二净化塔的下部侧方设置的尾气进口,吸收液自吸收液储罐通过管路至第二净化塔塔顶的吸收液入口,二级氨吸收塔的尾气和吸收液在第二净化塔的净化填料层逆流接触,以使尾气中在第二氨吸收塔中未完全吸收的游离氨被彻底吸收净化,之后经净化的空气经捕沫填料层后由第二净化塔塔顶的气体出口排出并经第二吹氨风机和管路至二级吹氨塔塔底的净化空气进口,进而进入二级吹氨塔,实现封闭循环利用;吸收液自第二净化塔塔底的吸收液出口和管路至第二吸收液循环槽,与来自二级氨吸收塔的吸收液一并进行循环。
而且,吸收液为稀硫酸(即硫酸的水溶液),质量百分数为5%~40%,优选25%~35%。
而且,在第一和第二吸收液循环槽中,吸收液中硫酸铵的浓度达到预设浓度后成为完成液,可接受的硫酸铵浓度范围为20%~40%(质量百分数),优选25—35%。
而且,在第一吹氨塔中,经第一净化塔净化后的空气与进入一级吹氨塔的含有游离氨的除硬上清液的体积比为(2000~5000):1,优选(3000~4500):1,常温常压下反应即可。
而且,在第二吹氨塔中,经第二净化塔净化后的空气与进入二级吹氨塔的经过一级吹氨塔处理的吹脱液(同样为含有游离氨的原料液)的体积比为(2000~5000):1,优选(3000~4000):1,常温常压下反应即可。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:(1)本发明提供了一种封闭循环高效资源化氨氮脱除工艺系统,可以以较小的动力消耗脱除废水中高含量的氨氮,使处理后废水中氨氮含量达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中二级排放标准要求。(2)经吸收液的循环富集可以回收氨氮获得浓度较高的高纯硫酸铵,实现资源化利用。(3)采用封闭式吹脱设计,将含氨气体净化后回用,从根源上杜绝了氨氮从水体进入大气造成对环境的二次污染问题,改善设备附近的工作环境,环境效益、社会效益显著。
附图说明
图1是为实施例3经由步骤3加工后的平面结构的片带结构示意图。
图2是实施例3经由步骤4加工后的大波浪纹结构的片带结构示意图。
图3是图2的俯视图(直线代表波峰,虚线代表波谷)。
图4是加固圈的局部结构示意图。
图5是实施例2的高效填料的结构示意图。
其中:m1-弧形槽,m2-扇形开孔,m3-大波浪纹,m4-固定圈,m5-舌片,m6-圆形通孔,m7-搭扣,m8-填料片。
图6为本发明的一种封闭循环高效资源化氨氮脱除工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进一步说明。
实施例1
一种空气吹出法提溴用填料片m8,所述填料片m8的表面压制有呈矩阵分布的鱼鳞纹导流槽,每一所述鱼鳞纹导流槽由长度递减的多个弧形槽m1构成,相邻的鱼鳞纹导流槽之间形成有扇形开孔m2,所述填料片m8按45°方向压制正弦曲线形的大波浪纹m3(所述正弦曲线形大波浪纹m3的波峰形成的斜线或波谷形成的斜线与填料片m8的边长间的夹角为45°,)使得所述填料片m8的剖面呈正弦曲线形,所述大波浪纹m3的波峰波谷均通过所述扇形开孔m2形成的连线。
所述的填料片m8(可采用金属材质或非金属材质)表面压有鱼鳞纹导流槽,当原料液从填料层流过时,原本径直向下的流动方向被弧形的导流槽(所述弧形槽m1)改变,解决了直纹表面横向扩散能力差,填料片润湿不充分的问题;同时鱼鳞状导流槽可以有效增加填料片表面与液相之间的界面张力,使原料液在填料片表面完全呈膜状分布。
作为优选方式,所述正弦曲线满足y=Asinωx,其中,0<A≤4。A的具体数值根据进料量选取,采用正弦曲线型波纹代替现有填料V型波峰波谷的设计,有效解决了溴素制取过程中死角积液较厚局部阻力大的问题。
作为优选方式,所述填料片m8为非金属材质(比如陶瓷、树脂等),厚度为0.5~1.5mm,长宽比为(1~10):1。单片长度最长不超过2000mm。如此保证最佳的传质效果。所述扇形开孔m2的扇形弧长为3~30mm,弧度为120°,所述扇形开孔m2的开孔率小于等于25%。扇形开孔m2的设置结构可以减少相邻两块波纹板间交叉气流的摩擦与碰撞,从而减少填料层阻力,降低压降,使塔的处理能力相应得到提高。开孔率小于等于25%可有效保持填料强度。
实施例2
一种空气吹出法提溴用高效填料,包括加固圈以及并列固定在所述加固圈内的多个长方形的如实施例1所述的填料片m8,其中:
所述加固圈包括圆环形的固定圈m4和均布在所述固定圈m4顶部的可向外翻折以贴合塔壁的舌片m5,所述固定圈m4上形成有圆形通孔m6;且在所述固定圈m4内相邻的填料片m8按大波浪纹m3交叉90°叠放。
固定圈m4的上部设有若干个可调节外翻角度的舌片m5,在塔内组装完成后可以手动调节舌片m5,使其完全与塔壁贴合,将沿塔壁流下的原料液引导回填料层,减少壁流效应;固定圈m4上设有若干圆形通孔m6,提高气体通量,减少阻力。固定圈m4内相邻的填料片m8按大波浪纹m3交叉90°叠放可有效提高传质效率。
所述空气吹出法提溴用高效填料的组装方法如下:
填料片m8从吹出塔的人孔进入,在塔内进行拼接组装。每块填料片m8进塔后,应按序号摆放,填料片m8之间挤紧,不留缝隙,拼接成圆后,采用具有防壁流效果的加固圈对填料盘进行固定,并调节加固圈舌片m5,使其紧贴塔壁。每层填料走向与其下层填料走向呈90°角交错安装。
作为优选方式,所述加固圈内的填料片m8利用塑料穿钉固定。所述的填料片m8按计算长度进行切割,并将相邻填料片m8按所压制的大波浪纹m3交叉90°叠放,组合成一块状整体,采用塑料穿钉进行初步固定。所述固定圈m4为非金属材质(比如树脂),由弧形板体通过搭扣m7连接成圆环形。所述固定圈m4起到再次固定填料片m8的作用。
实施例3
如实施例1所述的空气吹出法提溴用填料片的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,利用非金属材料在热熔挤出机上挤出,形成平面结构片;
步骤2,采用压制模型在所述平面结构片的表面热压形成鱼鳞纹导流槽;
步骤3,冷却后,利用打孔机在指定位置上打孔形成扇形开孔m2;
步骤4,将步骤3得到的平面结构片加热软化,采用压辊将其压制形成具有正弦曲线形的大波浪纹m3的波浪结构片;
步骤5,水冷定型;
步骤6,按所需长度将大波浪纹结构片切割形成填料片m8。
所述非金属材料可采用聚乙烯树脂或聚丙烯树脂。
如实施例2所述的空气吹出法提溴用高效填料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,利用非金属材料在热熔挤出机上挤出,形成平面结构片;
步骤2,采用压制模型在所述平面结构片的表面热压形成鱼鳞纹导流槽;
步骤3,冷却后,利用打孔机在指定位置上打孔形成扇形开孔m2;
步骤4,将步骤3得到的平面结构片加热软化,采用压辊将其压制形成具有正弦曲线形的大波浪纹m3的波浪结构片;
步骤5,水冷定型;
步骤6,按所需长度将大波浪纹结构片切割形成填料片m8;
步骤7,将相邻填料片m8按所压制的大波浪纹m3交叉90°叠放,采用塑料穿钉进行初步固定后固定于加固圈内。
所述非金属材料可采用聚乙烯树脂或聚丙烯树脂。整个加工过程简单高效,可制备出具有高传质效率的填料。
实施例4
某矿渣渗滤液,含有氨氮近5000ppm并含有较高浓度的钙、镁离子,经设计计算,选取了适宜大小的沉渣反应器、吹氨塔、吸收塔、净化塔、风机及其他附属设备。其中吹氨塔塔顶选用的管式液体分布器,喷淋点数30点/平方米,填料采用PP孔板波纹填料混装阶梯环填料,高5m不分段,气体分布器选用栅板。吸收塔塔顶选用的管式液体分布器,喷淋点数40点/平方米,填料采用PP脉冲填料,高3m不分段,无气体分布器。净化塔塔顶选用的管式液体分布器,喷淋点数50点/平方米,填料采用PP阶梯环填料,高2m不分段,气体分布器选用栅板,捕沫填料层选用丝网,高0.5米。设备共分两级吹氨和净化处理,如附图6所示。
待处理氨氮废水通过管路与沉渣反应器的入口相连;沉渣反应器的液体出口(即上层溢流液)通过管路与一级吹氨塔塔顶的液体入口相连,在沉渣反应器上设置用于排渣的沉渣出口;在一级吹氨塔塔内自上而下依次设置液体分布器、吹出填料层和气体分布器,在一级吹氨塔塔底设置一级吹脱液出口并通过管路与吹脱液缓冲罐的吹脱液入口相连,在一级吹氨塔下部侧方设置净化空气进口,通过管路与第一净化塔的气体出口相连并在管路中设置第一吹氨风机;在一级吹氨塔塔顶设置含氨气体出口并与一级氨吸收塔塔顶管路连接,在一级氨吸收塔下部侧方设置尾气出口,并通过管路与第一净化塔的下部侧方设置的尾气进口相连;
在一级氨吸收塔塔内自上而下依次设置吸收塔液体分布器和吸收塔填料层,在一级氨吸收塔下部侧方设置吸收液出口并通过管路与位于第一吸收液循环槽顶部的入口相连;第一净化塔塔内自上而下依次设置捕沫填料层、液体分布器和净化填料层,吸收液储罐通过管路与第一净化塔塔顶的吸收液入口相连,吸收液入口与液体分布器相连,第一净化塔塔底的吸收液出口通过管路与位于第一吸收液循环槽顶部的入口相连;在第一吸收液循环槽的底部设置吸收液出口和吸收完成液出口,吸收液出口通过管路和一级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口相连,循环吸收液进口与一级氨吸收塔的液体分布器相连,吸收完成液出口通过管路和成品罐相连;
吹脱液缓冲罐,为经过一级吹氨塔处理的吹脱液提供检测和暂时储存环境,吹脱液缓冲罐的吹脱液出口通过管路与二级吹氨塔塔顶的液体入口相连;在二级吹氨塔塔内自上而下依次设置液体分布器、吹出填料层和气体分布器,在二级吹氨塔塔底设置排放口,以将经过两级吹氨处理的达标废液进行排放,在二级吹氨塔下部侧方设置净化空气进口,通过管路与第二净化塔的气体出口相连并在管路中设置第二吹氨风机;在二级吹氨塔塔顶设置含氨气体出口并与二级氨吸收塔塔顶管路连接,在二级氨吸收塔塔内自上而下依次设置吸收塔液体分布器和吸收塔填料层,在二级氨吸收塔下部侧方设置吸收液出口并通过管路与位于第二吸收液循环槽顶部的入口相连,在二级氨吸收塔下部侧方设置尾气出口,并通过管路与第二净化塔的下部侧方设置的尾气进口相连;第二净化塔塔内自上而下依次设置捕沫填料层、液体分布器和净化填料层,吸收液储罐通过管路与第二净化塔塔顶的吸收液入口相连,吸收液入口与液体分布器相连,第二净化塔塔底的吸收液出口通过管路与位于第二吸收液循环槽顶部的入口相连;在第二吸收液循环槽的底部设置吸收液出口和吸收完成液出口,吸收液出口通过管路和二级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口相连,循环吸收液进口与二级氨吸收塔的液体分布器相连,吸收完成液出口通过管路和成品罐相连。
采用上述设备进行运行,该矿渣渗滤液经原料液泵抽取后通过管路输送至沉渣反应器,选用石灰作为沉渣剂加入沉渣反应器中,调节pH到11,使其中的钙、镁物质以氢氧化物的形式沉淀排出,经检测此时体系中钙、镁离子浓度总和为26ppm。预处理除硬后的矿渣渗滤液从沉渣反应器上部溢流口排出,经离心泵输送至一级吹氨塔的塔顶经液体分布器向下喷淋。
净化后的空气经管路从一级吹氨塔净化空气进口进入一级吹氨塔,气液比体积为3000:1,向上扩散过程中与矿渣渗滤液在填料层逆流接触,游离氨被净化后的空气夹带吹出,形成含氨空气,并从塔顶部排出至一级氨吸收塔,经过一级解吸的氨氮废水从一级吹氨塔底部排出进入吹脱液缓冲罐。来自吹脱液缓冲罐的一级吹脱液经离心泵输送至二级吹氨塔的塔顶进一步去除氨氮,净化后的空气经管路从二级吹氨塔净化空气进口进入二级吹氨塔,气液比体积为3000:1,向上扩散过程中与一级解吸的氨氮废水在填料层逆流接触,游离氨被净化后的空气夹带吹出,形成含氨空气,并从塔顶部排出至二级氨吸收塔,经两次吹脱后可达到二级排放标准所规定的25mg/L以下。
在吸收液储罐中设置质量百分数32%的稀硫酸,吸收液与第一、第二净化塔进行吸收净化后进入第一和第二吸收液循环槽进行循环吸收。含氨空气从塔顶进入一级氨吸收塔与来自第一吸收液循环槽的浓度为32%的稀硫酸(即刚刚在净化塔中进行吸收净化后,浓度尚未大改变的硫酸)顺流而下,游离氨在填料层被吸收液吸收,由游离氨转化为硫酸铵;尾气从吸收塔下部侧方的尾气出口进入第一净化塔;吸收液从底部吸收液出口通过管路进入第一吸收液循环槽,当吸收液中硫酸铵浓度达到30%时,称之为完成液,完成液由泵输送进入硫酸铵成品罐。含氨空气、吸收液在二级氨吸收塔、第二净化塔和第二吸收液循环槽中处理路径和一级的方式一致。在第一吸收液循环槽和第二吸收液循环槽中均设置硫酸铵的监测装置,时时吸收液中硫酸铵浓度。
一级氨吸收塔的尾气通过一级氨吸收塔下部侧方设置的尾气出口和管路至第一净化塔的下部侧方设置的尾气进口,吸收液自吸收液储罐通过管路至第一净化塔塔顶的吸收液入口,一级氨吸收塔的尾气和吸收液在第一净化塔的净化填料层逆流接触,以使尾气中在第一氨吸收塔中未完全吸收的游离氨被彻底吸收净化,之后经净化的空气经捕沫填料层后由第一净化塔塔顶的气体出口排出并经第一吹氨风机和管路至一级吹氨塔塔底的净化空气进口,进而进入一级吹氨塔,实现封闭循环利用;吸收液自第一净化塔塔底的吸收液出口和管路至第一吸收液循环槽,与来自一级氨吸收塔的吸收液一并进行循环;二级氨吸收塔的尾气、吸收液储罐、第二净化塔和第二吸收液循环槽采用与一级一致的方式和路径进行处理。
在这个运行中,在一级和二级处理单元中均实现空气的封闭循环利用,外加的硫酸,作为吸收液,与游离态氨进行作用,一边起到吸收净化的作用,一边在成品罐处得到硫酸铵,实现循环资源化。
根据本发明内容进行工艺参数的调整,均可实现本发明的技术方案,且表现出与本发明基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,其特征在于,包括沉渣反应器、一级吹氨塔、第一吹氨风机、一级氨吸收塔、第一吸收液循环槽、第一净化塔、吹脱液缓冲罐、二级吹氨塔、第二吹氨风机、二级氨吸收塔、第二吸收液循环槽、第二净化塔、成品罐和吸收液储罐,其中:
待处理氨氮废水通过管路与沉渣反应器的入口相连;沉渣反应器的液体(即上层溢流液)出口通过管路与一级吹氨塔塔顶的液体入口相连,在沉渣反应器下部设置用于排渣的沉渣出口;在一级吹氨塔塔内自上而下依次设置液体分布器、吹出填料层和气体分布器,在一级吹氨塔塔底设置一级吹脱液出口并通过管路与吹脱液缓冲罐的吹脱液入口相连,在一级吹氨塔下部侧方设置净化空气进口,通过管路与第一净化塔塔顶的气体出口相连并在管路中设置第一吹氨风机;在一级吹氨塔塔顶设置含氨气体出口并与一级氨吸收塔塔顶管路连接,在一级氨吸收塔下部侧方设置尾气出口,并通过管路与第一净化塔的下部侧方设置的尾气进口相连;
在一级氨吸收塔塔内自上而下依次设置吸收塔液体分布器和吸收塔填料层,在一级氨吸收塔下部侧方设置吸收液出口并通过管路与位于第一吸收液循环槽顶部的入口相连;第一净化塔塔内自上而下依次设置捕沫填料层、液体分布器和净化填料层,吸收液储罐通过管路与第一净化塔塔顶的吸收液入口相连,吸收液入口与液体分布器相连,第一净化塔塔底的吸收液出口通过管路与位于第一吸收液循环槽顶部的入口相连;在第一吸收液循环槽的底部设置吸收液出口和吸收完成液出口,吸收液出口通过管路和一级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口相连,循环吸收液进口与一级氨吸收塔的液体分布器相连,吸收完成液出口通过管路和成品罐相连;
吹脱液缓冲罐为经过一级吹氨塔处理的吹脱液提供检测和暂时储存环境,吹脱液缓冲罐的吹脱液出口通过管路与二级吹氨塔塔顶的液体入口相连;在二级吹氨塔塔内自上而下依次设置液体分布器、吹出填料层和气体分布器,在二级吹氨塔塔底设置排放口,用以将经过两级吹氨处理的达标废液进行排放,在二级吹氨塔下部侧方设置净化空气进口,通过管路与第二净化塔塔顶的气体出口相连并在管路中设置第二吹氨风机;在二级吹氨塔塔顶设置含氨气体出口并与二级氨吸收塔塔顶管路连接,在二级氨吸收塔塔内自上而下依次设置吸收塔液体分布器和吸收塔填料层,在二级氨吸收塔下部侧方设置吸收液出口并通过管路与位于第二吸收液循环槽顶部的入口相连,在二级氨吸收塔下部侧方设置尾气出口,并通过管路与第二净化塔的下部侧方设置的尾气进口相连;第二净化塔塔内自上而下依次设置捕沫填料层、液体分布器和净化填料层,吸收液储罐通过管路与第二净化塔塔顶的吸收液入口相连,吸收液入口与液体分布器相连,第二净化塔塔底的吸收液出口通过管路与位于第二吸收液循环槽顶部的入口相连;在第二吸收液循环槽的底部设置吸收液出口和吸收完成液出口,吸收液出口通过管路和二级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口相连,循环吸收液进口与二级氨吸收塔的液体分布器相连,吸收完成液出口通过管路和成品罐相连。
2.根据权利要求1所述的一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,其特征在于,在第一净化塔和第二净化塔侧壁设备紧急卸放装置;使用的液体分布器为槽式、排管式、蝶式或者螺旋式,喷淋点数>20点/平方米;使用的气体分布器为平面形式,如栅板;一级吹氨塔、一级氨吸收塔、第一净化塔、二级吹氨塔、二级氨吸收塔和第二净化塔的设备材质选择碳钢或玻璃钢内衬防腐材料;在第一吸收液循环槽和第二吸收液循环槽中分别设置硫酸铵检测装置,以检测吸收液中硫酸铵的浓度,当吸收液中硫酸铵浓度达到要求时,称之为吸收完成液,吸收完成液经第一或者第二吸收液循环槽的吸收完成液出口和管路至成品罐储存。
3.根据权利要求1所述的一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,其特征在于,在一级吹氨塔和二级吹氨塔中,吹出填料层采用散堆填料或装填规整填料,散堆填料形式为阶梯环、花环、鲍尔环等,尺寸为DN38、DN50、DN76;规整填料形式为孔板波纹填料、脉冲填料、丝网波纹填料等,尺寸为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型,丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片。填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用不锈钢、PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在两段填料中间加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式等。
4.根据权利要求1所述的一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,其特征在于,在一级氨吸收塔和二级氨吸收塔中,吸收塔填料层采用阶梯环填料或装填规整填料,阶梯环填料形式为DN38、DN50、DN76,规整填料形式为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型或丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片,填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在每一段填料中加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式或者平面形式。
5.根据权利要求1所述的一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,其特征在于,在第一净化塔和第二净化塔中,净化填料层采用阶梯环填料或装填规整填料,阶梯环填料形式为DN38、DN50、DN76,规整填料形式为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型或丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片,填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在每一段填料中加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式或者平面形式;捕沫填料层采用规整填料,规整填料形式为孔板波纹填料125型、250型,脉冲填料120型、200型或丝网波纹填料500型、700型,或者提溴用填料片,填料均经表面处理,处理后接触角均小于120度,优选80—100度接触角;填料材质可选用PP、陶瓷;填料层可以装填一种填料,也可以装填多种不同种类或同一种类不同型号的填料;填料层不高于5米则无需分段,高于5米则按不大于4米一层分段,分段后应在每一段填料中加装液体再分布器,如槽式、排管式、蝶式、螺旋式或者平面形式。
6.根据权利要求3—5之一所述的一种封闭循环高效资源化氨氮脱除设备,其特征在于,提溴用填料片的表面压制有呈矩阵分布的鱼鳞纹导流槽,每一所述鱼鳞纹导流槽由长度递减的多个弧形槽构成,相邻的鱼鳞纹导流槽之间形成有扇形开孔,所述填料片按45°方向压制有正弦曲线形的大波浪纹使得所述填料片的剖面呈正弦曲线形,所述大波浪纹的波峰波谷均通过所述扇形开孔形成的连线。在上述技术方案中,所述正弦曲线满足y=Asinωx,其中,0<A≤4。在上述技术方案中,所述填料片为长方形,材质为非金属材质,厚度为0.5~1.5mm,长宽比为(1~10):1。在上述技术方案中,所述扇形开孔的扇形弧长为3~30mm,弧度为120°,所述填料片的开孔率小于等于25%;以及提溴用高效填料,包括加固圈以及并列固定在所述加固圈内的多个长方形的所述的提溴用填料片,其中:所述加固圈包括圆环形的固定圈和均布在所述固定圈顶部的可向外翻折以贴合塔壁的舌片,所述固定圈上形成有圆形通孔,所述固定圈内相邻的提溴用填料片按大波浪纹交叉90°叠放。在上述技术方案中,所述加固圈内的提溴用填料片利用塑料穿钉固定,所述加固圈为非金属材质,由弧形板体通过搭扣连接成圆环形。
7.利用封闭循环高效资源化氨氮脱除设备的方法,其特征在于,按照下述步骤进行:
待处理氨氮废水通过管路输送至沉渣反应器并加入沉渣剂,调节氨氮废水pH到10以上,使其中的钙、镁物质以氢氧化物的形式沉淀出来,同时使废水中化合态的氨氮转化为游离氨,预处理后的除硬上清液(含有游离氨)从沉渣反应器上部溢流口通过管路进入一级吹氨塔,沉淀物质从反应器底部排渣口排出,确保上部溢流口处出水的钙镁离子浓度总和不高于30ppm;
含有游离氨的除硬上清液经管路至一级吹氨塔的塔顶,通过塔顶的液体分布器向下喷淋,净化后的空气经管路和第一吹氨风机从一级吹氨塔塔底的净化空气进口进入一级吹氨塔并向上扩散,在这一过程中,空气与含有游离氨的除硬上清液在吹出填料层逆流接触,游离氨被净化后的空气夹带吹出,形成含氨空气并从一级吹氨塔塔顶的含氨气体出口排出并通过管路至一级氨吸收塔塔顶,经过一级吸处理的氨氮废水从一级吹氨塔塔底的一级吹脱液出口排出并经管路至吹脱液缓冲罐,再由脱液缓冲罐经管路至二级吹氨塔的塔顶,通过塔顶的液体分布器向下喷淋,净化后的空气经管路和第二吹氨风机从二级吹氨塔塔底的净化空气进口进入二级吹氨塔并向上扩散,在这一过程中,空气与经过一级吸处理的氨氮废水在吹出填料层逆流接触,游离氨被净化后的空气夹带吹出,形成含氨空气并从二级吹氨塔塔顶的含氨气体出口排出并通过管路至二级氨吸收塔塔顶;经两级吹脱处理之后,废水中氨氮达到二级排放标准所规定的25mg/L以下;
一级吹氨塔排出的含氨空气经管路至一级氨吸收塔塔顶的气体入口,第一吸收液循环槽的吸收液经吸收液出口和管路至一级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口,含氨空气和吸收液自一级氨吸收塔塔顶顺流而下,游离氨在吸收塔填料层被吸收液吸收,由游离氨转化为硫酸铵;一级氨吸收塔的尾气从一级氨吸收塔下部侧方的尾气出口经管路进入第一净化塔,吸收液从一级氨吸收塔塔底的吸收液出口并通过管路至第一吸收液循环槽,实现吸收液对含氨空气的循环吸收处理,当吸收液中硫酸铵浓度达到要求时,称之为吸收完成液,吸收完成液经第一吸收液循环槽的吸收完成液出口和管路至成品罐(储存硫酸铵成品);
二级吹氨塔排出的含氨空气经管路至二级氨吸收塔塔顶的气体入口,第二吸收液循环槽的吸收液经吸收液出口和管路至二级氨吸收塔塔顶的循环吸收液进口,含氨空气和吸收液自二级氨吸收塔塔顶顺流而下,游离氨在吸收塔填料层被吸收液吸收,由游离氨转化为硫酸铵;二级氨吸收塔的尾气从二级氨吸收塔下部侧方的尾气出口经管路进入第二净化塔,吸收液从二级氨吸收塔塔底的吸收液出口并通过管路至第二吸收液循环槽,实现吸收液对含氨空气的循环吸收处理,当吸收液中硫酸铵浓度达到要求时,称之为吸收完成液,吸收完成液经第二吸收液循环槽的吸收完成液出口和管路至成品罐(储存硫酸铵成品);
一级氨吸收塔的尾气通过一级氨吸收塔下部侧方设置的尾气出口和管路至第一净化塔的下部侧方设置的尾气进口,吸收液自吸收液储罐通过管路至第一净化塔塔顶的吸收液入口,一级氨吸收塔的尾气和吸收液在第一净化塔的净化填料层逆流接触,以使尾气中在第一氨吸收塔中未完全吸收的游离氨被彻底吸收净化,之后经净化的空气经捕沫填料层后由第一净化塔塔顶的气体出口排出并经第一吹氨风机和管路至一级吹氨塔塔底的净化空气进口,进而进入一级吹氨塔,实现封闭循环利用;吸收液自第一净化塔塔底的吸收液出口和管路至第一吸收液循环槽,与来自一级氨吸收塔的吸收液一并进行循环;
二级氨吸收塔的尾气通过二级氨吸收塔下部侧方设置的尾气出口和管路至第二净化塔的下部侧方设置的尾气进口,吸收液自吸收液储罐通过管路至第二净化塔塔顶的吸收液入口,二级氨吸收塔的尾气和吸收液在第二净化塔的净化填料层逆流接触,以使尾气中在第二氨吸收塔中未完全吸收的游离氨被彻底吸收净化,之后经净化的空气经捕沫填料层后由第二净化塔塔顶的气体出口排出并经第二吹氨风机和管路至二级吹氨塔塔底的净化空气进口,进而进入二级吹氨塔,实现封闭循环利用;吸收液自第二净化塔塔底的吸收液出口和管路至第二吸收液循环槽,与来自二级氨吸收塔的吸收液一并进行循环。
8.根据权利要求7所述的利用封闭循环高效资源化氨氮脱除设备的方法,其特征在于,在沉渣反应器中处理时,沉渣剂为碱性物质,如石灰、片碱,上部溢流口处出水的钙镁离子浓度总和为20—30ppm;在经过一级吹脱处理后,选择在吹脱液缓冲罐中设置检测装置,对废水中氨氮进行监测,可达到200—500mg/L。
9.根据权利要求7所述的利用封闭循环高效资源化氨氮脱除设备的方法,其特征在于,吸收液为稀硫酸(即硫酸的水溶液),质量百分数为5%~40%,优选25%~35%;在第一和第二吸收液循环槽中,吸收液中硫酸铵的浓度达到预设浓度后成为完成液,可接受的硫酸铵浓度范围为20%~40%(质量百分数),优选25—35%。
10.根据权利要求7所述的利用封闭循环高效资源化氨氮脱除设备的方法,其特征在于,在第一吹氨塔中,经第一净化塔净化后的空气与进入一级吹氨塔的含有游离氨的除硬上清液的体积比为(2000~5000):1,优选(3000~4500):1,常温常压下反应即可;在第二吹氨塔中,经第二净化塔净化后的空气与进入二级吹氨塔的经过一级吹氨塔处理的吹脱液(同样为含有游离氨的原料液)的体积比为(2000~5000):1,优选(3000~4000):1,常温常压下反应即可。
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