CN112624481A - 一种高氨氮废水脱氨设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高氨氮废水脱氨设备及其使用方法，包括预处理系统、分离系统和氨水制备系统。本发明利用膜接触器的高比表面积，结合膜接触器内气体和液体传质的特点，在确保废水中高氨氮脱除目的的同时，可获得高附加值产品氨水，具有设备紧凑、占地面积小、效率高、能耗低、操作成本低等优势，在高氨氮废水处理领域有很好的应用前景。

Description

一种高氨氮废水脱氨设备及其使用方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，特别涉及一种高氨氮废水脱氨设备及其使用方法。

背景技术

氨氮是污水中最主要的氮的存在形式，由于氨氮在水中转化成亚硝酸盐和硝酸盐需要消耗废水中的溶解氧，从而导致水环境的不断恶化，直接威胁着水体内生物及人类的健康，所以，氨氮是污水中的重要污染物。目前去除水体内氨氮的方法主要包括生物法、吹脱法、折点加氯法和化学沉淀法等。

生物法主要包括生物氧化法、硝化与反硝化和短程脱氮等，该方法主要通过生物处理，达到降低废水中氨氮含量的目的。但是，由于高浓度的氨氮对生物存在抑制作用，所以生物方法更适用于低浓度的氨氮废水处理。

折点加氯法和化学沉淀法属于化学原理的处理工艺，该方法主要通过投加诸如氯气、氯化镁和磷酸盐等化学药剂，形成氮气或固体沉淀物病从污水中分离，实现降低废水中氨氮的含量。但是，该方法的运行成本较高，易产生氯代有机物、磷酸铵镁(俗称“鸟粪石”)或其他副产物，容易造成二次污染，甚至该方法处理的废水对生物易产生致癌、致畸的潜在危害。

高氨氮的化工废水常用工艺是吹脱法，该方法首先将废水调制碱性，从而将废水中的氨由离子态转化成游离态或者分子态，再通过空气和蒸汽进行吹脱和汽提，将分子态的氨从废水中分离并形成副产物。该方法需要控制废水适当的pH值、气液比、吹脱温度以及吹脱时间等，需要消耗大量的空气和蒸汽，故运行成本也较高。

中国专利申请201510783856.5记载了一种氨氮废水处理装置及其方法，该方法将氨氮废水直接泵送串联的两级膜接触器，并通过硫酸溶液吸废水中收游离态的氨，在脱除废水中氨氮的同时，可获得副产物硫酸铵溶液。此种工艺的不足之处在于仅通过调高废水中pH值、进水温度等参数增加废水中游离态或分子态的氨，所以需要两级膜接触器才能达到比较理想的脱氨效果；另外，采用硫酸作为吸收剂，获得副产物硫酸铵的浓度不高且商业价值不佳。

因此，人们仍需要开发一种高氨氮废水高效脱氨的新工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高氨氮废水脱氨设备及其使用方法，该设备利用膜接触器的高比表面积，结合膜接触器内气体和液体传质的特点，在确保废水中高氨氮脱除目的的同时，可获得高附加值产品氨水，具有设备紧凑、占地面积小、效率高、能耗低、操作成本低等优势，在高氨氮废水处理领域有很好的应用前景。

本发明提供了一种高氨氮废水脱氨设备，包括预处理系统、分离系统和氨水制备系统；

所述预处理系统包括依次相连的固液分离器、供料泵和换热系统，所述固液分离器还与在线调碱装置相连；

所述分离系统包括依次相连的第一级膜接触器和第二级膜接触器；所述换热系统的液体出口与第一级膜接触器的液体进口相连；

所述氨水制备系统包括依次相连的冷肼、射流真空泵和氨水储罐；所述冷肼的气体进口与第二级膜接触器的气体出口相连。

所述固液分离器内设置有高氨氮废水进口、污泥出口、废水出口和在线调碱装置的药品进口；所述供热泵内设置有废水进口和废水出口；所述换热系统内设置有液体进口、液体出口、热源气体进口和热源气体出口；所述在线调碱装置内设置有药品出口。

所述第一级膜接触器内设置有液体进口、液体出口和高压气体进口；所述第一级膜接触器前端设置压力保护系统，后端设置调节阀；所述第二级膜接触器内设置有液体进口、液体出口和气体出口。

所述预处理系统中加热后的高氨氮废水可进入分离系统的第一级膜接触器的管程，也可以进入第一级膜接触器的壳程，优选进入第一级膜接触器的管程；而在第一级膜接触器的壳程或管程，优选第一级膜接触器的壳程内通入高压气体。

所述经过分离系统的第一级膜接触器的废水出口与第二级膜接触器的废水进口相连，第二级膜接触器废水进口可以是管程，也可以进入第二级接触器的壳程，优选进入第二级接触器的管程；而在第二级膜接触器的壳程或管程，优选第二级膜接触器的壳程内通入抽取负压。

所述第二级膜接触器的壳程内绝对压力为0～100kPa，优选5～80kPa，再优选10～50kPa。

所述高压气体为压缩空气、高压氮气、高压氧气、高压氦气、高压氢气、高压甲烷中的一种或几种。优选压缩空气和高压氮气，再优选高压氮气。通入的高压气体的操作压力为0～100bar，优选1～50bar，再优选2～10bar。

所述冷肼内设置气体进口和气体出口；所述射流真空泵内设置气体进口和气体出口；所述氨水储罐内设置气体进口和氨水出口。

所述冷肼可以用循环冷却水制冷，也可用制冷剂制冷，制冷温度为-20～20℃。

所述固液分离器为微滤膜、超滤膜、微米过滤器、布袋过滤器、填料过滤器、CN过滤器、油水分离器中的一种或几种。

所述换热系统是将高氨氮废水加热到30～100℃，优选50～90℃，再优选70～80℃。

所述在线调碱装置中的药品为生石灰粉、熟石灰粉、碱石灰粉、石灰乳、石灰水、烧碱、片碱、液碱中的一种或几种，使得高氨氮废水的pH值为8～14，优选9～12，再优选10.5～11.5。

所述第一级膜接触器和第二级膜接触器中的膜为聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、全氟烷氧基树脂膜、聚全氟乙丙烯膜、经表面疏水改性处理的聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜中的一种或几种，重均分子量为7,800,000～9,000,000。优选形式为中空纤维膜，中空纤维膜的外径为0.5～2mm；膜厚度为0.1～1mm，优选0.5～0.8mm；膜孔的平均孔径为0.3～15μm，优选0.6～10μm，再优选0.8～5μm；膜的孔隙率为10～60％，优选20～50％，更优选30～40％。

本发明提供了一种高氨氮废水脱氨设备的使用方法，包括如下步骤：

(1)对高氨氮废水的pH值进行监测，采用在线加碱装置确保废水的pH值在控制范围内，经固液分离器分离固体杂质后，由供料泵升压并经换热系统加热，确保过滤液在设定的压力和温度范围内；

(2)将加热的过滤液输送到第一级膜接触器的管程，经压力保护系统和调节阀的控制，将高压气体经第一级膜接触器的壳程溶入废水；将溶有高压气体的废水送入第二级膜接触器的管程，由射流真空泵将第二级膜接触器内的壳程形成负压，从而确保第二级膜接触器内的废水脱出氨氮，最终废水排出；

(3)由射流真空泵将氨气、水蒸气和高压溶气从第二级膜接触器内抽出，送入冷阱冷却，剩余氨气和高压溶气进入射流真空泵中，氨气和循环水制备成氨水送入氨水储罐，高压溶气形成不凝气回收利用或直接排放。

由供料泵、压力调节阀和压力保护系统控制，确保高氨氮废水的操作压力和高压气体保持一致，或者高氨氮废水的操作压力高于高压气体0～1.5bar，优选高氨氮废水的操作压力高于高压气体0～1bar，再优选高氨氮废水的操作压力高于高压气体0-0.5bar。

有益效果

本发明利用膜接触器的高比表面积，结合膜接触器内气体和液体传质的特点，在确保废水中高氨氮脱除目的的同时，可获得高附加值产品氨水，具有设备紧凑、占地面积小、效率高、能耗低、操作成本低等优势，在高氨氮废水处理领域有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

由图1所示，本实施例提供了一种高氨氮废水脱氨设备，包括预处理系统、分离系统和氨水制备系统；

所述预处理系统包括依次相连的固液分离器1、供料泵2和换热系统3，所述固液分离器1还与在线调碱装置4相连；

所述分离系统包括依次相连的第一级膜接触器5和第二级膜接触器6；所述换热系统3的液体出口32与第一级膜接触器5的液体进口51相连；

所述氨水制备系统包括依次相连的冷肼7、射流真空泵8和氨水储罐9；所述冷肼7的气体进口71与第二级膜接触器6的气体出口63相连。

所述固液分离器1内设置有高氨氮废水进口11、污泥出口12、废水出口13和在线调碱装置4的药品进口14；所述供热泵2内设置有废水进口21和废水出口22；所述换热系统3内设置有液体进口31、液体出口32、热源气体进口33和热源气体出口34；所述在线调碱装置4内设置有药品出口41。本实施例中所述药品为20％的氢氧化钠溶液。

本实施例中所述固液分离器1为微滤膜。

所述第一级膜接触器5内设置有液体进口51、液体出口52和高压气体进口53；所述第一级膜接触器5前端设置压力保护系统521，后端设置调节阀520；所述第二级膜接触器6内设置有液体进口61、液体出口62和气体出口63。

本实施例中所述高压气体为压缩空气。

所述冷肼7内设置气体进口71和气体出口72；所述射流真空泵8内设置气体进口81和气体出口82；所述氨水储罐9内设置气体进口91和氨水出口92。

本实施例中所述第一级膜接触器5和第二级膜接触器6中的膜为聚四氟乙烯膜，重均分子量为9,000,000。为中空纤维膜，中空纤维膜的外径为0.5～2mm；膜厚度为0.5～0.8mm；膜孔的平均孔径为0.8～5μm；膜的孔隙率为30～40％。

本实施例还提供一种高氨氮废水脱氨设备的使用方法，包括如下步骤：

(1)对高氨氮废水的pH值进行监测，采用在线加碱装置4确保废水的pH值在10.5～11.5内，经固液分离器1分离固体杂质后，由供料泵2升压并经换热系统3加热，确保过滤液在设定的压力和温度范围内，即70～80℃、0～2bar；

(2)将加热的过滤液输送到第一级膜接触器5的管程，经压力保护系统521和调节阀520的控制，将高压气体经第一级膜接触器5的壳程溶入废水；将溶有高压气体的废水送入第二级膜接触器6的管程，由射流真空泵8将第二级膜接触器内的壳程形成负压，从而确保第二级膜接触器6内的废水脱出氨氮，最终废水排出；

(3)由射流真空泵8将氨气、水蒸气和高压溶气从第二级膜接触器6内抽出，送入冷阱7冷却，剩余氨气和高压溶气进入射流真空泵8中，氨气和循环水制备成氨水送入氨水储罐9，高压溶气形成不凝气回收利用或直接排放。

本实施例脱氨效果如下表所示：

Claims (10)

1.一种高氨氮废水脱氨设备，其特征在于：包括预处理系统、分离系统和氨水制备系统；

所述预处理系统包括依次相连的固液分离器(1)、供料泵(2)和换热系统(3)，所述固液分离器(1)还与在线调碱装置(4)相连；

所述分离系统包括依次相连的第一级膜接触器(5)和第二级膜接触器(6)；所述换热系统(3)的液体出口(32)与第一级膜接触器(5)的液体进口(51)相连；

所述氨水制备系统包括依次相连的冷肼(7)、射流真空泵(8)和氨水储罐(9)；所述冷肼(7)的气体进口(71)与第二级膜接触器(6)的气体出口(63)相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述固液分离器(1)内设置有高氨氮废水进口(11)、污泥出口(12)、废水出口(13)和在线调碱装置(4)的药品进口(14)；所述供热泵(2)内设置有废水进口(21)和废水出口(22)；所述换热系统(3)内设置有液体进口(31)、液体出口(32)、热源气体进口(33)和热源气体出口(34)；所述在线调碱装置(4)内设置有药品出口(41)。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一级膜接触器(5)内设置有液体进口(51)、液体出口(52)和高压气体进口(53)；所述第一级膜接触器(5)前端设置压力保护系统(521)，后端设置调节阀(520)；所述第二级膜接触器(6)内设置有液体进口(61)、液体出口(62)和气体出口(63)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述高压气体为压缩空气、高压氮气、高压氧气、高压氦气、高压氢气、高压甲烷中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述冷肼(7)内设置气体进口(71)和气体出口(72)；所述射流真空泵(8)内设置气体进口(81)和气体出口(82)；所述氨水储罐(9)内设置气体进口(91)和氨水出口(92)。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述固液分离器(1)为微滤膜、超滤膜、微米过滤器、布袋过滤器、填料过滤器、CN过滤器、油水分离器中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述换热系统(3)是将高氨氮废水加热到30～100℃。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述在线调碱装置(4)中的药品为生石灰粉、熟石灰粉、碱石灰粉、石灰乳、石灰水、烧碱、片碱、液碱中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一级膜接触器(5)和第二级膜接触器(6)中的膜为聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、全氟烷氧基树脂膜、聚全氟乙丙烯膜、经表面疏水改性处理的聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜中的一种或几种，重均分子量为7,800,000～9,000,000。

10.一种如权利要求1所述的高氨氮废水脱氨设备的使用方法，包括如下步骤：

(1)对高氨氮废水的pH值进行监测，采用在线加碱装置(4)确保废水的pH值在控制范围内，经固液分离器(1)分离固体杂质后，由供料泵(2)升压并经换热系统(3)加热，确保过滤液在设定的压力和温度范围内；

(2)将加热的过滤液输送到第一级膜接触器(5)的管程，经压力保护系统(521)和调节阀(520)的控制，将高压气体经第一级膜接触器(5)的壳程溶入废水；将溶有高压气体的废水送入第二级膜接触器(6)的管程，由射流真空泵(8)将第二级膜接触器内的壳程形成负压，从而确保第二级膜接触器(6)内的废水脱出氨氮，最终废水排出；

(3)由射流真空泵(8)将氨气、水蒸气和高压溶气从第二级膜接触器(6)内抽出，送入冷阱(7)冷却，剩余氨气和高压溶气进入射流真空泵(8)中，氨气和循环水制备成氨水送入氨水储罐(9)，高压溶气形成不凝气回收利用或直接排放。

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