CN112875938A - 一种氨氮废水膜吸收处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种氨氮废水膜吸收处理装置及方法，所述装置包括废水缓冲罐、精密过滤器、错流膜接触器组件和吸收液循环罐；废水缓冲罐设有废水进水口和出水口，出水口与精密过滤器的过滤进水口连接，过滤出水口与第一个错流膜接触器的错流进水口相连，错流膜接触器的另一端设有错流出水口，近错流出水口侧设吸收液进液口，近错流进水口侧设吸收液出液口，吸收液循环罐的出液口通过酸泵与吸收液进液口相连，吸收液出液口与吸收液循环罐的进液口相连；吸收液循环罐的下部设有盐溶液排料口。本发明还公开了一种氨氮废水膜吸收处理方法。本发明装置结构简单、操作简便，处理量大，停留时间短，脱氨效果好，绿色环保、安全可靠，成本低，适宜于工业化生产。

Description

一种氨氮废水膜吸收处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种废水膜吸收处理装置及方法，具体涉及一种氨氮废水膜吸收处理装置及方法。

背景技术

氨氮废水主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等，大量氨氮废水排入水体不仅会引起水体富营养化、造成水体黑臭，大大提高了水处理的难度和成本，若不进行有效的处理必将会对人体及生物产生毒害作用。

传统废水氨氮脱除方法有：生物法、吹脱/汽提法、离子交换法、磷酸铵镁沉淀法、折点加氯法和电化学氧化法等。

（1）生物法：工艺成熟，脱氨效果好，运行成本低，适用于低浓度氨氮废水，但是，速率慢，流程长，反应器大，占地多，一般需外加碳源，投资成本高；

（2）吹脱或汽提法：工艺简单，适用性强，适用于各种浓度氨氮废水，但是，空气/蒸汽消耗大，能耗高，存在二次污染，设备易结垢；

（3）离子交换法：工艺简单，操作方便，投资较省，适用于低浓度氨氮废水，但是，树脂用量大，再生难，运行费用高；

（4）磷酸铵镁（MAP）沉淀法：操作简单，用药量大，适用于各种浓度氨氮废水，但是，成本高；

（5）折点加氯法：脱除率高，效果稳定，适用于低浓度氨氮废水；但是，存在液氯安全、余氯及氯代物污染问题，且运行成本高；

（6）电化学氧化法：净化效率高、流程简单、占地面积小，适用于低浓度氨氮废水，但是，电能消耗大，运行成本高。

目前，低浓度氨氮废水最常用的为生物法，高浓度氨氮废水则常用吹脱法。在传统吹脱法工艺中，加碱解离后的高氨氮废水首先进入吹脱塔，使用大量的压缩空气进行吹脱，吹脱后的废气需进入酸吸收塔将废气中进行氨气吸收，以免进入大气污染环境。

CN103086453A公开了一种氨氮废水膜集成脱氨的方法，包括以下步骤：1）预处理含氨废水，通入真空脱氨循环槽，通过真空脱氨循环泵泵入真空脱氨膜组件，调整真空度为0.08～0.095MPa、pH值为10～11、温度为20～50℃，进行真空膜脱氨2～5小时，得到真空脱除的氨气和含氨废水；2）将真空脱除的氨气排入氨回收真空系统，制成质量含量 14.5%～15%的氨水，回用于生产；将真空脱除的含氨废水返回真空脱氨循环槽后再通过真空脱氨循环泵泵入真空脱氨膜组件，直至废水氨氮值不大于所述预处理含氨废水中氨氮质量浓度的15%～25%；将真空脱除的含氨废水中废水氨氮值不大于所述预处理含氨废水氨氮质量浓度的15%～25%的废水泵入膜吸收循环槽。但是，该技术膜气态侧在真空抽吸过程中同时存在大量游离态氨气，传质过程的推动力有限，导致废水需要循环脱氨2～5小时，脱除效率较低，且脱除的氨气需另配置吸收系统配制氨水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单、操作简便，处理量大，脱氨效果好，绿色环保、安全可靠，能耗低、成本低的氨氮废水膜吸收处理装置。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种处理量大，脱氨效果好，停留时间短，工艺简单、成本低，适宜于工业化生产的氨氮废水膜吸收处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种氨氮废水膜吸收处理装置，包括废水缓冲罐、精密过滤器、错流膜接触器组件和吸收液循环罐；所述错流膜接触器组件由竖直方向上平行的一个或多个错流膜接触器串联而成；所述废水缓冲罐一侧设有废水进水口，另一侧设有废水出水口，所述废水出水口通过泵与精密过滤器一端的过滤进水口连接，所述精密过滤器另一端的过滤出水口与错流膜接触器组件中的第一个错流膜接触器一端的错流进水口相连，所述错流膜接触器的另一端设有错流出水口，所述错流膜接触器的近错流出水口侧设有吸收液进液口，所述错流膜接触器的近错流进水口侧设有吸收液出液口，所述吸收液循环罐的出液口通过酸泵与错流膜接触器的吸收液进液口相连，所述错流膜接触器的吸收液出液口与吸收液循环罐的进液口相连；所述吸收液循环罐的下部还设有盐溶液排料口。

本发明装置的工艺过程为：将废水缓冲罐中的氨氮废水经泵，先通过精密过滤器一端的过滤进水口，进入精密过滤器进行精密过滤，过滤后的氨氮废水通过错流膜接触器组件中的第一个错流膜接触器一端的错流进水口进入错流膜接触器，与此同时，吸收液循环罐中的吸收液通过酸泵进入错流膜接触器的吸收液进液口，氨氮废水与吸收液通过错流膜接触器中的错流膜，经错流扩散吸收后，吸收氨氮后的吸收液经错流膜接触器的吸收液出液口返回吸收液循环罐补充酸溶液后循环使用，并定期将吸收液循环罐中的盐溶液排出，被吸收氨氮后的废水经最末一个错流膜接触器的错流出水口进入后续生化处理段处理或进行达标排放。

优选地，所述精密过滤器中滤芯的过滤精度≤5μm。

优选地，所述精密过滤器的滤芯为PP棉滤芯。

优选地，所述精密过滤器的外壳为不锈钢。更优选地，所述不锈钢为SS304。

优选地，所述错流膜接触器被错流膜分隔为中间的废水管腔和外侧密闭的吸收液壳腔，错流进水口和错流出水口通过废水管腔连通，吸收液进液口和吸收液出液口通过吸收液壳腔连通。错流吸收的方式所产生的浓度梯度更大，传质推动力更大，更能有效提高吸收效率。

优选地，所述错流膜接触器与错流膜的内径之比为1.11～1.25:1。

优选地，所述错流膜接触器中膜的平均孔径≤0.05μm。

优选地，所述错流膜接触器中的膜为聚四氟乙烯膜。所述聚四氟乙烯膜具有耐腐蚀、抗酸碱等优点。本发明所采用的错流膜吸收脱氨是一种将物理或化学吸收和膜分离相结合的一种技术。在本发明中，错流膜接触器完整地替代了现有的吹脱塔和解吸塔的功能，将其组合到一个错流膜接触器的整体中，在错流膜接触器中，可以同时进行氨气解吸和吸收过程，由于错流膜接触器中的PTFE中空纤维膜为细丝结构，膜比表面积大，传质推动力大，反应效率提高，氨氮脱除效率高，可以大大降低设备占地面积。另外，由于错流膜吸收过程未使用到空气吹脱，因此，不会带来过程的二次污染，具有很强的技术优势。

优选地，所述废水缓冲罐与吸收液循环罐的容积之比为1:1～2。

优选地，所述废水缓冲罐与吸收液循环罐的材质均为聚乙烯。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种氨氮废水膜吸收处理方法，将氨氮废水通过泵送进行精密过滤，过滤后的氨氮废水与吸收液通过错流膜，进行错流扩散吸收后，吸收氨氮后的吸收液返回循环使用，被吸收氨氮后的废水符合后续生化处理段氨氮浓度要求或进行达标排放。所述后续生化处理段氨氮浓度要求≤200mg/L。所述达标排放废水的氨氮浓度≤15mg/L，符合《污水综合排放标准》GB8978-1996。

优选地，所述氨氮废水的氨氮浓度≤25000mg/L，浊度≤20NTU，pH值≥11.5，温度为40～60℃（更优选40～50℃）。氨氮在水中存在着离解平衡，当氨氮废水的pH值高于11.5时，废水中98%的氨会解离成游离态的NH₃，解离的氨氮废水和稀硫酸吸收液分别进入错流膜接触器的废水管腔和吸收液壳腔，由于废水中的氨已经解离成NH₃，NH₃会逐渐从气液界面挥发出来，扩散透过错流膜的膜孔进入稀硫酸吸收液中被吸收。

优选地，所述泵送的扬程为8～10mH₂O。

优选地，所述氨氮废水的处理量为5～200m³/h（更优选5～100m³/h）。

优选地，所述氨氮废水的流量与吸收液的流量的体积比为1:4～5。在所述比例下能实现NH₃与酸根的快速反应。

优选地，单位错流膜面积的氨氮废水的流量:6.67～16.67L/(m²·h)。不同废水的性质不同、所含氨氮浓度不同，以及吸收液的不同，流速要求不同，所述过流速度即为针对不同性质废水的最佳流速，一般情况下，设计流速越低效果越好，同时还需考虑余量。

优选地，所述吸收液为pH值为0.5～1.5的酸溶液。所述酸溶液为含硫酸、盐酸或硝酸等的溶液。所述吸收液初始为硫酸、盐酸或硝酸等的水溶液，经过循环后吸收液中含有部分铵盐。

优选地，单个错流膜接触器错流扩散的停留时间为1.0～2.6min。本发明采用膜侧吸收液，吸收液对氨的吸收快速，吸收液侧游离态氨的浓度严格为零，提供了传质过程的最大推动力，使废水中的氨氮从进膜组件到出膜组件的时间内，即得到有效脱除至国家允许排放标准以下或指定浓度，脱除氨氮的同时吸收氨气制成铵盐溶液，不存在二次污染风险。

优选地，所述吸收氨氮后的吸收液通过补充酸溶液维持pH值为0.5～1.5。所述酸溶液为硫酸、盐酸或硝酸溶液等。所述硫酸的质量浓度为50～98%，盐酸的质量浓度为30～37%，硝酸的质量浓度为30～68%。

优选地，当吸收液中铵盐的质量浓度≥10%时，排放吸收液提取副产品铵盐，并补充新鲜吸收液。当吸收液中铵盐的质量浓度过高时，铵盐的大量存在会影响传质性能，从而影响脱氨效率。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明氨氮废水膜吸收处理装置的结构简单、操作简便，处理量大，脱氨效果好，绿色环保、安全可靠，能耗低、成本低；

（2）本发明方法的处理量大，停留时间短，脱氨后出水中的氨氮含量符合后续生化处理段氨氮浓度要求，可低至15mg/L（符合《污水综合排放标准》GB8978-1996），脱氨率高达99.0%，工艺简单、成本低，适宜于工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例1、2一种氨氮废水膜吸收处理装置的示意图；

图2是本发明实施例1～3一种氨氮废水膜吸收处理装置中错流膜接触器的纵截面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的氨氮废水1来源于某化肥厂，氨氮浓度为2500mg/L，浊度为≤20NTU，pH值为12.5，温度为50℃，氨氮废水2来源于某石化厂，氨氮浓度为1500mg/L，浊度为≤20NTU，pH值为11.5，温度为45℃，氨氮废水3来源于某制药厂，氨氮浓度为1875mg/L，浊度为≤20NTU，pH值为12，温度为40℃；本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

一种氨氮废水膜吸收处理装置实施例1、2

如图1、2所示，一种氨氮废水膜吸收处理装置，包括废水缓冲罐1、精密过滤器2、错流膜接触器组件3和吸收液循环罐4；所述错流膜接触器组件3由竖直方向上平行的2个错流膜接触器3-1串联而成；所述废水缓冲罐1一侧设有废水进水口1-1，另一侧设有废水出水口1-2，所述废水出水口1-2通过泵5与精密过滤器2一端的过滤进水口2-1连接，所述精密过滤器2另一端的过滤出水口2-2与错流膜接触器组件3中的第一个错流膜接触器3-1一端的错流进水口3-1-1相连，所述错流膜接触器3-1的另一端设有错流出水口3-1-2，所述错流膜接触器3-1的近错流出水口3-1-2侧设有吸收液进液口3-1-3，所述错流膜接触器3-1的近错流进水口3-1-1侧设有吸收液出液口3-1-4，所述吸收液循环罐4的出液口4-1通过酸泵6与错流膜接触器3-1的吸收液进液口3-1-3相连，所述错流膜接触器3-1的吸收液出液口3-1-4与吸收液循环罐4的进液口4-2相连；所述吸收液循环罐4的下部还设有盐溶液排料口4-3；所述精密过滤器2中滤芯的过滤精度为3μm；所述精密过滤器2的滤芯为PP棉滤芯；所述精密过滤器2的外壳为SS304不锈钢；所述错流膜接触器3-1被聚四氟乙烯错流膜3-1-5分隔为中间的废水管腔3-1-6和外侧密闭的吸收液壳腔3-1-7，错流进水口3-1-1和错流出水口3-1-2通过废水管腔3-1-6连通，吸收液进液口3-1-3和吸收液出液口3-1-4通过吸收液壳腔3-1-7连通；所述错流膜接触器3-1与聚四氟乙烯错流膜3-1-5的内径之比为1.20:1；所述错流膜接触器3-1中聚四氟乙烯错流膜3-1-5的平均孔径为0.03μm；所述废水缓冲罐1与吸收液循环罐4的容积之比为1:1.5；所述废水缓冲罐1与吸收液循环罐4的材质均为聚乙烯。

本发明装置的工艺过程为：将废水缓冲罐1中的氨氮废水经泵5，先通过精密过滤器2一端的过滤进水口2-1，进入精密过滤器2进行精密过滤，过滤后的氨氮废水通过错流膜接触器组件3中的第一个错流膜接触器3-1一端的错流进水口3-1-1进入错流膜接触器3-1，与此同时，吸收液循环罐4中的吸收液通过酸泵6进入错流膜接触器3-1的吸收液进液口3-1-3，氨氮废水与吸收液通过错流膜接触器3-1中的错流膜3-1-5，经错流扩散吸收后，吸收氨氮后的吸收液经错流膜接触器3-1的吸收液出液口3-1-4返回吸收液循环罐4补充酸溶液后循环使用，并定期将吸收液循环罐4中的盐溶液排出，被吸收氨氮后的废水经最末一个错流膜接触器3-1的错流出水口3-1-2进入后续生化处理段处理或进行达标排放。

一种氨氮废水膜吸收处理装置实施例3

本发明实施例装置与实施例1、2的区别仅在于：所述错流膜接触器组件3由竖直方向上平行的3个错流膜接触器3-1串联而成。余同实施例1、2。

一种氨氮废水膜吸收处理方法实施例1

将10m³/h处理量的氨氮废水1以扬程为9mH₂O通过泵送进行精密过滤，过滤后的氨氮废水与吸收液（初始溶液为pH值为1.4的硫酸水溶液）以体积比为1:5通过错流膜，以单位错流膜面积的氨氮废水的流量为13.3L/(m²·h)，进行错流扩散吸收（单个错流膜接触器错流扩散的停留时间为1.5min，总停留时间为3.0min）后，吸收氨氮后的吸收液返回循环使用（通过补充质量浓度为98%的硫酸维持pH值为1.4），被吸收氨氮后的废水中氨氮含量为75mg/L，符合后续生化处理段氨氮浓度要求，脱氨率为97.0%。

当吸收液中硫酸铵的质量浓度≥10%，排放吸收液提取副产品硫酸铵，并补充新鲜质量浓度为98%的硫酸。

一种氨氮废水膜吸收处理方法实施例2

将5m³/h处理量的氨氮废水2以扬程为8mH₂O通过泵送进行精密过滤，过滤后的氨氮废水与吸收液（初始溶液为pH值为1.2的盐酸水溶液）以体积比为1:4通过错流膜，以单位错流膜面积的氨氮废水的流量为10.0L/(m²·h)，进行错流扩散吸收（单个错流膜接触器错流扩散的停留时间为1.75min，总停留时间为3.5min）后，吸收氨氮后的吸收液返回循环使用（通过补充质量浓度为37%的盐酸维持pH值为1.2），被吸收氨氮后的废水中氨氮含量为15mg/L，符合《污水综合排放标准》GB8978-1996，进行达标排放，脱氨率为99.0%。

当吸收液中氯化铵的质量浓度≥10%，排放吸收液提取副产品氯化铵，并补充新鲜质量浓度为37%的盐酸。

一种氨氮废水膜吸收处理方法实施例3

将20m³/h处理量的氨氮废水3以扬程为10mH₂O通过泵送进行精密过滤，过滤后的氨氮废水与吸收液（初始溶液为pH值为1.0的硝酸水溶液）以体积比为1:4.5通过错流膜，以单位错流膜面积的氨氮废水的流量为16.67L/(m²·h)，进行错流扩散吸收（单个错流膜接触器错流扩散的停留时间为1.0min，总停留时间为3.0min）后，吸收氨氮后的吸收液返回循环使用（通过补充质量浓度为68%的硝酸维持pH值为1.0），被吸收氨氮后的废水中氨氮含量为150mg/L，符合后续生化处理段氨氮浓度要求，脱氨率为92.0%。

当吸收液中硝酸铵的质量浓度≥10%，排放吸收液提取副产品硝酸铵，并补充新鲜质量浓度为68%的硝酸。

Claims (7)

1.一种氨氮废水膜吸收处理装置，其特征在于：包括废水缓冲罐、精密过滤器、错流膜接触器组件和吸收液循环罐；所述错流膜接触器组件由竖直方向上平行的一个或多个错流膜接触器串联而成；所述废水缓冲罐一侧设有废水进水口，另一侧设有废水出水口，所述废水出水口通过泵与精密过滤器一端的过滤进水口连接，所述精密过滤器另一端的过滤出水口与错流膜接触器组件中的第一个错流膜接触器一端的错流进水口相连，所述错流膜接触器的另一端设有错流出水口，所述错流膜接触器的近错流出水口侧设有吸收液进液口，所述错流膜接触器的近错流进水口侧设有吸收液出液口，所述吸收液循环罐的出液口通过酸泵与错流膜接触器的吸收液进液口相连，所述错流膜接触器的吸收液出液口与吸收液循环罐的进液口相连；所述吸收液循环罐的下部还设有盐溶液排料口。

2.根据权利要求1所述氨氮废水膜吸收处理装置，其特征在于：所述精密过滤器中滤芯的过滤精度≤5μm；所述精密过滤器的滤芯为PP棉滤芯；所述精密过滤器的外壳为不锈钢。

3.根据权利要求1或2所述氨氮废水膜吸收处理装置，其特征在于：所述错流膜接触器被错流膜分隔为中间的废水管腔和外侧密闭的吸收液壳腔，错流进水口和错流出水口通过废水管腔连通，吸收液进液口和吸收液出液口通过吸收液壳腔连通；所述错流膜接触器与错流膜的内径之比为1.11～1.25:1；所述错流膜接触器中膜的平均孔径≤0.05μm；所述错流膜接触器中的膜为聚四氟乙烯膜。

4.根据权利要求1～3之一所述氨氮废水膜吸收处理装置，其特征在于：所述废水缓冲罐与吸收液循环罐的容积之比为1:1～2；所述废水缓冲罐与吸收液循环罐的材质均为聚乙烯。

5.一种用权利要求1～4之一所述装置进行氨氮废水膜吸收处理的方法，其特征在于：将氨氮废水通过泵送进行精密过滤，过滤后的氨氮废水与吸收液通过错流膜，进行错流扩散吸收后，吸收氨氮后的吸收液返回循环使用，被吸收氨氮后的废水符合后续生化处理段氨氮浓度要求或进行达标排放。

6.根据权利要求5所述氨氮废水膜吸收处理方法，其特征在于：所述氨氮废水的氨氮浓度≤25000mg/L，浊度≤20NTU，pH值≥11.5，温度为40～60℃；所述泵送的扬程为8～10mH₂O；所述氨氮废水的处理量为5～200m³/h；所述氨氮废水的流量与吸收液的流量的体积比为1:4～5；单位错流膜面积的氨氮废水的流量:6.67～16.67L/(m²·h)；所述吸收液为pH值为0.5～1.5的酸溶液；单个错流膜接触器错流扩散的停留时间为1.0～2.6min。

7.根据权利要求5或6所述氨氮废水膜吸收处理方法，其特征在于：所述吸收氨氮后的吸收液通过补充酸溶液维持pH值为0.5～1.5；当吸收液中铵盐的质量浓度≥10%时，排放吸收液提取副产品铵盐，并补充新鲜吸收液。

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