CN116444087A - 一种电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境科学与资源利用的技术领域，具体涉及一种电渗析‑气态膜法氨氮工业废水处理方法，包括以下步骤：将待处理含氨废水进行预处理，除去废水中的颗粒物杂质；经预处理后的废水经过气态膜法处理，回收废水中的氨氮，降低废水中的氨氮浓度；气态膜法处理后的出水经过电渗析处理，进一步回收其中的氨氮，产水符合排放标准。本发明采用电渗析‑气态膜法处理氨氮工业废水，将电渗析废水处理与气态膜法合理结合，达到低电耗、环保节能的目的，无二次污染。同时，本方法操作方便，污水处理过程简单，节约了水处理成本，实现了清水回收和污水零排放，减少了环境污染，并可有效回收淡水和硝铵，从而产生一定的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及环境科学与资源利用的技术领域，具体涉及一种电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法。
背景技术
随着经济的快速发展及人民生活水平的不断提升，氨氮废水的产生量也与日俱增，氨氮废水主要来源于食品、化工、养殖、制药、垃圾填埋等领域，大量氨氮废水的排放加剧了水体富营养化，严重破坏了水体的生态环境，危害人类的生活环境。
目前，氨氮废水处理技术主要有生物法、吹脱法、折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、膜吸收法、高级氧化法、电渗析等。上述方法处理效率低、能耗高、易产生二次污染。从发展趋势来看，废水处理工艺应充分考虑水质特征和污水处理要求，力求处理过程简单、低电耗，具有经济实用、环保节能的优点。
本发明采用电渗析-气态膜法处理氨氮工业废水，与通常的电渗析法相比，本发明解决了现有的多级电渗析氨氮工业废水处理系统电耗较高的问题，可以达到国家污水排放要求，同时回收利用淡水和硝铵，产生良好的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，解决了现有的多级电渗析氨氮工业废水处理系统电耗较高的问题，可以达到国家污水排放要求，同时回收利用淡水和硝铵，产生良好的经济效益。
本发明实现目的所采用的方案是：一种电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，包括以下步骤：
(1)将待处理含氨废水进行预处理，除去废水中的颗粒物杂质；
(2)经预处理后的废水经过气态膜法处理，回收废水中的氨氮，降低废水中的氨氮浓度；
(3)气态膜法处理后的出水经过电渗析处理，进一步回收其中的氨氮，产水符合排放标准。
优选地，所述步骤(1)中，含氨废水的氨氮浓度为3000～6000mg/L。
优选地，所述步骤(1)中，预处理的具体方法为采用膜分离工艺分离含氨废水中的颗粒物杂质。
优选地，所述步骤(2)中，采用气态膜组件进行气态膜法处理废水，所述气态膜组件包括疏水性的中空纤维微孔膜，所述中空纤维微孔膜的一侧为酸性吸收液，另一侧为待处理的废水，处理时，含氨废水通过中空纤维膜组件管程，酸性吸收液在中空纤维膜组件壳程与废水呈错流流动，废水中氨在废水与微孔膜界面处汽化并扩散穿过膜孔，在微孔膜与吸收液界面处与酸性吸收液中氢离子H+发生反应，得到高度浓缩和纯化的铵盐，从而脱除废水中氨。
优选地，废水中游离态的NH3在废水侧通过浓度边界层扩散至中空纤维微孔膜表面，随后在膜两侧NH3分压差的推动下，NH3在废水和中空纤维微孔膜界面处气化进入膜孔，然后扩散进入吸收液侧与酸性吸收液发生快速的不可逆的反应，从而达到氨氮脱除的目的。
优选地，所述酸性吸收液为硫酸、盐酸、硝酸中的至少一种。
优选地，所述步骤(2)中，气态膜法处理后的出水中氨氮可达到50mg/L以下。
进一步的，气态膜法处理后的出水中氨氮可达到15mg/L以下。
优选地，所述步骤(3)中，电渗析处理后，出水中氨氮浓度可达到10mg/L以下。
进一步的，电渗析处理后，出水中氨氮浓度可达到5-10mg/L。
优选地，所述步骤(3)中，产水可用于脱盐水使用或者直接排放。
本发明具有以下优点和有益效果：
本发明采用电渗析-气态膜法处理氨氮工业废水，对现有的电渗析污水处理系统进行技术改造升级，将电渗析废水处理与气态膜法合理结合,解决了现有的多级电渗析氨氮工业废水处理系统电耗较高的问题，达到低电耗、环保节能的目的，无二次污染。同时，本方法操作方便，污水处理过程简单，节约了水处理成本，实现了清水回收和污水零排放，减少了环境污染，并可有效回收淡水和硝铵，从而产生一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图；
图2为本发明的电渗析处理的原理图；
图3为本发明气态膜处理的原理图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1所示，一种电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，包括以下步骤：
(1)将待处理含氨废水进行预处理，除去废水中的颗粒物杂质；
(2)经预处理后的废水经过气态膜法处理，回收废水中的氨氮，降低废水中的氨氮浓度；
(3)气态膜法处理后的出水经过电渗析处理，进一步回收其中的氨氮，产水符合排放标准。
电渗析-气态膜法处理氨氮工业废水技术,对现有的电渗析污水处理系统进行技术改造升级，将电渗析废水处理与气态膜法合理结合,解决了现有的多级电渗析氨氮工业废水处理系统电耗较高的问题，达到低电耗、环保节能的目的，无二次污染。同时，本方法操作方便，污水处理过程简单，节约了水处理成本，实现了清水回收和污水零排放,达到国家污水排放要求，减少环境污染，又可以回收淡水和硝铵产生经济效益。
所述步骤(1)中，含氨废水的氨氮浓度为3000～6000mg/L。
所述步骤(1)中，预处理的具体方法为采用膜分离工艺分离含氨废水中的颗粒物杂质。
所述步骤(2)中，采用气态膜组件进行气态膜法处理废水，所述气态膜组件包括疏水性的中空纤维微孔膜，所述中空纤维微孔膜的一侧为酸性吸收液，另一侧为待处理的废水，处理时，含氨废水通过中空纤维膜组件管程，酸性吸收液在中空纤维膜组件壳程与废水呈错流流动，废水中氨在废水与微孔膜界面处汽化并扩散穿过膜孔，在微孔膜与吸收液界面处与酸性吸收液中氢离子H+发生反应，得到高度浓缩和纯化的铵盐，从而脱除废水中氨。
废水中游离态的NH3在废水侧通过浓度边界层扩散至中空纤维微孔膜表面，随后在膜两侧NH3分压差的推动下，NH3在废水和中空纤维微孔膜界面处气化进入膜孔，然后扩散进入吸收液侧与酸性吸收液发生快速的不可逆的反应，从而达到氨氮脱除的目的。
所述酸性吸收液为硫酸、盐酸、硝酸中的至少一种。
所述步骤(2)中，气态膜法处理后的出水中氨氮可达到50mg/L以下。
所述步骤(3)中，电渗析处理后，出水中氨氮浓度可达到10mg/L以下。
所述步骤(3)中，产水可用于脱盐水使用或者直接排放。
如图2所示，电渗析的原理是在外加直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对水中离子的选择透过性，阳离子透过阳膜迁移到阴极液中，阴离子透过阴膜迁移到阳极液中，从而达到浓缩、纯化与分离的目的。对于低浓度氨氮废水处理，可达到90％以上的去除率。试验表明，电渗析技术除氨氮是可行的，它具有工艺简便、无需投加化学药剂、去除效率高、运行稳定、维护费用低、影响因素少等优点。
如图3所示(以硫酸作为酸性吸收液为例)，气态膜脱氨技术采用疏水性的中空纤维微孔膜作为含氨废水和吸收液的屏障，这时膜一侧是待处理的氨氮废水，另一侧是酸性吸收液，疏水的微孔结构在两液相间提供一层很薄的气膜结构。性能优异的微孔疏水膜，将含氨料液(或废水)和吸收液分隔开来，以挥发性组分(比如氨)在膜两侧的蒸汽压差为驱动力，脱除、回收、富集料液或废水中氨。过程：含氨料液(或废水)通过中空纤维膜组件管程，吸收液(硫酸/盐酸/硝酸等)在膜组件壳程与料液呈错流流动，一定pH值条件下，料液中氨在料液与微孔膜界面处汽化并扩散穿过膜孔，在微孔膜与吸收液界面处与酸性吸收液中氢离子H+发生反应，得到高度浓缩和纯化的铵盐(硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸氢铵等)，从而脱除料液中氨。
废水中游离态的NH3在废水侧通过浓度边界层扩散至疏水微孔膜表面，随后在膜两侧NH3分压差的推动下，NH3在废水和微孔膜界面处气化进入膜孔，然后扩散进入吸收液侧与酸性吸收液发生快速的不可逆的反应，从而达到氨氮脱除的目的气态膜脱氨一般用稀硫酸或稀硝酸作为吸收剂，若使用稀硝酸可回收一定浓度的氨水生成硝酸铵销售。
本发明的方法最适用于废水氨氮在3000～6000mg/L之间的处理。出水氨氮可达到15mg/L以下，吸收剂可重复利用。处理成本较其他处理方法最低，其综合效益最高。
本方法的应用推广受制于膜材料的研发和生产规模。
采用气态膜法-电渗析串联，高浓度氨氮废水经过气态膜组件除去大部分氨氮，降低氨氮浓度，然后采用电渗析法除盐，该方法处理成本较其他处理方法低，其综合效益高。气态膜法最适用于废水氨氮在3-6g/L之间的处理，出水氨氮可达到15mg/L以下。然后，采用电渗析处理低浓度氨氮废水时，具有较高的去除效率，平均去除率可高达90％以上，出水氨氮可达到5-10mg/L。
预处理部分多种膜分离工艺先将废水中含有的颗粒物等杂质去除。气态膜法处理含氨废水的方法，含氨废水经过预处理进入气态膜组件，将废水中的氨氮浓度降低到50mg/L以下，脱氨后的料液进入电渗析组件，同时回收废水中的氨氮得到高纯浓氨水形成硝酸铵副产品，并产生淡水，回收利用或达标排放。吸收剂可再生循环使用，无二次污染,能耗低,耗电量小于1度/吨废水，蒸汽耗量小于0.04吨/吨废水甚至低至0.02吨蒸汽/吨废水。单纯用精馏过程处理同样的废水的热能耗通常为0.12～0.18吨蒸汽/吨废水。
气态膜法处理含氨废水后，再采用电渗析联合处理工艺，提高去除效率，脱盐率达98％以上，经电渗析处、反渗透处理后氨氮降为5-10mg/L操作简单，易于机械化和自动化控制。处理水量可达20吨/小时，处理后的浓缩水可作为硝酸铵工艺冷却水，淡化水作为脱盐水使用，不会出现外排水，处理过程中不会产生再污染。电渗析过程无相变，可以避免离子交换树脂饱和失效。
本发明的电渗析-气态膜法处理氨氮工业废水技术,对现有的电渗析污水处理系统进行技术改造升级，将电渗析废水处理与气态膜法合理结合,解决了现有的多级电渗析氨氮工业废水处理系统电耗较高的问题，达到低电耗、环保节能的目的，无二次污染。同时，本方法操作方便，污水处理过程简单，节约了水处理成本，实现了清水回收和污水零排放,达到国家污水排放要求，减少环境污染，又可以回收淡水和硝铵产生经济效益。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理含氨废水进行预处理，除去废水中的颗粒物杂质；
(2)经预处理后的废水经过气态膜法处理，回收废水中的氨氮，降低废水中的氨氮浓度；
(3)气态膜法处理后的出水经过电渗析处理，进一步回收其中的氨氮，产水符合排放标准。
2.根据权利要求1所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中，含氨废水的氨氮浓度为3000～6000mg/L。
3.根据权利要求1所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中，预处理的具体方法为采用膜分离工艺分离含氨废水中的颗粒物杂质。
4.根据权利要求1所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用气态膜组件进行气态膜法处理废水，所述气态膜组件包括疏水性的中空纤维微孔膜，所述中空纤维微孔膜的一侧为酸性吸收液，另一侧为待处理的废水，处理时，含氨废水通过中空纤维膜组件管程，酸性吸收液在中空纤维膜组件壳程与废水呈错流流动，废水中氨在废水与微孔膜界面处汽化并扩散穿过膜孔，在微孔膜与吸收液界面处与酸性吸收液中氢离子H+发生反应，得到高度浓缩和纯化的铵盐，从而脱除废水中氨。
5.根据权利要求4所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：废水中游离态的NH3在废水侧通过浓度边界层扩散至中空纤维微孔膜表面，随后在膜两侧NH3分压差的推动下，NH3在废水和中空纤维微孔膜界面处气化进入膜孔，然后扩散进入吸收液侧与酸性吸收液发生快速的不可逆的反应，从而达到氨氮脱除的目的。
6.根据权利要求4或5所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述酸性吸收液为硫酸、盐酸、硝酸中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中，气态膜法处理后的出水中氨氮可达到50mg/L以下。
8.根据权利要求1所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中，电渗析处理后，出水中氨氮浓度可达到10mg/L以下。
9.根据权利要求1所述的电渗析-气态膜法氨氮工业废水处理方法，其特征在于：所述步骤(3)中，产水可用于脱盐水使用或者直接排放。
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|---|---|---|---|---|
| CN118651938A (zh) * | 2024-06-07 | 2024-09-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电渗析和耦合反渗透膜的氨氮回收装置及方法 |
| CN118684380A (zh) * | 2024-07-02 | 2024-09-24 | 齐鲁工业大学(山东省科学院) | 一种煤化工合成气黑水节能、减碳及资源化处置的组合工艺 |
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