CN202881028U - 一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置，尤其是一种处理硝酸铵废水的装置。以硝酸铵废水为原水，依次经由预处理组件、电渗析组件、电去离子组件组成的集成膜系统处理。预处理组件包括有纤维过滤器、水冷式冷却器、酸碱加药中和罐。电渗析组件采用多级串联的电渗析器组合而成，电去离子组件由单个或多个电去离子器组合而成。整个装置可以达到氨氮≤10mg/L，总氮≤30mg/L的环保要求。经处理后的排出水，其浓水的质量浓度达10％，可以送至工厂生产系统，进一步浓缩蒸发，得到铵盐结晶，将废水中的铵盐全部回收；其淡水中的电导率接近于零，作为纯水回用。这样全部出水都可以得到利用，实现了资源化，达到了零排放。

Description

一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置，尤其是一种处理硝酸铵废水的装置。 

背景技术

无机铵盐废水是指在化工、医药生产过程中，排出含有无机铵盐的废水，这种废水有机杂质较少，可以用简单的预处理组件去除。 

目前无机铵盐废水无害化处理主要有以下几种：吹脱法、多效蒸馏法、生化法和电渗析膜法等。吹脱法需要加化学药剂调节pH值，且吹脱后铵盐残留量过高，还有二次污染等问题，多效蒸馏法就是先将废水加碱加温，使水中的铵盐分解，用多效蒸馏器蒸馏，制成氨水回收，这一过程，由于通常要加碱，使溶液变为碱性，处理后水的pH偏高，易污染环境。生化法是将废水收集至生化池中，用细菌将铵盐分解，最后形成氮气。在生化反应过程中，需要加入碳源和菌种，并且当水中铵盐浓度稍高，即氨氮达到500mg/L时，菌种就会死亡，无法进行生化反应。电渗析膜法是在最近几年兴起的技术，它能将废水中的铵盐大部分回收，但是处理后，水中残留的氨氮浓度太高，不能达到2011年颁布国家环保要求的水中氨氮≤10mg/L和总氮≤30mg/L的指标。无法回用造成了水资源的浪费。 

电渗析器在纯水工业中应用已有一段时间，不少研究者发现电渗析器在水中离子少的情况下，会在离子交换膜间发生水解离反应，水解离成H⁺和OH^-离子，补充水中的离子成为电荷的载体，并称之为极化反应。电渗析极化反应发生后，会消耗大量的电能，电渗析的工作效率降低，导致出水水质下降，耗能增加，因此一般电渗析纯水出水的电导率不高，现在纯水市场上已被反渗透技术所取代。 

电渗析技术处理废水的原理与处理纯水的原理近似，在多级串联的电渗析器末段，由于水中的大部分铵盐，即导电离子已经被脱除，水中导电离子很少，就极易发生极化反应。这样使得水中的铵盐离子脱除不完全，不能达到国家环保要求，另外电渗析膜的密封手段较简单，主要靠膜与膜之间的弹性密封，工作一段时间后，不同膜收缩膨胀不均匀，导致电渗析膜间串水，浓水室溶液串流到淡水室溶液，使电渗析器出水水质变差，这些是其难以克服的缺点。 

电去离子技术是用于纯水处理系统，广泛在电厂、电子和制药能行业得到应用，它能根据不同行业的需求制成不同规格的纯水，并有连续运行，无人值守，密封性能好，不用再生树脂，出水好等优点。但它对进水有严格要求，见表1。 

表1电去离子纯水器进水要求 

项目	单位	水质指标
			电导率	μS/cm	≤10
pH		6～8
			温度	℃	5～35
硬度(以CaCO3计)	mg/L	≤0.1
			TEA	mg/L	≤20
余氯	mg/L	≤0.01
			可反应硅	mg/L	≤0.5
TOC	mg/L	≤0.1
			铁、锰、H2S	mg/L	≤0.01

进水若不能达到电去离子纯水器技术要求，将会发生各种问题。通常电去离子纯水器的前端大多数为反渗透装置，人们对电去离子纯水器用于废水心存疑虑，因此电去离子技术尚没有在氨氮废水应用的先例。 

电去离子技术是电渗析与离子交换两者内在的合成一体的结合又称填充床电渗析器。所 谓电去离子纯水器就是在电渗析器中的淡水室填装了阴、阳混合离子交换剂(颗粒、纤维或编织物)，将电渗析和离子交换置于一种容器中，两者内在地联合成一体。由于纯水中离子交换剂的导电能力比一般所接触的水要高2～3个数量级，由于交换剂颗粒不断发生交换作用与再生作用而构成了“离子通道”，结果使淡水室体系(溶液、交换剂和膜)的电导率大大增加，从而减弱了电渗析器的极化现象，提高了电渗析器的极限电流，使水达到高度淡化。 

在电去离子技术处理废水过程中，主要有两个过程：1.在外电场作用下，水中电解质离子通过离子交换膜进行选择性迁移的电渗析过程；2.阴、阳混合离子交换剂上的NH₄ ⁺和OH^-，NO₃ ^-等离子对水中电解质离子的离子交换过程(从而加速去除淡水室内水中的离子)。水中的NH₄ ⁺和OH^-，NO₃ ^-被离子交换树脂交换吸附后，浓度较水中的NH₄ ⁺和OH^-，NO₃ ^-高，易于被上述的电渗析过程所迁移，也就增大了废水中铵盐离子的迁移效率。 

电去离子器内部填充树脂，出水水质要求高，密封较好，由密封圈密封，很少发生串水现象。 

发明内容

本实用新型目的在于提供处理一种无机铵盐废水的装置，尤其是处理硝酸铵盐废水的装置，由预处理组件、电渗析组件、电去离子组件组成，可连续工作，废水中的铵盐可以被全部回收。 

本实用新型的目的是这样实现的： 

采用预处理组件将废水中不可溶的杂质和有机杂质过滤去除，调整溶液的pH值和温度达到膜装置处理的条件。再使用多级串联分为三个系列并联的电渗析组件初步脱盐，电渗析组件产生的浓水经分级循环浓缩后，蒸发烘干制成化学品回用，电渗析组件产生的淡水再经电去离子组件二次处理后，产生的浓水回用作为前端电渗析原水的补充，产生的淡水可供锅炉回用。 

预处理组件包括：纤维过滤器、水冷式冷却器、酸碱加药中和罐。调整废水中温度≤30℃，pH值5～8之间，水中基本无颗粒物，SDI≤5。 

电渗析组件：电渗析组件由多个电渗析器串联组成，分为多级处理废水，分为三个系列，每个系列由一个或多个电渗析器串联而成：第一系列，以经过预处理组件处理的硝酸铵废水作为原水，电渗析器对其进行初级处理，排出的浓水进入第二系列处理，淡水进入第三系列处理；第二系列，以上级电渗析组件排出的浓水作为原水，进行浓缩处理，经电渗析组件多次循环浓缩后，浓水的质量百分浓度达10％，收集后回用，制成化工物料，淡水则进入第一系列作为原水的补充。第三系列，以第一系列电渗析组件产出的淡水为原水，经过处理，浓水返回第一系列作为原水的补充，淡水收集供电去离子组件使用。废水经电渗析组件处理，分为两股水流，一股为浓水，一股为淡水，电场力的作用下，淡水的铵盐跨膜迁移到浓水，浓水采用循环浓缩法，不断增浓，淡水经处理后，水中的铵盐浓度不断降低，供电去离子组件处理。 

电去离子组件：由单个或多个电去离子器串联而成的电去离子组件组成，根据水量的不同和水中铵盐的浓度进行调整并联的电去离子组件，每个电去离子组件由1个或2个电去离子器串联而成。电去离子器的浓水也采用循环浓缩法增浓，达到一定浓度后，送到前面电渗析组件的进水口，作为原水使用，循环处理，淡水经处理后，收集至水罐中回用。淡水的水质可以依据需要进行调整，水质的调整与电去离子器的工作电流、工作电压和废水流速相关。电渗析组件和电去离子组件浓淡水交叉循环使用，最终达到系统的水平衡。水平衡后系统废水的进水流量与最终电去离子组件出水流量相等。电去离子器的极水，由电去离子器下部进入，上部排出，是一个独立的运行管路。极水最好不含其它盐分，否则易影响回收铵盐的纯度。电去离子器内部填充有阴阳离子交换树脂，阳树脂和阴离子树脂填充的比例的范围为2∶1到2∶8，内部填充树脂的均一系数小于1.3。 

本实用新型可以产生如下效果： 

1.减少了电渗析器的数量，减少了废水处理装置的占地面积 

电渗析器在水中离子较少的情况下，会发生极化反应，降低电渗析器的脱盐效率。普通的电渗析器通常采用增加电渗析器串联的手段来克服这一问题，这样做带来了设备费用增加、占地面积增大、运行费用增加等缺点。采用了电渗析和电去离子技术集成后，电渗析技术可以处理较高浓度的氨氮废水和氨氮浓缩液的提浓，电去离子技术处理低浓度氨氮废水，发挥它们各自的长处，可以大大减少电渗析器数量。据计算，可以减少1/5的电渗析器用量，占地面积和运行费用也有相应的降低。 

2.耗能降低，减少浓差极化 

电去离子器由于内部填充了离子交换树脂，能大量吸附交换在水中的离子，使导电能力增加，减少浓差极化现象的发生，提高了工作效率，降低了能耗。由于树脂填充均匀，均一系数小于1.3，可以降低流阻，阴阳树脂比例合适，可以较好的迁移水中的NH₄ ⁺和NO₃ ^-离子，使它们迅速的从淡水室迁移至浓水室。 

3.解决了电渗析器的出水问题 

电渗析器在末端会有浓差极化现象，它会使工作效率降低，能耗增加，出水水质变差，无法长期稳定达到出水氨氮≤10mg/L(GB26131-2010硝酸工业污染物排放标准)，对国家提出总氮≤30mg/L标准更是无法达到。而电去离子技术可以用于制备高纯水。这两种技术集成后，可以使出水达到锅炉用纯水的要求。 

本专利技术的水处理装置可以连续工作，无人值守，无需备用，自动化程度高，可以将废水中的铵盐全部回收，浓缩铵盐的质量百分浓度达10％以上，水中铵盐经浓缩后，可以制成浓缩液供企业加工成化工产品。处理后出水可以根据需求调整，质量浓度能从达到国家氨氮废水排放标准10mg/L直至零，可回用或作为低压锅炉给水，没有排废，实现零排放。 

附图说明

图1是集成膜处理含无机铵盐废水的装置图： 

1——酸碱加药中和罐；2——冷却器；3——废水收集罐；4——过滤器；5——第三系列电渗析组件；6——第一系列电渗析组件；7——第二系列电渗析组件；8——电去离子组件；9——电渗析浓水罐；10——电去离子组件浓水罐；11——电去离子组件纯水罐； 

图2是集成膜处理含无机铵盐废水的装置中的电去离子器图： 

12——电去离子器端板；13——阳离子交换膜；14——浓水室；15——淡水室；16——阴离子交换膜；17——极水室；图中黑球表示阴离子交换树脂，白球表示阳离子交换树脂；18——极水室水流方向；19——淡水室水流方向；20——浓水室水流方向。 

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步描述： 

实施例一 

以硝酸铵废水处理为例： 

本实用新型的装置流程见图1，是由预处理组件、电渗析组件和电去离子组件组成硝酸铵集成膜处理装置，预处理组件由酸碱加药中和罐(1)、水冷式冷却器(2)、纤维过滤器(4)组成，废水先由酸碱加药中和罐(1)中和，再进入水冷式冷却器(2)降温，废水再通纤维过滤器(4)把水中的颗粒物杂质过滤去除，将废水调整为pH值5-7，温度≤35℃，SDI≤5，变为适于膜技术处理的水。 

电渗析组件由多个电渗析器串联组成再分为多级处理，本实施例分为三个系列，每个系列由3个电渗析器串联而成：废水先进入第一系列(6)，以经过预处理组件处理的硝酸铵废水作为原水，电渗析器对其进行初级处理，排出的浓水进入第二系列电渗析组件(7)中处理，淡水进入第三系列电渗析组件(5)中处理；第二系列电渗析组件(7)，以上级电渗析组件排出的浓水作为原水，进行浓缩处理，排入电渗析组件浓水罐(9)经电渗析器多次循环浓缩后，当浓水的质量百分浓度达10％，收集后回用，制成化工物料，生成的淡水则进入第一系列电 渗析组件(6)作为原水的补充。第三系列电渗析组件(5)，以第一系列电渗析组件淡水为原水，经处理后，浓水返回第一系列电渗析组件(6)作为原水的补充，淡水收集供电去离子组件(8)使用。电去离子组件(8)由2个电去离子器串联而成再2组并联，电去离子组件(8)的原水来自第三系列电渗析组件(5)的淡水，经电去离子器处理后，收集至电去离子组件纯水罐(11)，淡水回用或作为锅炉给水，浓水进入电去离子组件浓水罐(10)循环浓缩，至浓度与原水浓度相当后，补入第一系列电渗析组件(6)的原水进口。本实施例中电去离子器阳阴树脂的填充比例为2∶3，树脂的均一系数为1.2，这都可以有利于电渗析末端低含量氨氮的脱除。 

经检测，废水中硝酸铵的回收率达99％，回用的浓水质量百分浓度为10％以上，回用的淡水中出水水质经检测可以达到氨氮≤10mg/L，总氮≤30mg/L的标准。电导率最高可达0.2μS/cm，达到中压锅炉用水要求。 

实施例二 

本实施例所采用的设备，较实施例一，少了一个系列的电渗析组件： 

本实用新型实施例见图2，是由预处理组件、电渗析组件和电去离子组件组成硝酸铵集成膜处理装置，预处理组件同实施例一，电渗析组件由三个系列变为二个系列，每个系列由4个电渗析器串联而成：当预处理组件将废水调整为pH值5-7，温度≤35℃，SDI≤5，变为适于膜技术处理的水后，进入电渗析组件。先进入第一系列电渗析组件(6)，处理后，浓水进入第二系列电渗析组件(7)处理，产生的浓水排入电渗析组件浓水罐(9)，经循环浓缩后，浓水的质量百分浓度达10％后，排出，收集后回用制成化工物料。第一系列电渗析组件(6)产生的淡水，直接进入电去离子组件(8)，经2个串联，再2个并联的电去离子器处理，产生的淡水进入纯水罐(11)收集回用，浓水进入浓水罐(10)循环浓缩，使浓水的浓度与第一系列电渗析组件(6)入口的浓度相当，排出，补充入电渗析原水。本实施例中电去离子器阳阴树脂的填充比例为2∶4，树脂的均一系数为1.1，这都有利于电渗析末端低含量氨氮的脱除。 

本实施例是流量5m³/h的硝酸铵废水，电去离子器流量为2～3m³/h，电渗析器的流量为10m³/h，电渗析器4个串联组成二个系列，调整电压、电流和流量参数，使得进入电去离子器前的水量在5～6m³/h，电导率不大于1000μS/cm，出水水质经检测可以达到氨氮≤10mg/L，总氮≤30mg/L的标准。 

实施例三 

以处理氯化铵废水为例： 

在化肥钾盐生产过程中，常有氯化铵废水生成。本实用新型的流程工艺与实施例二近似，区别在于在预处理工艺中，只是由过滤器(4)组成，由于后面的电渗析和电去离子膜工艺对废水中颗粒物的含量要求很高，采用微滤膜技术，可以将大部分杂质滤出。其它同实施例二。出水水质经检测可以达到氨氮≤10mg/L，总氮≤30mg/L的标准。 

Claims (3)

1.一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置，其特征在于：该装置由预处理组件、电渗析组件和电去离子组件依次组合而成；预处理组件包括有酸碱加药中和罐、水冷式冷却器、纤维过滤器；电渗析组件采用多级串联的电渗析器组合而成；电去离子组件由单个或多个电去离子器串联组合而成，从而实现深度脱盐，回收淡水供锅炉或生产工艺回用，回收浓水返回上级电渗析系统。 

2.根据权利要求1所述的一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置，其特征在于：所述电去离子器的电极水由电去离子器下部进入，上部流出，构成独立的极水管路。 

3.根据权利要求1所述的一种用集成膜处理含无机铵盐废水的装置，其特征在于：所述电去离子器内部填充有阴阳离子交换树脂，填充树脂的均一系数小于1.3。 

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