CN219860686U - 一种高浓度氨氮废水的处理系统 - Google Patents

一种高浓度氨氮废水的处理系统 Download PDF

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汪清
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张和
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本实用新型提供了一种高浓度氨氮废水的处理系统,该系统利用吹脱塔借助热源气体从高浓度氨氮废水中分离出氨气,并在热分解器中将氨气完全转化为氮气和水,氨气完全转化为氮气和水后作为净化气体,可以直接排放,无二次污染;该系统利用热分解器中氨气热分解反应放出大量的热量,用来加热汽水分离器中含有氨氮的低温混合气,同时用来对吹脱塔中高浓度氨氮废水进行热吹脱处理。该处理系统,能够高效处理高浓度氨氮废水,且整个处理系统的工艺流程环保节能,能耗低,能源利用率高,相比于现有的处理系统,避免了生物除氮处理系统中产生污泥、二次污染等问题,避免了高浓度氨氮的吹脱或汽提+硫酸吸收这种处理系统中对硫酸铵产物的二次加工的问题。

Description

一种高浓度氨氮废水的处理系统
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域,特别涉及一种高浓度氨氮废水的处理系统。
背景技术
氨氮废水是指废水水体中氨氮含量超标,直接排入水体后,会造成外界水体生态环境恶化,对鱼类等水生生物的生存以及人体健康造成危害,并导致水体富营养化,降低水体观赏价值,也会增加水处理成本。
目前低浓度氨氮废水的处理方法主要为生物脱氮法,先在好氧条件下进行硝化反应,将氨氮氧化为硝态氮,然后在缺氧条件下进行反硝化,将硝态氮还原为氮气,排入大气,从而将氨氮去除。但此方法存在处理设备多、造价高、处理成本高、抗负荷能力差,影响因素多等缺点,且只能处理低浓度氨氮废水。
高浓度氨氮废水常采用吹脱、汽提等方法。吹脱法是将废水pH调节至碱性,然后通过气液接触将废水中的游离氨吹脱至大气中,空气吹脱法除氨,去除率可达70%以上,设备简单,易于操作,在国内外得到广泛应用,但气温低时吹脱效率低,吹脱时间长、出水氨氮浓度偏高。为了解决低温问题,从而改进为汽提法,汽提法是利用蒸汽与废水接触,将废水中游离氨蒸馏出来,以到达去除氨氮的目的。由于通入的蒸汽提高了废水的温度,使得氨分子易于脱除,去除效率可达90%以上,但汽提法所需蒸汽需大量热能,提高了运行成本。两种方法吹脱出的氨气采用水淋洗吸收,氨水浓度低(1%左右),回用价值低,易挥发,容易造成二次污染;使用硫酸等酸性溶液吸收,生成硫酸铵等其他铵盐,需做进一步的处理,提纯结晶,工艺流程较长,必定增加投资成本,且最终生产的硫酸铵产品,价格低廉,销售困难。
现有专利CN208791401U提出了一种高浓度氨氮废水处理一体化设备,该设备基于汽提法即向气液分离罐内部输送高温气体,从而有助于使氨氮与废水充分分离,所以该设备仅限于将废水中的氨氮分离出来,其中使用的高温蒸汽需要耗费大量热能,还没能彻底解决氨氮的分解降解问题。
因此,提出一种处理高浓度的氨氮废水的系统或方法,一方面彻底降解分解氨氮,另一方面减少药剂和能源的使用,实现绿色环保,对于当下环境保护是很有必要的。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种高浓度氨氮废水的处理系统,避免了现有的吹脱法能耗高、获得再生氨水浓度低、回收价值低等问题。
为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种高浓度氨氮废水的处理系统,所述系统包括相连通的氨氮吹脱装置和高效氨气热分解系统,氨氮吹脱装置包括吹脱塔,高浓度氨氮废水从塔顶向下与塔内底部的热源气体逆流接触传质,分离出废水中的氨氮,形成含有氨氮的低温混合气体进入高效氨气热分解系统内,分离后废水排出塔外;
高效氨气热分解系统包括通过管路依次连通的汽水分离器、气体预热器、加热器以及热分解器,吹脱塔顶部通过管路连接至汽水分离器的入口,含有氨氮的低温混合水气进入汽水分离器内分离出含有氨气的低温混合气体,再顺次输送至气体预热器、加热器、热分解器内,氨气在热分解器内发生热分解反应并释放出大量热量,形成氮气和水蒸气的高温净化气体,热分解器排放出的高温的净化气体再次输送至气体预热器内,并与初始进入气体预热器入口的含有氨气的低温混合气体进行热交换,气体预热器出口排出的次高温净化气体,再次输入至吹脱塔内作为热源气体使用;
高效氨气热分解系统还包括在管路上设置的引力风机。
进一步的,所述吹脱塔的顶部和底部分别设置有排气管和吹脱塔排水管,吹脱塔内部分别设置有布水器和气体分布器,气体分布器位于布水器的正下方,布水器靠近吹脱塔顶部,气体分布器靠近吹脱塔的底部,布水器的进水端与吹脱塔外的吹脱塔进水管连通,气体分布器的进气端与吹脱塔外的进气管连通,气体分布器与布水器之间形成液体与气体逆流接触的空间,所述高浓度氨氮废水从吹脱塔进水管进入,分离后废水从所述吹脱塔排水管排出,含有氨氮的低温混合气体从所述排气管排出,热源气体从所述进气管进入塔内。
进一步的,所述高效氨气热分解系统中汽水分离器的入口与所述吹脱塔气体排出口相连通,汽水分离器的出口连通至气体预热器入口,气体预热器的低温气体出口通过加热器进气管与加热器的入口相连,加热器的出口通过热分解器进气管与热分解器的入口连通,热分解器的出口通过热分解器出气管与气体预热器的高温气体入口连接,气体预热器的出口通过预热器出气管连接至所述吹脱塔的热源气体入口。
进一步的,所述高效氨气热分解系统中引力风机设置在气体预热器的气体入口前,含有氨气的低温混合气体经过预热器引风机加强动力后再输送。
进一步的,所述高效氨气热分解系统还包括净化气体排出烟囱,所述净化气体排出烟囱设置在气体预热器出口与吹脱塔热源气体入口的连接管路上,所述气体预热器出口排出的次高温净化气体一部分从排出烟囱排出至环境中,一部分送至吹脱塔内。
进一步的,所述高效氨气热分解系统还包括新鲜空气补入装置,所述新鲜空气补入装置包括依次串联的新鲜空气进气管、新鲜空气引风机和新鲜空气补充口,气进气管连接在净化气排出烟囱前、气体预热器出口后的管路上。
相比于现有技术,本实用新型的系统具有以下有益效果:
1、本系统设备利用热催化降解氨氮法,利用吹脱塔借助热源气体,从高浓度氨氮废水中分离出氨气,并在热分解器中,将氨气完全转化为氮气和水,整个系统流程环保节能,一是,氨气完全转化为氮气和水后作为净化气体,可以直接排放,无二次污染;二是,该系统中不存在二次污染和其他副产物;三是,该系统可以利用热分解器中氨气分解反应放出大量的热量,即从热分解器排出的高温气体的热量,一方面可以用来加热汽水分离器中含有氨氮的低温混合气,另一方面可以用来对吹脱塔中高浓度氨氮废水进行热吹脱。
2、本系统设备的能耗低,氨气与空气中的氧气,在热分解器中进行放热反应,系统运行稳定后,放热反应产生的热量即可以满足系统运行自身所需的能量,外部热源加热器停止工作,能够节约能耗;且产生的热源气体可以形成闭环处理系统,提高了能量利用率。
3、基于本系统设备处理高浓度氨氮废水,对比常规处理方法如生物除氮,可以避免反应速率慢,受温度影响很大,同时会产生生物污泥,造成二次污染和处理费用等问题;对比高浓度氨氮的吹脱或汽提+硫酸吸收,系统运行需要大量热源,反应塔排出的氨气,采用硫酸吸收,产生大量的硫酸铵,可以避免对需要硫酸铵的二次加工,提高硫酸铵浓度才可作为产品销售的问题。
附图说明
图1为本实用新型处理高浓度氨氮废水的系统的工艺流程图;
图中,1、氨氮吹脱装置,101、吹脱塔进水管,102、布水器,103、吹脱塔,104、气体分布器,105、吹脱塔排水管,106、排气管,107、进气管;
2、高效氨气热分解系统,201、汽水分离器,202、预热器引风机,203、气体预热器,204、加热器进气管,205、加热器,206、热分解器进气管,207、热分解器,208、热分解器出气管,209、预热器出气管,210、净化气排出烟囱,211、新鲜空气补充口,212、新鲜空气引风机,213、新鲜空气进气管。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。
本实用新型提出了一种处理高浓度氨氮废水的系统,主要包括氨氮吹脱装置1和高效氨气热分解系统2。高浓度的氨氮废水进入氨氮吹脱装置1后,分离出来的气体再进入到高效氨气热分解系统2进一步热分解,氨气在到高效氨气热分解系统2中被彻底热分解为氮气和水蒸气后,一部分向大气中排放、一部分回收利用。
如图1所示,氨氮吹脱装置1包括吹脱塔103,吹脱塔103的顶部和底部分别设置有排气管106和吹脱塔排水管105,吹脱塔103内部还分别设置有布水器102和气体分布器104,气体分布器104位于布水器103的正下方,布水器102靠近吹脱塔103顶部,气体分布器104则靠近吹脱塔103的底部,布水器102的进水端与吹脱塔103外的吹脱塔进水管101连通,气体分布器104的进气端与吹脱塔103外的进气管107连通,气体分布器104与布水器103之间形成液体与气体逆流接触的空间。高浓度氨氮废水自吹脱塔进水管105进入吹脱塔103的布水器102内并分散淋落,分离后废水从吹脱塔排水管105排出,含有氨气的低温混合水汽从排气管106排出,高温热源气体从进气管107进入并从气体分布器104进入吹脱塔103内。
还如图1所示,高效氨气热分解系统2包括汽水分离器201、预热器引风机202、气体预热器203、加热器205、热分解器207和净化气排出烟囱210。具体的,吹脱塔103通过其顶部的排气管106与汽水分离器201的入口相连,汽水分离器201出口连接有预热器引风机202,含有氨气的低温混合气体经过预热器引风机202加强动力后,再进一步输送,并依次进入到气体预热器203、加热器205和热分解器207,气体预热器203的低温气体出口通过加热器进气管204与加热器205的入口相连,加热器205的出口通过热分解器进气管206与热分解器207的入口连通,热分解器207的出口通过热分解器出气管208与气体预热器203的高温气体入口连接,气体预热器203的气体出口通过预热器出气管209连接至净化气排出烟囱210。
含有氨气的混合气体在热分解器207中发生热分解反应并释放出热量,氨气最终被分解为氮气和水蒸气,并形成高温净化气体,再从热分解器207的出口排出,热分解器207出口排出的高温净化气体再次进入到气体预热器203内,与来自汽水分离器201的含有氨气的混合气体进行热交换,变成温度略降低的次高温净化气体,该次高温净化气体一部分从净化气排出烟囱210排出,另一部分再次通过吹脱塔进气管107进入到吹脱塔103内。
高效氨气热分解系统2还包括设置在净化气排出烟囱210前、气体预热器203后的新新鲜空气进气管213、新鲜空气引风机212和鲜空气补充口211,补入新鲜空气后,温度略降低的次高温净化气体与新鲜空气混合,使得温度再次降低,此时氮气浓度降低,一部分直接从烟囱排放,另一部进入吹脱塔对氨氮废水进行吹脱处理。
该废水处理系统投入运行时,流程工艺如下,高浓度氨氮废水自总进水管进入到吹脱塔内的布水器后,由布水器均匀分散,由上而下的向下淋落,热源气体由吹脱塔下部的气体分布器进入塔内,由下而上的上升,热源气体与高浓度氨氮废水逆向流动并接触,氨氮被吹脱塔底部的热源气体吹脱出来,形成含有氨气的低温混合水气,并从吹脱塔顶部的吹脱塔排气管排出,再进入到高效氨气热分解系统继续处理。而氨氮含量减少的分离后废水从吹脱塔底部的排水管排出。在这一逆流接触的吹脱过程中,气体分布器内的200~300℃的热源气体进入到吹脱塔内,与高浓度氨氮废水接触后,形成70~100℃的含有氨氮的低温混合水气,该低温混合水气在汽水分离器中进行气液分离,分离后的低温混合气体由引力风机输送至气体预热器中与来自热分解器排出口的高温净化气体进行热交换,经过初步预热后,70~100℃的含有氨氮的低温混合气体温度上升至200~250℃,并送至加热器205中加热,加热后低温混合气体温度上升至300~400℃,并入热分解器中进行热分解放热反应,反应方程式如下:
4NH3(g)+3O2(g)→2N2(g)+6H2O(g)ΔH=-1269kJ/mol,本反应中使用的催化剂为TITERIEDR触媒,购买自日本OES株式会社。
此时,热分解器中排出的高温净化气体温度为500~600℃,再进入气体预热器,对进入高效氨气热分解系统的低温混合气体预热,温度为500~600℃的高温净化气体在预热器中温度降为400~500℃的次高温净化气体,该次高温净化气体与新鲜空气混合,可以使得温度降低为300~400℃,被新鲜空气稀释、降温后的净化气体,一部分直接排放,另一部进入氨氮吹脱装置的吹脱塔对氨氮废水吹脱处理。
上述处理高浓度氨氮废水的系统装置,相比常规处理装置,将吹脱分离出的氨气在热分解器中,氨气被完全转化为氮气和水,不存在二次污染和其他副产物,且反应放出大量的热量,从分解器排出的热气体的热能,可以被利用对废水中的氨氮进行热吹脱,形成闭环处理系统。同时提高了氨氮去除效果、能量利用率。

Claims (5)

1.一种高浓度氨氮废水的处理系统,其特征在于,所述系统包括相连通的氨氮吹脱装置(1)和高效氨气热分解系统(2),
氨氮吹脱装置(1)包括吹脱塔(103),高效氨气热分解系统(2)包括通过管路依次连通的汽水分离器(201)、气体预热器(203)、加热器(205)以及热分解器(207),吹脱塔(103)顶部通过管路连接至汽水分离器(201)的入口,
所述高效氨气热分解系统(2)中汽水分离器(201)的入口与所述吹脱塔(103)气体排出口相连通,汽水分离器(201)的出口连通至气体预热器(203)入口,气体预热器(203)的低温气体出口通过加热器进气管(204)与加热器(205)的入口相连,加热器(205)的出口通过热分解器进气管(206)与热分解器(207)的入口连通,热分解器(207)的出口通过热分解器出气管(208)与气体预热器(203)的高温气体入口连接,气体预热器(203)的出口通过预热器出气管(209)连接至所述吹脱塔(103)的热源气体入口;
高效氨气热分解系统(2)还包括在管路上设置的引风机。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度氨氮废水的处理系统,其特征在于,所述吹脱塔(103)的顶部和底部分别设置有排气管(106)和吹脱塔排水管(105),吹脱塔(103)内部分别设置有布水器(102)和气体分布器(104),气体分布器(104)位于布水器(102)的正下方,布水器(102)靠近吹脱塔(103)顶部,气体分布器(104)靠近吹脱塔(103)的底部,布水器(102)的进水端与吹脱塔(103)外的吹脱塔进水管(101)连通,气体分布器(104)的进气端与吹脱塔(103)外的进气管(107)连通,气体分布器(104)与布水器(102)之间形成液体与气体逆流接触的空间,所述高浓度氨氮废水从吹脱塔进水管(101)进入,分离后废水从所述吹脱塔排水管(105)排出,含有氨氮的低温混合气体从所述排气管(106)排出,热源气体从所述进气管(107)进入塔内。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度氨氮废水的处理系统,其特征在于,所述高效氨气热分解系统(2)的引风机设置在气体预热器(203)的入口前。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度氨氮废水的处理系统,其特征在于,所述高效氨气热分解系统(2)还包括净化气体排出烟囱(210),所述净化气体排出烟囱(210)设置在气体预热器(203)出口与吹脱塔(103)热源气体入口的连接管路上,所述气体预热器(203)出口排出的次高温净化气体一部分从排出烟囱(210)排出至环境中,一部分送至吹脱塔(103)内。
5.根据权利要求4所述的一种高浓度氨氮废水的处理系统,其特征在于,所述高效氨气热分解系统(2)还包括新鲜空气补入装置,所述新鲜空气补入装置包括依次串联的新鲜空气进气管(213)、新鲜空气引风机(212)和新鲜空气补充口(211),新鲜空气进气管(213)连接在净化气排出烟囱(210)前、气体预热器(203)出口后的管路上。
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