CZ309403B6 - Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309403B6 CZ309403B6 CZ2022-10A CZ202210A CZ309403B6 CZ 309403 B6 CZ309403 B6 CZ 309403B6 CZ 202210 A CZ202210 A CZ 202210A CZ 309403 B6 CZ309403 B6 CZ 309403B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- acid
- ammonia
- waste water
- water
- contact
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 180
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 66
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 34
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 239000000618 nitrogen fertilizer Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- VKFFEYLSKIYTSJ-UHFFFAOYSA-N tetraazanium;phosphonato phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O VKFFEYLSKIYTSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
- B01D19/0005—Degasification of liquids with one or more auxiliary substances
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/54—Nitrogen compounds
- B01D53/58—Ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/10—Separation of ammonia from ammonia liquors, e.g. gas liquors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/12—Separation of ammonia from gases and vapours
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
- C02F1/586—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds by removing ammoniacal nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
- Fertilizers (AREA)
Abstract
Způsob a zařízení pro separaci amoniaku z odpadních vod zahrnuje kontaktní desorpci rozpuštěných plynů z odpadní vody proudem vzduchu v kontaktním zařízení (3) a neutralizaci odcházejících vzdušin kyselinou v neutralizačním zařízení (5), přičemž částečně odplyněná odpadní voda se z části recirkuluje do kontaktního zařízení (5) a kyselina, která reagovala s amoniakem ve vzdušině, se z části recirkuluje zpět do neutralizačního zařízení (5) a z části se z ní v separátoru (S) separují soli k použití jako hnojivo.
Description
Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Vynález se týká zpracování odpadních vod obsahujících amoniak a fugátů a digestátů z bioplynových stanic.
Dosavadní stav techniky
Amoniak je v různých koncentracích obsažen v odpadních kapalinách, jako jsou zejména odpadní vody vycházející ze zemědělských výrob, kalové vody čistíren odpadních vod nebo fugáty a digestáty vypouštěné z bioplynových stanic. Amoniak je v malém množství vítaným hnojivem podporujícím rostlinnou výrobu, ale ve větším množství se stává nepříjemným polutantem ohrožujícím především vodní toky a podzemní vody. Separovat amoniak z výše zmíněných vodných odpadních kapalin není snadné, neboť se jedná z fyzikálně-chemického pohledu o poměrně komplikovaný systém. Amoniak ve vodě disociovaný i rozpuštěný je často provázen spektrem dalších rozpuštěných látek, a navíc spektrem doprovodných částicových látek, které způsobují změny a nerovnoměrnosti v reologii odpadních kapalin; registrujeme u nich nenewtonské chování. Pojem „víceviskózní kapaliny“ zohledňuje proměnlivou zdánlivou viskozitu těchto kapalin.
Při separaci amoniaku z odpadních vod se uplatňují především membránové technologie. Jejich měrný výkon je ale poměrně nízký, přičemž pořizovací a provozní náklady jsou velmi značné. Dalšími způsoby separace amoniaku z vodného prostředí jsou rovnovážná nebo diferenciální destilace nebo odparkové procesy. Ty se však používají především v laboratorních podmínkách a při relativně malých zpracovávaných objemech kapalin, protože výparné teplo u těchto procesů vyžaduje velký energetický příkon.
Separace amoniaku z odpadních vod je popsána ve spisu CZ 308740 B6. Uvádí se zde způsob zahušťování fugátu bioplynové stranice zbaveného hrubých pevných částic. Surový fugát ohřátý na teplotu 45 °C až 70 °C se vede k alespoň jednostupňovému odplynění při tlaku v rozmezí 0,01 až 0,6 bar, přičemž odloučený amoniak se odvádí k absorpci do zahuštěného fugátu, zatímco odplyněný fugát ohřátý na 50 °C až 85 °C, jehož pH se upraví na hodnotu 3 až 7,5, se podrobí odpařování za tlaku 0,1 až 0,6 bar v alespoň dvou stupních odpařování, načež se odplyněný zahuštěný fugát vede k absorpci amoniaku odloučeného při odplynění fugátu a po ochlazení se amoniakem sycený zahuštěný fugát odvádí ke skladování.
CN 102942973 A uvádí kombinovaný způsob zpracování fugátu bioplynové stanice zahrnující: odloučení a absorpci amoniaku, odstranění fekálních bakterií a čištění a desulfurizaci bioplynu. Fugát s upraveným pH je veden shora do stripovacího zařízení, přičemž zespodu do něj vstupuje vynášecí vzduch, který unáší amoniak ze stripovacího zařízení do dna absorpční kolony. Zde dochází k absorpci vzduchem unášeného amoniaku kyselinou proudící shora absorpční kolonou. Vyčištěný vynášecí vzduch je recirkulován na vstup stripovacího zařízení.
Vynález si klade za úkol navrhnout účinnou technologii separace amoniaku, jakož i zařízení, které tuto technologii realizuje ve velkých objemech odpadních vod s relativně nízkými náklady.
Podstata vynálezu
Uvedený úkol splňuje způsob separace amoniaku z odpadních vod zahrnující desorpci rozpuštěných plynů z odpadní vody proudem vzduchu a vypírání odcházejících vzdušin kyselinou.
- 1 CZ 309403 B6
Podstata způsobu spočívá v tom, že:
- odpadní voda zbavená tuhých substancí se ohřeje na 35 až 92 °C a nastřikuje se do kontaktního zařízení, kde se amoniak obsažený v odpadní vodě desorbuje kontaktem s vynášecím vzduchem ohřátým na 40 až 90 °C přiváděným v množství 0,001 až 0,05 Nm3 vzduchu na 1 litr vody;
- z kontaktního procesu odcházející voda se z části recirkuluje zpět do odpadní vody vstupující do kontaktního procesu a část se odvádí jako odpadní voda s požadovaným sníženým obsahem amoniaku;
- z kontaktního procesu odcházející vynášecí vzduch ve formě vzdušin obsahujících amoniak se za atmosférického tlaku a teploty 20 až 90 °C vede do neutralizačního zařízení, kde dochází ke styku vzdušin s kyselinou v koncentracích 10 až 30 % tvořící reakcí s amoniakem využitelnou amonnou sůl, přičemž kyselina stéká po kontaktních plochách, na kterých dochází k neutralizační reakci v poměru 2,0 až 20,0 litru kyseliny na 0,01 Nm3 vynášecích vzdušin a po absorpci amoniaku v kyselině se vzdušiny jako brýdové plyny odtahují do okolí;
- zatímco kyselina, která zčásti reagovala s amoniakem za vzniku amonné soli, se po temperaci vrací recyklací do procesu neutralizace, přičemž po dosažení zvolené koncentrace solí v kyselině se z recyklované kyseliny separují amonné soli a voda k využití jako hnojivo, přičemž kyselina oddělená v procesu separace se vrací do procesu neutralizace.
S výhodou probíhá kontaktní proces za tlaku 20 až 99 kPa, přičemž maximální teplota nastřikované odpadní vody a vlastní teplota desorpce jsou nejméně o 8 °C nižší, než je teplota varu vody při daném tlaku.
Z brýdových plynů odtahovaných do okolí mohou být vraceny do neutralizačního zařízení kapky vody obsahující amoniak.
Pro dosažení optimálních hodnot při dalším zpracování se zdánlivá viskozita odpadní vody před nástřikem do kontaktního zařízení upraví na hodnotu 2 až 30.10-3 Pa.s při smykové rychlosti 200 s-1 a její pH na hodnotu 8 až 12.
Zařízení k separaci amoniaku z odpadních vod popsaným způsobem je tvořeno kontaktní částí a neutralizační částí, které jsou propojeny potrubím vedoucím vynášecí vzdušiny obsahující amoniak,
- přičemž kontaktní část je tvořena kontaktním zařízením s kapalinovou zdrží, do kterého svrchu ústí přívod surové odpadní vody, v němž jsou zapojeny: analyzátor odpadní vody na vstupu, čerpadlo odpadní vody a tepelný výměník odpadní vody, které má vespod zaústěn přívod vynášecího vzduchu, do nějž je zapojen tepelný výměník vynášecího vzduchu, přičemž z kapalinové zdrže je vedeno recirkulační potrubí vody částečně zbavené amoniaku, do nějž je zapojeno čerpadlo oběhu odpadní vody a z nějž vybíhá odbočka k výstupu odplyněné vody ze systému opatřená analyzátorem vypouštěné vody;
- přičemž neutralizační část je tvořena neutralizačním zařízením s kapalinovou zdrží, do kterého zespodu ústí potrubí přivádějící z kontaktní části vynášecí vzdušiny obsahujícími amoniak a do kterého svrchu ústí recirkulační potrubí kyseliny opatřené čerpadlem dávkování kyseliny, přičemž z horní části neutralizačního zařízení je veden odtah brýdových plynů a z kapalinové zdrže je vedeno recirkulační potrubí kyseliny s amonnými solemi, do kterého jsou zapojeny: analyzátor amoniaku na výtoku kyseliny, čerpadlo oběhu kyseliny a temperování recyklované kyseliny, a z kterého vybíhá odbočka k separátoru kyselina - voda - sůl, z nějž je vedeno vratné potrubí kyseliny před čerpadlo.
- 2 CZ 309403 B6
S výhodou je do odtahu brýdových plynů zapojen ventilátor odtahu brýdových plynů a separátor kapek brýdových plynů s přepadem do neutralizačního zařízení.
Pro dosažení optimálních hodnot při dalším zpracování je separační zařízení na vstupu surové odpadní vody opatřeno filtrační sekcí separující hrubější partikulární frakce, které odpadové vody obsahují, rozmíchávací nádrží se vstupem rozmíchávací vody a vstupem bazických přísad, přičemž rozmíchávací nádrž je vybavena senzorem zdánlivé viskozity propojeným s ventilem na vstupu rozmíchávací vody a senzorem pH propojeným s ventilem na vstupu bazické přísady.
Navrhovaná separační technologie spočívá v separaci molekul amoniaku vytěsňováním z vodných odpadových kapalin s proměnlivou viskozitou. K tomu dochází podle Henriho zákona při vytváření gradientu parciálního tlaku mezi amoniakem, který je rozpuštěn ve vodné odpadní kapalině, a vynášecím plynem, který je do vodní odpadní kapaliny distribuován. Tato technologie využívá znalosti chování amoniaku ve vodném prostředí, kde je část amoniaku v disociovaném stavu a druhá část je rozpuštěna ve vodě, kde se řídí Henriho fyzikálním zákonem. Navrhované řešení se týká právě amoniaku rozpuštěného ve vodním prostředí.
Nejprve se chemicko-fyzikálním způsobem, tedy ohřevem, případně snížením tlaku a aditivací bazické přísady, zvyšuje podíl parciálního tlaku amoniaku rozpuštěného ve vodním prostředí vůči amoniaku disociovanému a následně se tato rozpuštěná část vytěsňováním a přestupem hmoty do značné míry převede do vynášecího plynu, ze kterého je pak amoniak odstraněn chemisorpcí za vzniku amonné soli. Ta je následně separována jako žádané kapalné/pevné dusíkaté hnojivo.
Objasnění výkresu
Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž je na obr. 1 prezentováno technologické schéma příkladného provedení zařízení k separaci amoniaku z odpadních vod, přičemž na obr. 2 je schéma alternativní část zařízení k úpravě surové vody na vstupu do separačního zařízení.
Příklady uskutečnění vynálezu
Uspořádání a funkce zařízení podle obr. 1 je následující:
Surová odpadní voda se vstupem RV1 je po analýze složení analyzátorem Ao dopravována do separačního procesu čerpadlem 1 odpadní vody. Je filtrována na filtru F a ohřívána v tepelném výměníku 2 odpadní vody. V provedení separačního zařízení s úpravou surové vody podle obr. 2 jsou parciální tlak amoniaku a viskozita surové odpadní vody na vstupu upravovány v rozmíchavací nádrži 11 ohřevem, přidáním rozmíchávací vody se vstupem RR a aditivací bazické přísady se vstupem RB tak, aby surová voda dosáhla optimálních hodnot pro další zpracování. Rozmíchávací nádrž 11 je pro tento účel vybavena senzorem Vis viskozity propojeným s ventilem na vstupu RR rozmíchávací vody a senzorem pH propojeným s ventilem na vstupu RB bazické přísady. K úpravě pH pro vytváření optimálního parciálního tlaku rozpuštěného amoniaku ve vodném prostředí může být použita libovolná báze ve formě práškovité nebo kapalné, která v následujícím procesu neutralizace reaguje s kyselinou a vytvoří žádané soli. Úprava surové odpadní vody je výhodná zejména tehdy, jedná-li se o odpadní vodu, např. fugát nebo digestát, s proměnlivou viskozitou nebo odpadní vodu, která přichází z více zdrojů.
Upravená surová voda je vedena do separačního procesu - nastřikována do kontaktního zařízení 3, kde se při dané teplotě a tlaku udržuje výhodný gradient parciálního tlaku amoniaku pro jeho přestup z vodného prostředí do přiváděného vynášecího plynu - konkrétně tlakového vzduchu. Kontaktní zařízení 3 je tepelnou izolací a případným dodatečným ohřevem udržováno na požadované teplotě. Vynášecí vzduch je do procesu přiváděn z rozvodu tlakového vzduchu podniku nebo je použit samostatný zdroj tlakového vzduchu pro tento účel. Vynášecí vzduch
- 3 CZ 309403 B6 přiváděný přívodem RZ1 se ohřívá v tepelném výměníku 4. Při průchodu kontaktním zařízením 3 desorbuje nastřikovanou odpadní vodu a unáší uvolněný amoniak.
Vynášecí vzduch s amoniakem je po průchodu kontaktním zařízením 3 odváděn, pokud možno nejkratší trasou do neutralizačního zařízení 5. Zde dochází ke kontaktu vynášejícího vzduchu obsahujícího amoniak s kyselinou přiváděnou do neutralizačního zařízení 5 dávkovacím čerpadlem 6. Reakcí kyseliny stékající po funkčních plochách neutralizačního zařízení 5 s amoniakem vznikají soli příslušné použité kyseliny. Požadavek, aby trasa mezi kontaktním zařízením 3 a neutralizačním zařízením 5 byla co nejkratší, vychází z potřeby minimalizovat kondenzaci par amoniaku i vodních par v propojovacím potrubí, která by komplikovala konstrukční provedení neutralizačního zařízení 5.
Neutralizační zařízení 5 je ve své spodní částí vybaveno kapalinovou zdrží, kam stéká kyselina po průchodu funkční částí neutralizačního zařízení 5 obsahující rozpuštěné soli. Odtud je kyselina obsahující rozpuštěné soli vedena oběhovým čerpadlem 7 uzavřeným okruhem přes temperování TEMP zpět k přívodu kyseliny do neutralizačního zařízení 5 před dávkovací čerpadlo 6. Tím je dávkována do funkční části neutralizačního zařízení 5.
Tento recyklační proces opětovného nástřiku použité kyseliny do neutralizačního zařízení 5 probíhá až do okamžiku, kdy analyzátor A umístěný na výtoku kyseliny z neutralizačního zařízení 5 zaznamená, že nasycení kyseliny rozpuštěnými solemi a naředění této kyseliny reakční vodou dosáhlo nastavené úrovně. Po dosažení nastavené úrovně je otevřen ventil X odvodu části kyseliny do separátoru S kyselina - sůl - voda, odkud se po částečné nebo úplné separaci solí a reakční vody vrací kyselina samostatnou recyklací kyseliny před čerpadlo 6, opět k nástřiku do procesu neutralizace.
Deficit kyseliny vyvolaný odtahem kyseliny s obsahem soli/reakční vody v separátoru S, je-li větší než povolený, je kompenzován doplňováním čerstvé kyseliny na jejím vstupu RK1. Množství doplňované kyseliny se řídí podle údajů příslušného senzoru pH, podle dávkovaného objemu snímaného senzorem V a podle úrovně hladiny kyseliny v kapalinové zdrži neutralizačního zařízení 5 indikované senzorem L hladiny.
Vynášecí vzduch, ze kterého byl průchodem neutralizačním zařízením 5 odstraněn téměř všechen obsah rozpuštěného amoniaku, prochází v podobě brýdových plynů separátorem 8 kapek, odkud se separované kapky naředěné kyseliny přepadem vracejí do funkční části neutralizačního zařízení 5. Vzduch je dále odtahován prostřednictvím ventilátoru 9 do výduchu RZ2 brýdových plynů mimo separační objekt. Množství brýdových plynů, teplota brýdových plynů a zbytkový obsah amoniaku v brýdových plynech jsou monitorovány příslušnými senzory Vi, Ti a analyzátorem Ai brýdových plynů umístěnými před výduchem RZ2 těchto plynů do atmosféry.
Odpadní voda je průchodem kontaktním zařízením 3 ochuzována o větší část obsahu amoniaku, a pokud separace amoniaku v kontaktním zařízení 3 není na požadované úrovni, technologie je připravena zajistit následný opětovný částečný průchod vody kontaktním cyklem. V takovém případě je voda čerpadlem 10 oběhu odpadní vody dopravována k recyklaci za filtr F. Voda, která podle údajů analyzátoru Af vypouštěné vody ovládajícího vypouštěcí ventil Y dosahuje požadované kvality, je vypouštěna mimo proces separace výstupem RV2 odplyněné vody. Zde jsou připraveny příslušné skladovací nádoby pro její další využití v zemědělských aplikacích, případně vstup do vodoteče.
Amonné soli a reakční voda, vypadávající z procesu neutralizace, jsou po odloučení separátorem S vypouštěny výstupem RK2 produktů do produktových nádob jako komerční kapalné hnojivo, případně po separaci vody jako běžné práškové hnojivo.
- 4 CZ 309403 B6
Jako kontaktní zařízení 3 může být použit například kapalinový scrubber s jednou tryskou nebo více tryskami k vytváření kapalinové clony pro kontakt kapalina-plyn, nebo kontaktní kolona se sypanou, patrovou, strukturovanou nebo probublávanou vrstvou.
Jako neutralizační zařízení 5 může být použit membránový neutralizační reaktor s neutralizační reakcí probíhající na povrchu porézních dutých polymerních membrán, nebo neutralizační kolona se sypanou nebo jinou vrstvou pro aplikaci dvoufázového toku.
Jako separátor S určený k separaci solí a reakční vody, vznikajících při neutralizační reakci amoniaku a zvolené kyseliny, může být použita vhodná membránová jednotka a/nebo libovolná obvyklá odparka.
Na laboratorním zařízení byla technologie podle vynálezu testována s následujícími výsledky:
Příklad 1
Fugát z bioplynové stanice obsahující 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 kg fugátu, byl v množství 1,2 kg/min přiváděn do procesu separace. Po filtraci na filtru F s okem 0,63 mm, úpravě zdánlivé viskozity přidáním vody na úroveň 10-2 Pa.s při úrovni smykové rychlosti 200 s-1 (měřeno na DG42 rotačním reometru Rheolab QC), úpravě pH přídavkem NH4OH na hodnotu 10 a ohřevu v rozmíchávací nádrži 11 na teplotu 65 °C byl nastřikován do temperovaného kontaktního zařízení 3 s teplotou pracovní komory 65 °C. Jako kontaktní zařízení byla použita sypaná kolona o průměru 100 mm a výšce sypané vrstvy 80 cm s Berlovými sedly z PE o velikosti 1/2”, profukovaná vynášecím tlakovým vzduchem škrceným na úroveň 200 kPa před vstupem do kontaktní kolony, ohřátým na teplotu 65 °C v tepelném výměníku 4. Přiváděné množství vynášecího vzduchu, odpovídalo poměru 30 N litrů vzduchu na 1 kg fugátu. Fugát s výše uvedeným obsahem nedisociovaného NH3 na 1 kg fugátu byl analyzován na analyzátoru A0 vstupní kvality při vstupu do procesu separace amoniaku. Fugát je tímto kontaktním způsobem zbavován amoniaku na finální úroveň 1,45 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr, ta byla snímána analyzátorem Af kvality fugátu vystupujícího z kontaktního zařízení 3. Fugát vycházející z kapalinové zdrže kontaktního zařízení 3, byl posléze z 50 % odváděn mimo technologii separace jako „fugát se sníženým obsahem amoniaku“, tedy jako přímo použitelné kapalné dusíkaté hnojivo určené k aplikaci a zapravení do půdy, a z 50 % byl vracen recyklací zpět do nástřiku do kontaktního zařízení 3. Vynášecí vzduch s obsahem amoniaku byl z kontaktního zařízení 3 veden do neutralizačního zařízení 5. Je to membránový reaktor, osazený třemi standardními svazky dutých porézních membrán firmy ZENA P60 PP s póry 0,3 μm a délkou 800 mm, kde při temperací TEM udržované teplotě 40 °C dochází k neutralizační reakci s 18% kyselinou fosforečnou. Ta je přiváděna v množství 6 litrů na 10 N litrů vynášecího vzduchu za vzniku difosforečnanu amonného a reakční vody.
Tok nezreagované neutralizační kyseliny, vycházející z neutralizačního zařízení 5 společně s produkty neutralizace, je analyzován na analyzátoru A na obsah amonné soli a obsah reakční vody. Jedna polovina je vedena k temperaci TEM na teplotu 40 °C jako „recyklovaná kyselina a sůl“ a následně je doplněna čerstvou kyselinou na úroveň 18% kyseliny k dalšímu nástřiku do neutralizačního zařízení 5. Druhá polovina je vedena do separátoru S, kde se na odparce amonná sůl zahustí ve vodě na obsah soli 65 % a je ze separátoru S odváděna jako komerční kapalné hnojivo. Separovaná kyselina vycházející ze separátoru S je použita jako „recyklovaná kyselina“ k dalšímu nástřiku do neutralizačního zařízení 5.
Prezentovaná technologie vykázala při daném nastavení schopnost snížit obsah amoniaku ve fugátu z úrovně 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr fugátu na úroveň 1,45 gramu na litr. Je to nižší hodnota než 1,6 gramu na 1 litr, která je dnes považována za povolený limit přímé aplikace kapalných hnojiv v zemědělské výrobě.
- 5 CZ 309403 B6
Příklad 2
Příklad je analogií příkladu 1; pouze nastavení hodnoty pH přídavkem NH4OH v rozmíchávací nádobě 11 na hodnotu pH 12, vyvolalo zvýšení účinnosti technologie, tedy zvýšení separační schopnosti. Obsah amoniaku ve fugátu byl snížen z úrovně 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr na úroveň 1,28 gramu.
Příklad 3
Opět analogie příkladu 1; pouze nastavení zdánlivé viskozity na úroveň 4.10-2 Pa.s při smykové rychlosti 200 s-1 přídavkem vody dávkované do fugátu v rozmíchávací nádobě 11 vyvolalo nepříznivou změnu stavu. Snížila se separační schopnost, a to z úrovně 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr fugátu jen na úroveň 2,85 gramu. Snížení separační schopnosti lze přičíst především snížení koeficientu přestupu mezi fugátem a vynášecím vzduchem. To souvisí se snížením difuzivity v kapalné fázi, která figuruje v Sherwoodovu kriteriu přestupu hmoty. Snížení účinnosti souvisí jistě i s horší distribucí viskóznější kapalné fáze při kontaktu kapalina-plynná fáze.
Příklad 4
Příklad je analogií příkladu 1; pouze počáteční ohřev vynášecího vzduchu a fugátu byl snížen na úroveň 35 °C. Technologie při tomto nastavení teploty vykázala při shodném nastavení ostatních parametrů schopnost snížit obsah amoniaku ve fugátu z úrovně 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr fugátu pouze na úroveň nevyhovujících 5,25 gramu na 1 litr na výstupu.
Příklad 5
Příklad je opět analogií příkladu 1; pouze počáteční ohřev vynášecího vzduchu a fugátu byl zvýšena na úroveň 95 °C. Tato technologie vykázala při shodném nastavení schopnost snížit obsah amoniaku ve fugátu na požadovanou úroveň, ovšem v důsledku vysokého odparu byl společný tok nezreagované neutralizační kyseliny s produkty neutralizace, který vycházel z neutralizačního zařízení 5, nadměrně ředěn vodou a celková energetická bilance separačního procesu se blíží energeticky nevýhodným separačním procesům amoniaku při destilaci nebo na odparkách.
Příklad 6
Analogie příkladu 1; pouze byl jako temperované kontaktní zařízení 3 použit kapalinový scrubber SK 500 firmy MVB Opava s průměrem pracovní komory 500 mm, vybavený jednou tryskou vytvářející kuželovou clonu separační vody. Tato technologie vykázala schopnost snížení obsahu amoniaku ve fugátu z úrovně 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr fugátu na vyhovující úroveň 1,52 gramu na litr, a to při zvýšení množství fugátu recyklovaného zpět do kontaktního procesu na 62 %.
Příklad 7
Analogie příkladu 1; pouze separační kolona - kontaktní zařízení 3 pracovalo v podtlakovém režimu s hodnotou tlaku v koloně na úrovni 80 kPa a při teplotě desorpce v koloně na úrovni 30 °C. Tato technologie vykázala při shodném nastavení schopnost snížit obsah amoniaku ve fugátu z úrovně 5,30 gramu nedisociovaného NH3 na 1 litr fugátu na poměrně velmi nízkou hodnotu 1,27 gramu na litr.
- 6 CZ 309403 B6
Příklad 8
Analogie příkladu 1; pouze množství 18% kyseliny fosforečné bylo z technologických důvodů 5 sníženo na množství 1 litr na 0,01 Nm vynášecího vzduchu. To však nestačilo na vytvoření požadovaného režimu dvoufázového toku v neutralizačním zařízení 5, takže zvýšené množství par amoniaku odcházelo v brýdových parách do atmosféry mimo separační proces a nebylo je možno využít k produkci dusíkatého hnojiva.
Desorpce amoniaku z odpadních vod způsobem podle vynálezu je investičně i provozně výrazně méně náročná než desorpce prováděná systémy membránových separací, stejně tak jako ve srovnání s používanými destilačními procesy a procesy odparek.
Claims (7)
1. Způsob separace amoniaku z odpadních vod, zahrnující kontaktní desorpci rozpuštěných plynů z odpadní vody proudem vzduchu a vypírání odcházejících vzdušin kyselinou, vyznačující se tím, že
- odpadní voda zbavená tuhých substancí se ohřeje na 35 až 92 °C a nastřikuje se do kontaktního zařízení, kde se amoniak obsažený v odpadní vodě desorbuje kontaktem s vynášecím vzduchem ohřátým na 40 až 90 °C přiváděným v množství 0,001 až 0,05 Nm3 vzduchu na 1 litr odpadní vody;
- z kontaktního procesu odcházející voda se z části recirkuluje zpět do odpadní vody vstupující do kontaktního zařízení a část se odvádí jako odpadní voda se sníženým obsahem amoniaku;
- z kontaktního procesu odcházející vynášecí vzduch ve formě vzdušin obsahujících amoniak se za atmosférického tlaku a teploty 20 až 90 °C vede do neutralizačního zařízení, kde dochází ke styku vzdušin s kyselinou v koncentracích 10 až 30 % tvořící reakcí s amoniakem využitelnou amonnou sůl, přičemž kyselina stéká po kontaktních plochách, na kterých dochází k neutralizační reakci, v poměru 2,0 až 20,0 litrů kyseliny na 0,01 Nm3 vynášecích vzdušin a po absorpci amoniaku v kyselině se vzdušiny jako brýdové plyny odtahují do okolí;
- zatím co kyselina, která zčásti reagovala s amoniakem za vniku amonné soli, se po temperaci vrací recyklací do procesu neutralizace, přičemž po dosažení zvolené koncentrace solí v kyselině se z recyklované kyseliny separují amonné soli a voda k využití jako hnojivo, přičemž kyselina oddělená v procesu separace se vrací do procesu neutralizace.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kontaktní desorpční proces probíhá za tlaku 20 až 99 kPa, přičemž maximální teplota nastřikované odpadní vody a vlastní teplota desorpce jsou nejméně o 8 °C nižší, než je teplota varu vody při daném tlaku.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se z brýdových plynů odtahovaných do okolí vrací do neutralizačního procesu kapky vody obsahující amoniak.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pro dosažení optimálních hodnot při dalším zpracování se zdánlivá viskozita odpadní vody před nástřikem do kontaktního zařízení upraví na hodnotu 2 až 30 .10-3 Pa.s při smykové rychlosti 200 s-1 a její pH na hodnotu 8 až 12.
5. Zařízení k separaci amoniaku z odpadních vod způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno kontaktní částí a neutralizační částí, které jsou propojeny potrubím vedoucím vynášecí vzdušiny obsahující amoniak,
- přičemž kontaktní část je tvořena kontaktním zařízením (3) s kapalinovou zdrží, do kterého svrchu ústí přívod surové odpadní vody, v němž jsou zapojeny: analyzátor (Ao) odpadní vody na vstupu, čerpadlo (1) odpadní vody a tepelný výměník (2) odpadní vody, a které má vespod zaústěn přívod vynášecího vzduchu, do nějž je zapojen tepelný výměník (4) vynášecího vzduchu, přičemž z kapalinové zdrže je vedeno recirkulační potrubí vody částečně zbavené amoniaku, do nějž je zapojeno čerpadlo (10) oběhu odpadní vody a z nějž vybíhá odbočka k výstupu (RV2) odplyněné vody ze systému opatřená analyzátorem (Af) vypouštěné vody; a
- přičemž neutralizační část je tvořena neutralizačním zařízením (5) s kapalinovou zdrží, do kterého zespodu ústí potrubí přivádějící z kontaktní části vynášecí vzdušiny obsahující amoniak a do kterého svrchu ústí recirkulační potrubí kyseliny opatřené čerpadlem (6) dávkování kyseliny, přičemž z horní části neutralizačního zařízení (5) je veden odtah brýdových plynů a z kapalinové zdrže je vedeno recirkulační potrubí kyseliny s amonnými solemi, do kterého jsou zapojeny: analyzátor (A) amoniaku na výtoku kyseliny, čerpadlo (7) oběhu kyseliny a temperování (TEM) recyklované kyseliny, a z kterého vybíhá odbočka k separátoru (S) kyselina - voda - sůl, z nějž je vedeno vratné potrubí kyseliny před čerpadlo (6).
- 8 CZ 309403 B6
6. Zařízení k separaci amoniaku podle nároku 5, vyznačující se tím, že do odtahu brýdových plynů je zapojen ventilátor (9) odtahu brýdových plynů a separátor (8) kapek brýdových plynů s přepadem do neutralizačního zařízení (5).
7. Zařízení k separaci amoniaku podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že je na vstupu (RV1) 5 surové odpadní vody opatřeno rozmíchávací nádrží (11) se vstupem (RR) rozmíchávací vody a vstupem (RB) bazických přísad, přičemž rozmíchávací nádrž (11) je vybavena senzorem (Vis) zdánlivé viskozity propojeným s ventilem na vstupu (RR) rozmíchávací vody a senzorem (pH) propojeným s ventilem na vstupu (RB) bazické přísady.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-10A CZ202210A3 (cs) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2022-10A CZ202210A3 (cs) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ309403B6 true CZ309403B6 (cs) | 2022-11-23 |
| CZ202210A3 CZ202210A3 (cs) | 2022-11-23 |
Family
ID=84104954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2022-10A CZ202210A3 (cs) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ202210A3 (cs) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3920419A (en) * | 1974-04-10 | 1975-11-18 | Republic Steel Corp | Method of removing ammonia from ammonia containing liquor |
| EP0029536A1 (en) * | 1979-11-19 | 1981-06-03 | Sterling Drug Inc. | Process for removing and recovering ammonia from aqueous liquors |
| DE3831013A1 (de) * | 1988-09-12 | 1990-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von ammoniak aus abwaessern |
| EP2239030A1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-13 | Sturla, Vittorio | A process for stripping and recovering ammonia from digested wastes and plant for carrying out said process. |
| GB2576518A (en) * | 2018-08-21 | 2020-02-26 | Process Ltd | Systems and methods for removing ammonia from an ammonia-containing liquid |
| WO2020260866A1 (en) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | Process Limited | Ammonia stripper apparatus and method |
-
2022
- 2022-01-07 CZ CZ2022-10A patent/CZ202210A3/cs unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3920419A (en) * | 1974-04-10 | 1975-11-18 | Republic Steel Corp | Method of removing ammonia from ammonia containing liquor |
| EP0029536A1 (en) * | 1979-11-19 | 1981-06-03 | Sterling Drug Inc. | Process for removing and recovering ammonia from aqueous liquors |
| DE3831013A1 (de) * | 1988-09-12 | 1990-03-15 | Siemens Ag | Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von ammoniak aus abwaessern |
| EP2239030A1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-13 | Sturla, Vittorio | A process for stripping and recovering ammonia from digested wastes and plant for carrying out said process. |
| GB2576518A (en) * | 2018-08-21 | 2020-02-26 | Process Ltd | Systems and methods for removing ammonia from an ammonia-containing liquid |
| WO2020260866A1 (en) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | Process Limited | Ammonia stripper apparatus and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ202210A3 (cs) | 2022-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Boehler et al. | (NH4) 2SO4 recovery from liquid side streams | |
| US9533903B2 (en) | Organics and nutrient recovery from anaerobic digester residues | |
| RU2495706C2 (ru) | Способ и система очистки биогаза для извлечения метана | |
| Reig et al. | Study of the operational parameters in the hollow fibre liquid-liquid membrane contactors process for ammonia valorisation as liquid fertiliser | |
| US11484833B2 (en) | Systems and methods for concentrating a substance recovered from a gas stream | |
| DK144906B (da) | Fremgangsmaade til fjernelse af sure komponenter fra forbraendingsluftarter,navnlig svovldioxid | |
| EA027334B1 (ru) | Способы прямого осмотического разделения | |
| US10676374B1 (en) | Ammonia capture and recovery system and method for removing ammonia from a wastewater stream | |
| EP1857439A1 (en) | Method for purifying aqueous urea solution | |
| US8795405B1 (en) | Beneficial use of carbon | |
| US10421674B2 (en) | Process and plant for separating off and/or recovering nitrogen compounds from a liquid or sludge substrate | |
| CN101914037A (zh) | 生产高纯度亚氨基二乙腈的新工艺 | |
| CN106902532A (zh) | 一种低温液体蒸发器 | |
| CN110052119B (zh) | 有机溶剂吸收提浓工业酸性气中硫化氢及资源利用的方法 | |
| CN101757848A (zh) | 处理含二氧化硫烟气并制取固体硫酸铵的工艺及装置 | |
| CZ309403B6 (cs) | Způsob separace amoniaku z odpadních vod a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| EA038039B1 (ru) | Способ гранулирования мочевины | |
| CN104724778B (zh) | 一种脱硫废液多效蒸发提盐的方法 | |
| WO1995021140A1 (en) | Method for processing semi-liquid manure and the device to be used | |
| Noworyta et al. | A system for cleaning condensates containing ammonium nitrate by the reverse osmosis method | |
| NL8900005A (nl) | Werkwijze voor het zuiveren van ammoniak bevattende lucht en daarbij toe te passen inrichting. | |
| WO2004079017A2 (en) | System to produce sugar from sugar beets | |
| CN203417675U (zh) | 一种无机废液浓缩固化装置 | |
| CN1141165C (zh) | 净化从管路输出的蒸汽形式的流体的装置 | |
| CN212451029U (zh) | 一种烧结厂脱硫废水资源化零排放系统 |