能耗低的高氨氮废水处理方法

　　申请日2017.07.27

　　公开(公告)日2017.11.28

　　IPC分类号C02F9/14; C01C1/26; C02F101/16

　　摘要

　　本发明涉及一种高氨氮废水的处理方法，按以下步骤进行：对原水进行水质调节处理，对调节处理后的原水进行混凝沉淀处理，再对混凝沉淀处理的上清液在砂滤器截留上清液中的大分子颗粒物、胶体以及悬浮物，将砂滤器排出含高氨氮的废水送至热泵提馏系统，经换热进入精馏塔内塔顶的低温碳氨蒸汽经蒸汽压缩机内增温增压，与废水在精馏塔内汽提脱氨，将碳氨料液送入高压反渗透膜元件内进行提浓处理，反渗透膜浓缩液送至碳化塔内与二氧化碳气体反应而不断结晶，经离心分离后获取碳酸铵晶体并回收利用。本发明具有脱氨效果好，投资和运行成本较低、能耗低的特点。

　　权利要求书

　　1.一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于:按以下步骤进行：

　　⑴、水质调节处理：将含有高氨氮的原水送入水质调节池内，加入碳酸盐均匀搅拌，用以提高原水的碱度，原水中的碳酸盐与氨氮的比例控制在n(CO32-):n(NH4+-N)=1：1～3;

　　⑵、混凝沉淀处理：将调节后的原水加入混凝沉淀池内，将混凝剂和絮凝剂充分混合后加入混凝沉淀池内，或将混凝剂和絮凝剂加入混凝沉淀池内进行充分搅拌，将原水中的悬浮物及硬度离子沉淀物不断絮凝而沉淀分离，混凝沉淀池的上清液流入清液收集槽中，混凝沉淀池内的污泥定期排出;其中，所述的混凝剂为金属盐，投加量为100～1000mg/L，所述的絮凝剂为有机高分子絮凝剂或者微生物絮凝剂，投加量为1～2mg/L;

　　⑶、砂滤除杂处理：将清液收集槽中的上清液送入砂滤器内，通过砂滤截留上清液中的大分子颗粒物、胶体以及悬浮物;

　　⑷、热泵提馏处理：将砂滤器排出的废水首先在第一换热器内与碳氨料液进行换热，而后进入第二换热器内与精馏塔塔底排出低氨的料液进行换热，继而再进入第三换热器内与外部蒸汽进行换热，高氨氮的废水经三次换热后进入精馏塔的塔顶并向下流动，塔顶的低温碳氨蒸汽进入蒸汽压缩机内进行增温和增压，蒸汽压缩机排出的高温蒸汽与塔底的循环料液在第四换热器进行换热，对塔底的料液进行加热而不断生产向上运动的碳氨蒸汽，碳氨蒸汽与废水在精馏塔内的塔板上接触而发生汽提脱氨，使碳氨蒸汽的氨氮浓度不断上升并进入蒸汽压缩机实现料液循环，蒸汽压缩机排出的高温蒸汽先经第四换热器换热冷凝形成碳氨料液、再经第一换热器换热冷却后送入高压反渗透膜元件进行处理，而塔底排出料液与废水在第二换热器内换热冷却后送至MBR膜生物反应器进行处理;

　　⑸、高压反渗透浓缩处理：将碳氨料液送入高压反渗透膜元件内进行提浓，高压反渗透膜元件为至少两段式浓水内循环结构，高压反渗透膜元件的操作压力在30～50bar，经高压反渗透膜元件分段式浓水内循环的膜管膜滤后，浓缩液送至碳化塔内、膜滤清液送至MBR膜生物反应器内进行处理;

　　⑹、碳化结晶及分离处理：连续向碳化塔通入二氧化碳气体，对碳化塔内浓缩液连续进行曝气，在碳化塔内使浓缩液中的碳酸铵与二氧化碳反应而不断结晶，经离心分离后获取碳酸铵晶体并回收利用，离心后的脱水清液返回至浓缩液;

　　⑺、MBR处理：将精馏塔排出低氨的料液及高压反渗透膜元件的膜滤清液送入MBR膜生物反应器内进行生化反应，先在反硝化池池内进行连续推流曝气进行反硝化，再将废水自流进入硝化池内，经鼓风曝气进行硝化反应，反硝化池内的污泥浓度及硝化池内的污泥浓度在15-30g/L，硝化反应后的废水经输送泵提升输至超滤膜组件进行泥水分离，处理后的超滤浓液回流至反硝化池，超滤清液达标排放。

　　2.根据权利要求1所述的一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于:所述的砂滤器内滤料采用石英砂作为过滤介质，且石英砂的粒径在0.5～1.5mm，经砂滤除杂处理后的上清液中其SS去除率在95～98%。

　　3.根据权利要求1所述的一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于:所述精馏塔塔底的低氨的料液通过出水泵分别送到第四换热器和第二换热器内进行换热，且进入第四换热器的循环料液的流量大于进入第二换热器的料液的流量，经第一换热器换热后的碳氨料液送至碳氨料液罐内，碳氨料液罐内的碳氨料液通过进水泵送入高压反渗透膜元件内进行提浓，其中，所述精馏塔的废水汽化率在20～45%，经热泵提馏处理后碳氨料液中的氨氮浓度低于100mg/L。

　　4.根据权利要求1所述的一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于:所述的碳化塔顶设有排气口，排气口与塔底之间设有气体循环管，连接在气体循环管上的循环风机将塔顶残留的二氧化碳气体通过循环风机至塔底，碳化塔塔底的出料管通过离心进料泵送入离心机内，离心机的脱水清液送至浓缩液罐内。

　　5.根据权利要求1所述的一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于:所述在高压反渗透浓缩处理，将10～20wt%的浓缩液经循环泵进行循环。

　　说明书

　　一种高氨氮废水的处理方法

　　技术领域

　　本发明涉及一种高氨氮废水的处理方法，属于高氨氮废水废水处理技术领域。

　　背景技术

　　近年来，随着人们生活水平的提高和对环境要求的加强、环境污染治理的加强和环保技术的发展，水体有机物污染基本上得到有效控制，但是，含高氨氮废水达标排放仍然没有得到有效控制。高氨氮废水主要来源于焦化、化肥、石油化工、养殖、垃圾处理等行业。在高氨氮废水处理方面，不仅要追求高效脱氮的技术指标，还要考虑降低能耗、节约能源、资源化回收氨氮等。

　　目前国内外对于高氨氮废水的处理工艺包括生化法、曝气池吹脱除氨法、空气吹脱塔除氨法、化学沉淀法除氨法、离子交换法除氨和蒸汽汽提脱氨法等。

　　生化法采用硝化/反硝化工艺将氨氮转化为无害的氮气释放到空气中。但该工艺流程复杂、处理设备多、生化反应不稳定，且需要大量投加碱和碳源。

　　曝气池吹脱脱氨法的吹脱时间较长，一般超过6h，且需要保持高pH、高水温和高气水比。调节原水pH会产生大量残渣，高气水比带来吹脱气体的二次污染问题。而空气吹脱除氨除了存在上述二次污染的问题以外，还存在设备及管道结垢、出水回调pH、投资和运行成本较高等问题，脱氨系统运行不稳定。并且在冬天，吹脱塔水温骤降，除氨效率较低，加热能耗高，严重影响后续处理系统的正常运行。

　　化学沉淀法需要大量投加镁盐及磷盐，药剂费用高，沉淀物杂质较多，难以作为肥料利用，经济很差;磷酸盐药剂易造成二次污染和后续生化处理的难度。

　　离子交换法需要对原水进行预处理降低SS浓度，且该法只适用于铵离子浓度在10-100mg/L的低污染废水。并且离子树脂的再生操作复杂，设备及管道的腐蚀严重，且再生液仍然为高浓度氨氮废水，需要再处理，因此工业型规模应用很少。

　　蒸汽汽提除氨是用蒸汽和废水直接接触，将废水进行加热到100℃以上，从而将挥发性的氨扩散到气相中去，达到从废水中分离氨的目的。

　　汽提法对氨氮的去除率可达97%以上。但普通汽提除氨能耗较高，一般适用于超高浓度的含氨废水处理，其回收的氨水、液氨或者硫酸铵可以抵消部分运行成本。

　　目前较先进的工业含氨废水的脱氨方法，是先将含氨氮废水调pH至11～12，通过过滤除去悬浮物，所得调节液经精馏塔进料泵送入精馏塔中，控制精馏塔出口温度35℃～45℃，脱除的氨气从精馏塔出口输出回收，该馏塔的塔釜采用直接蒸汽加热，控制塔釜温度100-130℃，釜液与原料在进料预热器中进行热交换后送入废水储槽待进一步处理，馏塔的塔顶设有冷凝器，通过调节冷凝器的冷却水流量来控制精馏塔的回流液量，未冷凝氨气直接送入氨气回收工段。该脱氨工艺采用石灰或氢氧化钠提升氨氮废水碱度，并利用游离态氨与水分离的原理进行脱氨，投药成本高，分离效率低。加之供冷却水将氨蒸汽冷凝后回流，不断提高回流液中氨浓度后采出，不仅能耗较高，而且大量消耗冷却水资源。由于氨水无法被膜浓缩，只能通过热驱动的精馏脱氨提浓工艺，工艺投资和运行成本高。而传统工艺采用冷冻结晶法获取碳酸铵产品，投资和运行成本很高，且系统运行不稳定，产品易分解，故存在着脱氨工艺效率低、能耗高、产品难以资源化。

　　发明内容

　　本发明的目的是提供一种脱氨效果好，投资和运行成本较低、能耗低的一种高氨氮废水的处理方法。

　　本发明为达到上述目的的技术方案是：一种高氨氮废水的处理方法，其特征在于:按以下步骤进行：

　　⑶、砂滤除杂处理：将清液收集槽中的上清液送入砂滤器内，通过砂滤截留上清液中的大分子颗粒物、胶体以及悬浮物;

　　①、本发明先对含有高氨氮的原水进行调节，再进行混凝沉淀和过滤处理，将原水中的碳酸盐与氨氮的比例进行调节控制，能保障有足够的碱度参与后续脱氨反应，使废水中大部分氨氮以碳酸铵的形式存在，且原水中的硬度离子也会不断与碳酸盐反应生成沉淀物，能降低后续处理时设备的结垢风险，提高后序工艺处理的可靠性，通过混凝沉淀截留上清液中的大分子颗粒物以及胶体和悬浮物，以除去原水中的悬浮物及硬度离子沉淀物，通过砂滤除杂处理后，能使得废水降低浊度，能确保后序的工艺处理中能稳定运行。

　　②、本发明通过碳酸盐提升氨氮原水碱度，基于碳酸铵分解后分离进行脱氨，解决了传统脱氨工艺通过石灰或氢氧化钠提升氨氮废水碱度，利用游离态氨与水分离的原理进行脱氨，投药成本高，分离效率低的技术问题。

　　③、本发明采用热泵提馏工艺进行脱氨处理，对砂滤除杂处理后的废水经三次换热后进入精馏塔的塔顶再向下流动，能充分利用脱氨后的碳氨料液及低氨料液的能量，同时依靠蒸汽压缩机为提馏处理提供能量，将精馏塔塔底低氨的料液被加热后不断生产碳氨蒸汽，使碳酸铵不断分解，并与废水接触发生汽提脱氨作用，因此能靠消耗或补偿机械功，把精馏塔塔顶低温蒸汽经压缩后形成高温蒸汽，将热量作为精馏塔的热源，不仅能提高热泵精馏脱氨效率，而且能耗低。

　　④、本发明在热泵提馏脱氨处理仅通过提馏提取氨氮，没有通过精馏浓缩氨氮，因此精馏塔内无塔顶冷却与回流机构，显著降低了提馏段能耗，能降低工艺投资和运行成本。

　　⑤、本发明从高氨氮废水中提取的氨资源为碳酸铵，采用高压反渗透处理对碳氨料液量中的铵盐进行二次浓缩，通过高压反渗透膜元件内进行提浓，能达到近饱和浓度，而压力驱动提浓的膜工艺投资和运行成本显著低于热驱动的精馏脱氨提浓工艺，故能降低投资和运行成本。

　　⑥、本发明采用碳化结晶及分离处理，能从反渗透浓缩液中提取碳酸铵产品，提取成本很低，获取氨产品纯度高，能从高氨氮废水中回收高纯度铵盐，用于土壤增肥或烟气脱硫，以达到资源化利用，能解决现有冷冻结晶法获取碳酸铵产品，投资和运行成本很高，且系统运行不稳定，产品易分解的问题。

　　⑦、本发明采用MBR工艺对低浓的脱氨废水处理，能满足排放标准能解决。解决了传统工艺采用活性污泥法处理氨氮废水，池容大、污染物去处率低、泥水分离效果差的问题。