申请日2015.11.13
公开(公告)日2016.03.02
IPC分类号C02F1/20; C02F1/44; C01C1/24
摘要
本发明公开了一种氨氮废水处理装置及使用该装置处理氨氮废水的方法，一级膜接触器与二级膜接触器依次连接，同时级循环液出口通过一级吸收液循环槽、一级吸收液循环泵与一级循环液进口依次连接，二级循环液出口通过二级吸收液循环槽、二级吸收液循环泵与二级循环液进口依次连接，二级吸收液循环泵出口通过二级循环液循环阀与一级吸收液循环槽相连，一级循环液出口与一级吸收液循环槽连接管线上设置有硫酸铵排出阀用于分流，二级膜接触器底部设置有二级废水出口用于排出处理后的废水，本发明具有能耗低、脱氨彻底、产品质量好等特点。
权利要求书
1.一种氨氮废水处理装置，其特征在于包括氨氮废水槽、废水输送泵、一级膜接触器、一级吸收液循环泵、一级吸收液循环槽、二级膜接触器、二级吸收液循环泵、二级吸收液循环槽，所述一级膜接触器顶部设置有一级废水进口，底部设置有一级废水出口，所述一级膜接触器上部设置有一级循环液出口，下部设置有一级循环液进口，所述二级膜接触器顶部设置有二级废水进口，底部设置有二级废水出口，所述二级膜接触器上部设置有二级循环液出口，下部设置有二级循环液进口，所述氨氮废水槽通过所述废水输送泵与所述一级废水进口连接，所述一级废水出口与所述二级废水进口连接，所述一级循环液出口通过所述一级吸收液循环槽、一级吸收液循环泵与所述一级循环液进口依次连接，所述二级循环液出口通过所述二级吸收液循环槽、二级吸收液循环泵与所述二级循环液进口依次连接，所述二级吸收液循环泵出口通过二级循环液循环阀与所述一级吸收液循环槽相连，所述一级循环液出口与所述一级吸收液循环槽连接管线上设置有硫酸铵排出阀。
2.根据权利要求1所述的氨氮废水处理装置，其特征在于所述的一级膜接触器和二级膜接触器的膜材质为疏水性聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的氨氮废水处理装置，其特征在于所述的一级膜接触器和二级膜接触器的膜形态为中空纤维膜或平板膜。
4.根据权利要求1所述的氨氮废水处理装置，其特征在于所述的一级膜接触器与二级膜接触器膜面积比为1∶2-10。
5.使用权利要求1所述的氨氮废水处理装置处理氨氮废水的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将pH>11的氨氮废水从氨氮废水槽通过废水输送泵提升，通过一级废水进口连续进入一级膜接触器，与从一级循环液进口连续进入的质量百分浓度为80-98%的硫酸充分接触吸收脱氨，得到一级吸收液和一级脱氨后的氨氮废水，一级吸收液经一级循环液出口、一级吸收液循环槽、一级吸收液循环泵回到一级循环液进口，依次循环吸收，一级脱氨后的氨氮废水经一级废水出口进入二级膜接触器;
(2)将一级废水出口出来的氨氮废水连续进入二级废水进口，与从二级循环液进口连续进入的质量百分浓度为20-98%的硫酸充分接触吸收脱氨，得到二级吸收液和二级脱氨后的氨氮废水，二级吸收液经二级循环液出口、二级吸收液循环槽、二级吸收液循环泵回到二级循环液进口，依次循环吸收，二级脱氨后的氨氮废水从二级废水出口达标排放。
6.根据权利要求5所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于所述进入一级膜接触器的氨氮废水SS在10mg/L以下。
7.根据权利要求5所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于所述一级吸收液的pH 为1-3，所述二级吸收液的pH<1。
8.根据权利要求5所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于当一级吸收液中硫酸铵质量百分浓度大于25%时，打开硫酸铵排出阀，排出部分一级吸收液，经浓缩结晶干燥后得到固体硫铵，同时打开二级循环液循环阀将部分二级吸收液循环到一级吸收液循环槽中，当一级吸收液中硫酸铵质量百分浓度小于20%时，关闭硫酸铵排出阀和二级循环液循环阀。
9.根据权利要求5所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于所述的一级膜接触器和二级膜接触器的操作温度为15℃-40℃。
10.根据权利要求5所述的处理氨氮废水的方法，其特征在于所述的二级吸收液中硫酸铵质量百分浓度小于20%。
说明书
一种氨氮废水处理装置及其方法
技术领域
本发明涉及废水脱氨技术领域，特别涉及一种氨氮废水处理装置及其方法。
背景技术
氨氮是水体中重要的污染物，主要有以下三个来源：氮肥施用过程中的面源污染，工业废水排放导致的点源污染及生活污水中氨氮。大量的氨氮废水排入水体会造成水体富营养化，破坏水体平衡，影响水体中好氧生物和光合生物的生长，在河流或湖泊中形成“水华”，在海洋形成“赤潮”，其释放的藻毒素会严重影响鱼虾的正常生长繁殖，并通过食物链影响人体健康。为此现有标准对水体氨氮确定了严格的排放标准及质量标准。
目前常规氨氮废水处理技术可分为三大类，一是生物处理技术，二是化学处理技术，三是物化处理技术。
生物处理主要有短程硝化反硝化、同步硝化反硝化以及生化氧化法，其处理效果较稳定，不产生二次污染，而且比较经济，但有占地面积大、低温时效率低、易受有毒物质影响且运行管理比较麻烦等缺点，仅适用于低氨氮废水的处理。
氨氮的化学处理，主要有化学沉淀法及折点氧化法。化学沉淀法是将废水中的氨态氮，通过投加镁盐和磷酸盐，并经过pH调节后，转化为磷酸铵镁(俗称鸟粪石)，再将磷酸铵镁从系统中分离出来。此方法不仅需要消耗大量的氯化镁、磷酸盐等，而且工程中对铵的去除率有待提高，处理后有相当部分的铵盐仍留在系统中，很难满足达标或排放要求。折点氯化法是将氯气或次氯酸钠投入废水，将废水中的氨氮氧化成氮气的化学脱氮工艺。折点氯化法的处理效率可达90～100%，但运行成本高，易产生副产物氯胺和氯代有机物，造成二次污染，增加出水对生物致癌、致畸的潜在危险性。
物化处理技术主要有空气吹脱技术及汽提技术。两方法均是先通过pH调节至碱性将废水中的离子态高铵转化为游离态或分子态的氨，再通过空气吹脱或汽提将分子态的氨从体系中去除。采用吹脱技术除氨需要加热及大量的空气，汽提需要大量蒸汽，因此两种方法能耗均较大，而且分离得到的氨带有大量水分，对其利用成本较高。同时，两种方法处理后的出水氨氮仍较高，难以满足排放要求，需进一步处理。
随着膜技术水平的进步，膜技术在环境领域中的应用优势日益显现，氨氮废水膜脱氨技术亦是研究与应用的热点。目前常用的膜脱氨技术有真空膜脱氨、膜蒸馏脱氨、膜吸收脱氨、膜生物反应器脱氨等。其中膜生物反应器是生物脱氨的分支，在高浓度难降解工业废水脱氨领域应用有限。真空膜脱氨与膜吸收脱氨均是采用疏水微孔膜将液/气或液/液两相分隔开来，疏水膜膜孔提供了液/气或液/液两相间传质的界面，传质驱动力为膜界面两侧的氨分压差。真空膜脱氨与膜吸收脱氨均是膜蒸馏脱氨的两种形式，只不过真空膜脱氨是利用真空技术将膜界面跨膜氨分子快速带出，使形成界面氨分压差;膜吸收脱氨是利用酸性溶液作吸收剂，其快速的化学反应使界面氨分压差增大明显，具有较高的脱氨效率。
膜吸收具有操作条件温和、能耗低、高效、使用方便和操作简单等特点，膜吸收脱氨效率一般可达95-99%，甚至可以将氨氮脱至10mg/L以下，是一种高效的膜脱氨方式。此外膜吸收法还有传质面积大的优点和没有雾沫夹带、液泛、沟流、鼓泡等现象发生，其技术优势十分明显。
近年，国内外对膜吸收法资源化处理氨氮废水技术进行了一些基础研究及应用研究，但膜吸收技术处理氨氮废水仍存在一些技术难题需要解决。膜吸收脱氨采用稀硫酸、稀盐酸或酸性废液脱氨，其脱氨效率与起始氨氮浓度关系不大，但吸收液pH值、温度、脱氨时间及膜性能对脱氨效率有明显的影响。为了达到较高的吸收效率，需用酸性较强的溶液作为吸收液，导致膜吸收脱氨后形成的硫酸铵、氯化铵等副产物pH值低,不能直接作为肥料加以利用。
同时，为了降低后续氨氮资源化(即：通过蒸发浓缩等步骤获得硫酸铵结晶)的成本，吸收后所得硫酸铵溶液的浓度越高越好，这就需要采用较高浓度的硫酸吸收液。但是，如果硫酸吸收液浓度高，其水蒸汽分压低于废水测水蒸汽分压，气态膜两侧就会产生渗透压差，容易导致水分子从废水一侧渗透至吸收液一侧(也即渗透蒸馏)，使吸收液体积增加，也即吸收液膨胀，降低吸收液浓度。因此，为了避免出现吸收液膨胀的问题，就必须保持较低的硫酸吸收液浓度，但是这样一来产生的硫酸铵溶液浓度较低，回收硫酸铵的成本势必会增加，使得回收硫酸铵的附加值降低。
另外,现有膜吸收法处理氨氮废水技术一般采用膜吸收循环脱氨的方法，即将调至一定pH的氨氮废水在膜吸收装置内用酸性吸收液不断循环吸收将氨氮降低到规定的含量后外排。可以发现该方法在实际应用时无法做到连续化运行，操作及管理较为复杂。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提供一种工艺简单、操作简便、成本较低的氨氮废水处理装置及其方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种氨氮废水处理装置，包括氨氮废水槽、废水输送泵、一级膜接触器、一级吸收液循环泵、一级吸收液循环槽、二级膜接触器、二级吸收液循环泵、二级吸收液循环槽，所述一级膜接触器顶部设置有一级废水进口，底部设置有一级废水出口，所述一级膜接触器上部设置有一级循环液出口，下部设置有一级循环液进口，所述二级膜接触器顶部设置有二级废水进口，底部设置有二级废水出口，所述二级膜接触器上部设置有二级循环液出口，下部设置有二级循环液进口，所述氨氮废水槽通过所述废水输送泵与所述一级废水进口连接，所述一级废水出口与所述二级废水进口连接，所述一级循环液出口通过所述一级吸收液循环槽、一级吸收液循环泵与所述一级循环液进口依次连接，所述二级循环液出口通过所述二级吸收液循环槽、二级吸收液循环泵与所述二级循环液进口依次连接，所述二级吸收液循环泵出口通过二级循环液循环阀与所述一级吸收液循环槽相连，所述一级循环液出口与所述一级吸收液循环槽连接管线上设置有硫酸铵排出阀。
所述的一级膜接触器和二级膜接触器的膜材质优选为疏水性聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种。
所述的一级膜接触器和二级膜接触器的膜形态优选为中空纤维膜或平板膜。
所述的一级膜接触器与二级膜接触器膜面积比优选为1∶2-10。
本发明还提供使用该氨氮废水处理装置处理氨氮废水的方法，包括以下步骤：
(1)将pH>11的氨氮废水从氨氮废水槽通过废水输送泵提升，通过一级废水进口连续进入一级膜接触器，与从一级循环液进口连续进入的质量百分浓度为80-98%的硫酸充分接触吸收脱氨，得到一级吸收液和一级脱氨后的氨氮废水，一级吸收液经一级循环液出口、一级吸收液循环槽、一级吸收液循环泵回到一级循环液进口，依次循环吸收，一级脱氨后的氨氮废水经一级废水出口进入二级膜接触器;
(2)将一级废水出口出来的氨氮废水连续进入二级废水进口，与从二级循环液进口连续进入的质量百分浓度为20-98%的硫酸充分接触吸收脱氨，得到二级吸收液和二级脱氨后的氨氮废水，二级吸收液经二级循环液出口、二级吸收液循环槽、二级吸收液循环泵回到二级循环液进口，依次循环吸收，二级脱氨后的氨氮废水从二级废水出口达标排放。
所述进入一级膜接触器的氨氮废水SS优选在10mg/L以下。
所述一级吸收液的pH优选为1-3，所述二级吸收液的pH优选为小于1。
作为本发明的优选实施方式，当一级吸收液中硫酸铵质量百分浓度大于25%时，打开硫酸铵排出阀，排出部分一级吸收液，经浓缩结晶干燥后得到固体硫铵，同时打开二级循环液循环阀将部分二级吸收液循环到一级吸收液循环槽中，当一级吸收液中硫酸铵质量百分浓度小于20%时，关闭硫酸铵排出阀和二级循环液循环阀。
所述的一级膜接触器和二级膜接触器的操作温度优选为15℃-40℃。
所述的二级吸收液中硫酸铵质量百分浓度优选小于20%。
操作温度会影响吸收液中硫酸铵的浓度，温度太高，导致废水测水蒸汽分压高，气态膜两侧就会产生渗透压差，容易导致水分子从废水一侧渗透至吸收液一侧(也即渗透蒸馏)，使吸收液体积增加，也即吸收液膨胀，降低吸收液浓度，这样一来产生的硫酸铵溶液浓度较低，回收硫酸铵的成本势必会增加，使得回收硫酸铵的附加值降低。温度太低，吸收效果差。综合考虑保持吸收液中硫酸铵质量百分浓度>25%和吸收效果，本发明中的操作温度优选为15℃-40℃。
本发明用膜吸收法直接从氨氮废水中分离出游离氨制成高浓度的硫酸铵溶液，继而得到工业级的固体硫酸铵，具有能耗低、脱氨彻底、产品质量好等特点。根据生产实际情况，针对氨氮废水氨氮含量和具体排放要求，可采用二级及二级以上膜吸收处理。
本发明具有的有益效果为：
1、成本低，处理过程中得到质量百分浓度大于25%硫酸铵，经浓缩结晶干燥后得到工业级质量的固体硫铵，显著降低了处理成本;
2、处理效果好，氨氮去除率在98.7%以上;
3、工艺简单、处理量大，本发明用膜吸收法直接从氨氮废水中分离出游离氨制成高浓度的硫酸铵溶液，继而得到工业级的固体硫酸铵，操作弹性大，适于工业化应用。