申请日2015.02.16
公开(公告)日2016.09.14
IPC分类号C02F9/10; C01D3/06
摘要
本发明公开了一种含氨,含钠废水资源利用的方法和设备，包含：脱氨反应，脱氮反应，气液分离，三效多级蒸发;蒸发结晶和冷冻结晶，电渗析与钠滤膜，反渗透膜的浓缩，实现了蒸馏水和膜去离子纯水回收，和单一氯化钠，硫酸钠资源化利用。
权利要求书
1.一种含氨，含钠废水资源利用的方法，其特征在于，包括：如下的步骤：
第一步：将含氨氮，含钠废水置入到脱氨反应器内，通过碱加料机加入碱性物质NaOH，把脱氨反应器中废水中的NH4转换为NH3，具体的方法和化学反应方程式为：第一个反应式为：NaOH+NH4Cl=NaCl+NH3↑+H2O，第二个反应式为：(NH4)2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O;
第二步：将脱氨反应器内化学反应后的含有氯化钠和硫酸钠的水溶液通过管道连接到气液分离器，氨气通过管道进入到气液分离器，氨气经过气液分离器的氨气排出口进入到冷凝器，经过冷凝得到氨水，氨水从冷凝器出口流出回收利用，实现氨气和含钠离子废水的彻底分离;
第三步：所述第二步中的气液分离器与脱氮反应器连接，脱氮反应器上设置了塔底泵和次氯酸钠添加器，把次氯酸钠加入到气液分离器的含钠废水中，NH3在游离气态条件下与NaClO反应产生氮气，具体反应方法为：3NaClO+2NH3=N2↑+3NaCl+3H2O;
第四步：上述第一步，第三步中，两次反应都在温度130摄氏度的条件下发生，当步骤三反应完成后，在气液分离器内形成氨氮为零的含钠废水，含钠废水为NaCl，Na2SO4混合水溶液;
第五步：气液分离器含钠离子废水通过管道进入到三效多级蒸发器，三效多级蒸发器产生的蒸馏纯水通过三效多级蒸发器排出;
第六步：三效多级蒸发器通过管道连接到高温蒸发结晶器，所述的高温蒸发结晶器包括高温蒸发结晶器换热器，奥斯陆型蒸发结晶器和强制循环泵，在过饱和条件下，进入氯化钠分离器进行固体液体分离，得到氯化钠固体;
第七步：残余的硫酸钠和少量氯化钠溶液通过管道进入低温结晶器，在低温结晶器内进行冷冻结晶，经过硫酸钠分离器分离得到的是硫酸钠，残余的是含少量钠离子的混合溶液，硫酸钠分离器的混合液通过管道进入电渗析设备;
第八步：含少量钠离子的低温结晶器的混合液通过管道进入电渗析设备，经过电渗析设备的电渗析膜，进行钠离子浓液和淡液的分离;
第九步：进入电渗析膜后，含钠离子浓水质量百分比提高到15%，达到高浓度钠盐后，通过管道回归到第六步奥斯陆型蒸发结晶器，重复循环利用;
第十步：通过电渗析设备产生的淡水，进入到钠滤膜过滤;
第十一步：钠滤膜过滤，过滤液体淡液进入到反渗透膜，含钠离子浓水重新返回到电渗析设备，进行电渗析，通过电渗析膜后进行循环过滤;
第十二步：经过反渗透膜，经过过滤得到高浓度钠离子浓水和去离子纯水，去离子纯水排出，高浓度钠离子浓水进入钠滤膜重新过滤，从而完成整个废水资源利用过程。
2.根据权利要求1所述的一种含氨，含钠废水资源利用的方法，其特征在于，在所述的第六步中：奥斯陆型蒸发结晶器内溶液温度为70摄氏度到90摄氏度之间。
3.一种含氨，含钠废水资源利用的设备，其特征在于，包括：脱氨反应器，碱加料机，气液分离器，冷凝器，脱氮反应器，三效多级蒸发器，高温蒸发结晶器，低温结晶器，电渗析设备，钠滤设备，反渗透膜，各种设备之间通过管道连接为一体，所述的脱氨反应器，采用搪瓷或不锈钢，并带有搅拌套，在脱氨反应器上设置了原水进口和碱加料口，碱加料口与碱加料机连接，脱氨反应器上还设置了氨气出口，含钠离子水出口，氨气通过管道连接到气液分离器，同时，所述的脱氨反应器上的含钠离子水出口通过管道连接到气液分离器，气液分离器设立器内温度控制器，在气液分离器上部设置了气液分离器气体排放口，同时在气液分离器排放口连接并设置有冷凝器，冷凝器连接有氨水出口，在气液分离器下方设置了脱氮反应器，脱氮反应器与气液分离器通过管道连接，脱氮反应器包括塔底泵和次氯酸钠添加器，在气液分离器下方设置了气液分离器液体出口，气液分离器液体出口通过管道连接到三效多级蒸发器，在三效多级蒸发器上设置了蒸馏纯水出口，三效多级蒸发器通过管道连接到了高温蒸发结晶器，高温蒸发结晶器包括高温蒸发结晶器换热器，奥斯陆型蒸发结晶器和强制循环泵，奥斯陆型蒸发结晶器通过管道连接到氯化钠分离器，在氯化钠分离器上设置了氯化钠出口，同时氯化钠分离器上的残液通过管道连接到了低温结晶器，低温结晶器包括结晶釜与自然冷却塔，在低温结晶器上通过管道连接到硫酸钠分离器，硫酸钠分离器上设置了硫酸钠出口，同时低温结晶器通过管道与电渗析设备连接，所述的电渗析设备为电渗槽，在电渗槽上设置了电渗析膜，低温结晶器通过管道连接到电渗析设备，同时电渗析设备通过管道连接到高温结晶蒸发器，电渗槽通过管道连接到钠滤设备，钠滤设备为钠滤膜，钠滤膜通过管道连接到反渗透膜，通过电渗槽产生的淡水通过钠滤膜进入到反渗透膜，经过钠滤膜过滤的浓离子水重新进入电渗槽中进行电渗析，反渗透膜上连接了纯水出口，经过反渗透膜后的浓水，通过管道连接到钠滤膜。
4.根据权利要求3所述的一种含氨，含钠废水资源利用的设备，其特征在于，所述的脱氨反应器内设置了pH计，所述的pH计采用钛合金材料制作。
5.根据权利要求3所述的一种含氨，含钠废水资源利用的设备，其特征在于，所述的奥斯陆型蒸发结晶器采用钛合金材料制作。
说明书
一种含氨，含钠废水资源利用的方法和设备
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种含氨，含钠废水资源利用的方法和设备。
背景技术
随着现代工业的发展，水资源短缺现象日益突出，同时污水中含有大量的残余氨氮和各种钠离子，含钠废水一般为NaCl，Na2SO4，为了节约水资源，需要把工业废水重新利用，从而确保淡水资源的可持续供需，现有的污水处理大都采用加药法处理，利用酸碱中和，这样会加入大量多余的金属离子，采用加药方法处理水资源的缺点是会破坏生态平衡，还有采用的是分离提取氨技术，分离提取氨存在氨氮废水残余量大的缺点，残余氨氮含量保持在8ppm-15ppm，要彻底分离氨，还需要二次脱氮。
现有的除氨工艺也有通过废水蒸发方式，蒸发冷凝水氨含量为30ppm-70ppm，通过含钠，含氨废水蒸发方式去除废水中的铵离子，得到的是钠离子的混合物，只能得到混合钠盐产品，不能得到单一的钠盐。
本发明提供了一种含氨，含钠废水资源利用的方法，本方法能够将混合钠盐分离为单一的钠盐，应用市场广泛，大大提升了水资源的循环经济效益。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是，提供一种含氨，含钠废水资源利用的方法和设备，实现水资源的污水处理，采用该方法，把污水重新进行资源化利用，并且能够保持生态平衡。
一种含氨，含钠废水资源利用的方法，包含如下的步骤：
第一步：将含氨氮，含钠废水置入到脱氨反应器内，通过碱加料机加入碱性物质NaOH，把脱氨反应器中废水中的NH4转换为NH3，具体的方法和化学反应方程式为：第一个反应式为：NaOH+NH4Cl=NaCl+NH3↑+H2O，第二个反应式为：(NH4)2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O;
第二步：将脱氨反应器内化学反应后的含有氯化钠和硫酸钠的水溶液通过管道连接到气液分离器，氨气通过管道进入到气液分离器，氨气经过气液分离器的氨气排出口进入到冷凝器，冷凝器连接氨水出口，实现氨气和含钠离子废水的分离;
第三步：所述第二步中的气液分离器与脱氮反应器连接，脱氮反应器上设置了塔底泵和次氯酸钠添加器，把次氯酸钠加入到气液分离器的含钠废水中，NH3在游离气态条件下与NaClO反应产生氮气，具体反应方法为：3NaClO+2NH3=N2↑+3NaCl+3H2O;
本步骤中的脱氮设备中为气液分离器，步骤三在运行中，环境是强碱环境，温度在130摄氏度到150摄氏度条件，气液分离器内存在3种气体，氨气，水蒸汽，氮气，利用氮气质量比重比氨气质量大的特点，从气液分离器的气体排出口上优先提出氨气，然后水蒸汽，最后是氮气，利用氮气的质量来排除氨气的成份，确保脱氮滤在99%上，氨气溶于水，形成氨水;
第四步：上述第一步，第三步，两次反应都在温度130摄氏度的条件下反应，当步骤三反应完成后，在气液分离器内形成氨氮为零的含钠废水，含钠废水主要为NaCL，NaSO4混合水溶液，并且混合钠离子溶液具有130摄氏度的温度;
第五步：气液分离器含钠离子废水通过管道进入到三效多级蒸发器，三效多级蒸发器温度为130摄氏度，三效多级蒸发器产生的蒸馏纯水通过三效多级蒸发器排出;
第六步：三效多级蒸发器通过管道连接到高温蒸发结晶器，所述的高温蒸发结晶器包括高温蒸发结晶器换热器，奥斯陆型蒸发结晶器和强制循环泵，奥斯陆型蒸发结晶器内溶液温度为70摄氏度到90摄氏度之间，在过饱和条件下，通过氯化钠分离器进行固体液体分离，得到氯化钠固体，残余的是硫酸钠和少量的氯化钠饱和溶液，由于气液分离器温度为130摄氏度，奥斯陆型蒸发结晶器温度为70摄氏度到90摄氏度，所以在奥斯陆型蒸发结晶器内不需要额外能耗，气液分离器的热能能够被第六步的奥斯陆型蒸发结晶器NaCl蒸发充分重复利用，节约了能源;
第七步：残余的硫酸钠和少量氯化钠溶液通过管道进入低温结晶器，在低温结晶器内进行冷冻结晶，经过硫酸钠分离器分离得到的是硫酸钠，残余的是含少量钠离子的混合溶液，低温结晶器的混合液通过管道进入电渗析设备;
第八步：含少量钠离子的低温结晶器的混合液通过管道进入电渗析设备，经过电渗析设备的电渗析膜，进行电渗析，所述的电渗析设备为电解槽;
第九步：进入电渗析膜后，含钠离子浓水质量百分比提高到15%，达到高浓度钠盐后，通过管道回归到第六步中奥斯陆型蒸发结晶器;
第十步：通过电渗析设备产生的淡水，进入到钠滤膜过滤;
第十一步：钠滤膜过滤，过滤液体淡液进入到反渗透膜，含钠离子浓水重新返回到电渗析设备，进行电渗析，通过电渗析膜后进行循环过滤;
第十二步：经过反渗透膜，经过过滤得到高浓度钠离子浓水和去离子纯水，去离子纯水排出，高浓度钠离子浓水进入钠滤膜重新过滤，从而完成整个废水资源利用过程。
为了实现如上一种含氨，含钠废水资源利用的方法，采用的设备包括：脱氨反应器，碱加料机，气液分离器，冷凝器，脱氮反应器，三效多级蒸发器，高温蒸发结晶器，低温结晶器，电渗析设备，钠滤设备，反渗透膜，各种设备之间通过管道连接为一体。
所述的脱氨反应器，采用搪瓷或不锈钢反应器，并带有搅拌套，搅拌套用于加温，脱氨反应器大小与需要处置水量成正比。在所述的脱氨反应器上设置了原水进口和碱加料口，原水进口为废水进口，碱加料口与碱加料机连接，用于对脱氨反应器内加入碱，所述的碱加料机采用不锈钢，加料方式采用蛟龙推动加料形式。
一种优选技术方案，所述的脱氨反应器内设置了pH计，pH计采用钛材料制作，碱加料机加碱数量与pH计数值相对应，实现加碱的自动化控制。
所述脱氨反应器上还设置了氨气出口，含钠离子水出口，氨气通过管道连接到气液分离器，同时，所述的脱氨反应器上的含钠离子水出口通过管道连接到气液分离器，气液分离器材质采用搪瓷或者不锈钢材料，气液分离器的直径大小与所处置的水量成正比，气液分离器设立器内温度控制器，确保塔底上部温度为130摄氏度，在所述的气液分离器上部设置了气液分离器气体排放口，氨气，氮气，水蒸汽等通过气液分离器排放口分离排出，同时在所述的气液分离器排放口连接并设置有冷凝器，冷凝器连接氨水出口。
所述的脱氮设备中的气液分离器为气液分离器，本发明在运行过程中，在强碱，高温条件下，分离器存在3种气体，氨气，水蒸汽，氮气，利用气体的质量，优先提出氨气，然后水蒸汽，最后是氮气，最后确保用氮气的质量来排除氨气的成份。
同时，在所述的气液分离器下方设置了脱氮反应器，所述的脱氮反应器与气液分离器通过管道连接，所述的脱氮反应器包括塔底泵和次氯酸钠添加器。
在气液分离器下方设置了气液分离器液体出口，所述的气液分离器液体出口通过管道连接到三效多级蒸发器，经过三效多级蒸发器，在三效多级蒸发器上设置了蒸馏纯水出口，蒸馏纯水出口在三效多级蒸发器上排出。
三效多级蒸发器通过管道连接到了高温蒸发结晶器，所述的高温蒸发结晶器包括高温蒸发结晶器换热器，奥斯陆型蒸发结晶器和强制循环泵，通过高温蒸发结晶器连续蒸发结晶，在氯化钠分离器内把NaCl分离，得到固体氯化钠，氯化钠分离器上设置了氯化钠出口，NaCl分离后，通过氯化钠出口排出。
一种优选技术方案，所述的奥斯陆型蒸发结晶器采用钛合金材料制作。
母液在从气液分离器进入到三效多级蒸发器，高温蒸发结晶器过程中，气液分离器的热能同时运用到高温蒸发结晶，省去了蒸发的能耗，节约了能源。
氯化钠气液分离器通过管道连接到了低温结晶器，所述的低温结晶器包括结晶釜与自然冷却塔，低温结晶器材质采用不锈钢或者搪瓷材料，母液进入低温结晶器，通过低温结晶器冷冻结晶后，得到的是硫酸钠产品和蒸发纯水，在所述的低温结晶器上通过管道连接到硫酸钠分离器，在硫酸钠分离器上设置了硫酸钠出口，硫酸钠通过硫酸钠出口排出。
同时硫酸钠分离器通过管道与电渗析设备连接，母液从低温结晶器进入到电渗析设备。
所述的混合钠盐为NaCl，Na2SO4水溶液，利用钠盐在水中的溶解度和温度不同条件进行分离，确保了单一钠盐的产量和纯度，从而实现了钠盐的资源回收和再利用。
所述的电渗析设备为电渗槽，在所述的电渗槽上设置了电渗析膜，低温结晶器通过管道连接到电渗析设备，母液通过管道进入到电渗析设备，通过电渗析膜后，钠盐浓液浓度提高至质量百分比含钠15%，达到高浓度钠盐后，电渗析设备通过管道连接到高温结晶蒸发器，通过管道回归到高温蒸发结晶器，从而实现循环利用。
所述的电渗槽的淡液通过管道连接到钠滤设备，所述的钠滤设备为钠滤膜，钠滤膜通过管道连接到反渗透膜，通过电渗槽产生的淡水通过钠滤膜进入到反渗透膜，经过钠滤膜过滤的浓离子水重新进入电渗槽中进行电渗析。
淡水通过反渗透膜后得到纯水，反渗透膜上连接了纯水出口，纯水通过出水出口排出，经过反渗透膜后的浓水，重新进入到钠滤膜进行循环过滤。
一种优选技术方案，含氨，含钠废水资源利用的全过程中，存在着强氯离子腐蚀，所有设备具备防腐条件。
本发明的有益效果是：本发明一种含氨，含钠废水资源利用的方法和设备实现了零排放氨氮;同时高盐度水实现了纯净水的制备和单一的钠盐产品;并且在工作中，气液分离器的热能能够被后续的NaCl高效蒸发器充分重复利用，节约了能源。