申请日2013.12.31
公开(公告)日2015.08.05
IPC分类号C02F1/58; C02F1/20; C02F101/16; C01B25/45; C01C1/242; C02F1/36
摘要
本发明公开了一种MAP沉淀循环系统，所述循环系统包括废水池、碱池、反应池、超声波发生器、氨气吸收装置、提升泵、碱泵、排水阀和鼓风机，所述反应池顶端设有通风管、底部设有曝气器，所述反应池内部设有搅拌器，所述排水阀的进水口连接有管路并伸入反应池内，所述反应池侧面设有视窗，通过所述的视窗调整所述管路伸入反应池的位置;本发明结构简单，通过超声-吹脱直接处理吸附氨的MAP晶体，使得MAP晶体中的氨转移到气相中，处理对象体积大幅度减小，显著降低能耗;同时相对于直接采用MAP化学沉淀法，因MAP晶体可回收利用，即节省了磷、镁的用量，减少83%以上固体废弃物的产生，从而大幅度降低药剂费用。
权利要求书
1.一种MAP沉淀循环系统，所述循环系统包括废水池、碱池、反应池、 超声波发生器、氨气吸收装置、提升泵、碱泵、排水阀和鼓风机，其特征在 于所述反应池顶端设有通风管、底部设有曝气器，所述反应池内部设有搅拌 器，所述曝气器与反应池外的鼓风机连通，所述通风管与氨气吸收装置连通， 所述排水阀的进水口连接有管路并伸入反应池内，所述反应池侧面设有视窗， 通过所述的视窗调整所述管路伸入反应池的位置，所述超声波发生器设有超 声波探头通入反应池内部，所述废水池通过提升泵与反应池连通，所述碱池 通过碱泵与反应池连通。
2.如权利要求1所述MAP沉淀循环系统，其特征在于所述超声波发生 器的超声波探头置于距离反应池内部的底表面1/3～1/2处。
3.如权利要求1所述MAP沉淀循环系统，其特征在于所述的曝气器为 微孔曝气器，孔径为3～5mm，所述曝气器距离反应池内部的底表面 0.05～0.2m。
4.一种利用权利要求1所述MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法， 其特征在于所述方法为：开启提升泵将废水池中含氨废水注入反应池，然后 开启搅拌器，将磷酸氢钾、氯化镁投加到反应池中与含氨废水形成混合液， 开启碱泵将碱池内的碱液泵入反应池内调节混合液pH值为8.5～9.5，搅拌反 应至MAP晶体产生并与废水形成混悬液，停止搅拌，静置使混悬液分层为 上清液和沉淀，通过所述的视窗调整所述管路伸入反应池的位置，打开排水 阀排出上清液，当上清液的液面距离沉淀上表面0.05～0.6m时关闭排水阀; 开启鼓风机和超声波发生器进行超声-吹脱处理，同时开启氨气吸收装置并将 碱池内的碱液泵入反应池内调节反应池内的混悬液pH值为10.5～12，在 20～800kHz条件下超声-吹脱处理60～120min，反应池内废水中的氨以氨气形 式经通风管进入氨气吸收装置进行回收;所述磷酸氢钾的投加量以磷的物质 的量计，所述氯化镁的投加量以镁的物质的量计，所述磷、镁与废水中氨的 物质的量之比为1.2:1.1:1，所述含氨废水的加入量为反应池容积的3/4～2/3。
5.如权利要求4所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法，其 特征在于每小时的曝气总空气量与含氨废水的体积比为500～3000:1。
6.如权利要求4所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法，其 特征在于所述搅拌反应过程中，调节混合液pH值为8.8～9.5，搅拌反应时间 为20～60min，搅拌器转速为40～60rpm。
7.如权利要求4所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法，其 特征在于所述超声-吹脱处理时调节超声波频率为20～80kHz，超声-吹脱时间 为60～90min，超声-吹脱处理过程混悬液pH为11～12。
8.如权利要求4所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法，其 特征在于所述碱液为质量浓度5～20%氢氧化钠水溶液。
9.如权利要求4所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法，其 特征在于所述方法为：开启提升泵将废水池中含氨废水注入反应池，然后开 启搅拌器，将磷酸氢钾、氯化镁投加到反应池中与含氨废水形成混合液，开 启碱泵将碱池内的质量浓度5～20%氢氧化钠水溶液泵入反应池内调节反应池 内混合液pH值为8.8～9.5，在40～60rpm条件下搅拌反应20～40min至MAP 晶体产生并与废水形成混悬液，停止搅拌，静置20～40min使混悬液分层为上 清液和沉淀，打开排水阀排出上清液，当上清液的液面距离沉淀上表面 0.05～0.6m时关闭排水阀;开启鼓风机和超声波发生器进行超声-吹脱处理， 同时开启氨气吸收装置并将碱池内的质量浓度5～20%氢氧化钠水溶液泵入反 应池内调节混悬液pH值为11～12，在20～80kHz条件下超声-吹脱处理 60～90min，反应池内废水中的氨以氨气形式经通风管进入氨气吸收装置进行 回收，超声-吹脱结束后继续泵入含氨废水与反应池内MAP晶体混合进行搅 拌反应、静置沉淀和超声-吹脱循环处理;所述磷酸氢钾的投加量以磷的物质 的量计，所述氯化镁的投加量以镁的物质的量计，所述磷、镁与废水中氨的 物质的量之比为1.2:1.1:1，所述含氨废水的加入量为反应池容积的3/4～2/3。
10.如权利要求4所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法， 其特征在于所述含氨废水组成为：悬浮物含量小于10mg/L。
说明书
一种MAP沉淀循环系统及处理含氨废水的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种含氨废水的处理方法，特别涉及利用超声波和空气吹 脱组合技术循环利用MAP(磷酸铵镁)处理含氨废水的方法，可高效率 地去除废水中高浓度氨氮。适合于高氨废水如垃圾渗滤液、焦化废水、养 殖场废水、味精废水等。
(二)背景技术
废水中的氨氮去除方法主要包括物化法和生物法，一般而言，生物方 法适合于处理低浓度含氨废水，而物化法处理高浓度的含氨废水具有一定 的优势。因此，在处理高浓度含氨废水时宜采用物化方法，如沉淀法，吹 脱法。传统上，采用比较多的物化处理工艺是空气吹脱法，其运行、操作 管理简单，操作费用相对较低，但是该方法耗存在碱量大、低温下处理效 率低等缺点，而且氨气的排放又形成了二次污染。自1939年在消化液输 送管线中发现鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O;磷酸氨镁;MAP)以来，有关 鸟粪石的形成机制及其应用得到了广泛的关注。鸟粪石法，即MAP法， 去除氨氮工艺的原理是废水中的氨氮与投加的磷酸根和镁离子反应形成 鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O;MAP)晶体而被除去。该方法具有工艺简单、 稳定可靠、效率高的特点，在垃圾渗滤液、养殖场废水、屠宰场废水等含 高氨氮的废水处理中受到重视。但是昂贵的药剂费用是该方法推广应用的 一个很大的障碍，另外，形成的MAP沉淀也没有很好的出路。目前，由 于社会经济的可持续发展和回收N、P资源的循环经济需要，该技术的可 循环工艺研究受到了国际上环境工作者的关注。
MAP中氨在一定温度、pH下会从固相溶出进入液相，而液相中氨再 通过吹脱等技术手段去除，剩余固体物可回收并循环利用，可进一步和废 水中的氨氮反应形成MAP沉淀，从而实现MAP循环利用去除废水中氨 氮，最终形成一种新型高效的氨氮去除技术。
自20世纪80年代，超声波开始被应用于水处理技术研究中，主要 利用超声波强化传质、清洗、产生自由基等特性。但是超声波单独降解污 染的效率有限，所以目前研究主要是将超声波与其他水处理技术联用，如 超声-Fenton-紫外联用降解对氯苯酚，超声-臭氧联用降解分散蓝染料，超 声-电解联用降解安息香酸等。近年，有学者提出将超声技术应用于废水 中氨氮的去除，利用超声波强化传质的作用，协同空气吹脱技术联合脱除 废水中氨。
超声波去除废水中氨氮的途径主要分为两个部分：1.超声波空化作用 对氨氮直接降解。2.超声波促进氨氮传质进入空气泡并随空气逸出体系。 后者是超声波强化吹脱去除废水中氨氮的主要机理。有研究表明，超声波 的加入可将吹脱除氨的效率提升30%-40%。但是该技术直接应用于废水 中氨氮处理，尤其是应用于高浓度氨氮处理时，将同样面临着碱用量大， 低温下效率低，废水处理单元大超声波能耗高等问题。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种MAP沉淀循环系统及处理含氨废水的方法， 能够高效且经济地处理含氨废水，以降低含氨废水运行成本高的问题。
为了解决沉淀法与超声-吹脱法各自的缺陷，并实现优势互补，本发 明将超声-吹脱联用技术引入MAP沉淀法中，实现MAP的循环利用，首 先利用超声-吹脱联用技术处理含有一定水分的MAP沉淀物，MAP中的 氨氮从固相进入液相再进入气相中，残余固体回收再用于处理含氨废水， 反应后形成的MAP经沉淀固液分离后进一步被超声-吹脱处理回收;吹脱 进入气相中的氨气可通过稀硫酸吸收而回收硫酸铵。废水中氨被富集浓缩 到MAP中，超声-吹脱处理的体积或质量大幅度减小，这样可节省超声波 及吹脱产生的能耗以及中和所需要的碱，经超声-吹脱联用技术处理后的 剩余固体物再重新与进入反应器废水中的氨氮反应并再一次形成MAP， 最终形成一种循环利用MAP处理含氨废水的新工艺。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种MAP沉淀循环系统，所述循环系统包括废水池、碱 池、反应池、超声波发生器、氨气吸收装置、提升泵、碱泵、排水阀(或 排水泵)和鼓风机，所述反应池顶端设有通风管、底部设有曝气器，所述 反应池内部设有搅拌器，所述曝气器与反应池外的鼓风机连通，所述通风 管与氨气吸收装置连通，所述排水阀的进水口连接有管路并伸入反应池 内，所述反应池侧面设有视窗，通过所述的视窗调整所述管路伸入反应池 的位置(根据待排出液体量调节管路口的位置)，所述超声波发生器设有 超声波探头通入反应池内部，所述废水池通过提升泵与反应池连通，所述 碱池通过碱泵与反应池连通。
进一步，所述超声波发生器的超声波探头置于距离反应池内部的底表 面1/3～1/2处。
进一步，所述的曝气器为微孔曝气器，孔径为3～5mm，所述曝气器 距离反应池内部的底表面0.05～0.2m。
本发明还提供一种利用所述MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方 法，所述方法为：开启提升泵将废水池中含氨废水注入反应池，然后开启 搅拌器，将磷酸氢钾、氯化镁投加到反应池中与含氨废水形成混合液，开 启碱泵将碱池内的碱液泵入反应池内调节混合液pH值为8.5～9.5，搅拌 反应至MAP晶体产生并与废水形成混悬液，停止搅拌，静置使混悬液分 层为上清液和沉淀，通过所述的视窗调整所述管路伸入反应池的位置，打 开排水阀排出上清液(根据反应器的处理能力控制废水进水流量以使排出 的上清液达标，否则再将上清液加入废水池中重新处理)，当上清液的液 面距离沉淀上表面0.05～0.6m时关闭排水阀;开启鼓风机和超声波发生器 进行超声-吹脱处理，同时开启氨气吸收装置并将碱池内的碱液泵入反应 池内调节反应池内混悬液pH值为10.5～12，在20～800kHz条件下超声- 吹脱处理60～120min，反应池内废水中的氨以氨气形式经通风管进入氨气 吸收装置进行回收;所述磷酸氢钾的投加量以磷的物质的量计，所述氯化 镁的投加量以镁的物质的量计，所述磷、镁与废水中氨的物质的量之比为 1.2:1.1:1，所述含氨废水的加入量为反应池容积的3/4～2/3。
进一步，所述每小时曝气总空气量与含氨废水的体积(即反应池有效 容积内的含氨废水体积)比为500～3000:1，优选1000～2000:1。
进一步，所述搅拌反应过程中，调节混合液pH值为8.8～9.5，搅拌 反应时间为20～60min，搅拌器转速为40～60rpm。
进一步，超声-吹脱处理时调节所述超声波频率为20～80kHz，超声- 吹脱时间为60～90min，超声-吹脱处理过程混悬液pH为11～12。
进一步，所述碱液为质量浓度5～20%氢氧化钠水溶液，优选质量浓 度10%氢氧化钠水溶液。
更进一步，优选所述利用MAP沉淀循环系统处理含氨废水的方法为： 开启提升泵将废水池中含氨废水注入反应池，然后开启搅拌器，将磷酸氢 钾、氯化镁投加到反应池中与含氨废水形成混合液，开启碱泵将碱池内的 质量浓度5～20%氢氧化钠水溶液泵入反应池内调节混合液pH值为 8.8～9.5，在40～60rpm条件下搅拌反应20～40min至MAP晶体产生并与废 水形成混悬液，停止搅拌，静置20～40min使混悬液分层为上清液和沉淀， 打开排水阀排出上清液(根据反应器的处理能力控制废水进水流量以使排 出的上清液达标，否则再将上清液加入废水池中重新处理)，当上清液的 液面距离沉淀上表面0.05～0.6m时关闭排水阀;开启鼓风机和超声波发生 器进行超声-吹脱处理，同时开启氨气吸收装置并将碱池内的质量浓度 5～20%氢氧化钠水溶液泵入反应池内调节反应池内混悬液pH值为11～12， 在20～80kHz条件下超声-吹脱处理60～90min，反应池内废水中的氨以氨 气形式经通风管进入氨气吸收装置进行回收，超声-吹脱结束后继续泵入 含氨废水与反应池内MAP晶体混合进行搅拌反应、静置沉淀和超声-吹脱 循环处理;所述磷酸氢钾的投加量以磷的物质的量计，所述氯化镁的投加 量以镁的物质的量计，所述磷、镁与废水中氨的物质的量之比为1.2:1.1:1， 所述含氨废水的加入量为反应池容积的3/4～2/3。
本发明所述含氨废水组成为：悬浮物含量小于10mg/L，其他指标不 要求，所述含氨废水可以是焦化废水、垃圾渗滤液、化工废水等。
本发明通过MAP沉淀法将废水中的氨吸附到MAP晶体中，通过超 声-吹脱将MAP晶体中的氨解析，去除氨后的MAP晶体可以重复利用6～9 次，由于每次运行均存在极少量的磷流失，然后利用几次后需要补充一定 的磷盐。当然尽管有磷的流失，但是可以通过控制减小进水量，控制氨氮 去除效率。
本发明所述的MAP沉淀循环工艺处理废水的过程中，超声会使MAP 晶体中的氨溶解到水中，在超声波的高温裂解作用使水中部分氨被氧化， 同时加快水中的铵离子向气态氨转移，在鼓风机的空气提升作用下，气态 氨可以快速进入空气相中，这样便迅速降低MAP晶体和废水中的氨浓度。 由于废水中的氨先富集到MAP晶体中，因此超声-吹脱处理的对象(即富 集了氨的MAP晶体)体积大幅度减小，从而可以明显降低能耗。此外， 由于MAP晶体或者经超声-吹脱处理后不含氨或含少量氨的MAP晶体再 次吸附废水中的氨的过程与超声-吹脱处理MAP晶体中氨均是在一个反 应器中完成(即废水中氨的吸附与解脱均在同一个反应器内进行)，因此 操作过程简单，所需要的动力设备节省。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：通过超声-吹脱直 接处理吸附氨的MAP晶体，使得MAP晶体中的氨转移到气相中，相对 于采用超声-吹脱直接处理废水而言，因处理对象体积大幅度减小，从而 可以显著降低能耗;同时相对于直接采用MAP化学沉淀法，因MAP晶 体可回收利用，即节省了磷、镁的用量，减少83%以上固体废弃物的产 生，从而大幅度降低药剂费用。此外，废水中氨的吸附与解脱均是在同一 个反应器中完成，因此本发明具有结构简单，运行成本低等优点，明显降 低现有处理技术处理成本(见参考文献：(文艳芬，唐建军，周康根.MAP 化学沉淀法处理氨氮废水的工艺研究.工业用水与废水,2008,39(6): 33～39.)和(徐志高，黄倩，张建东，吴延科，张力，王力军.化学沉 淀法处理高浓度氨氮废水的工艺研究,2010,30(9):31-33.)，利用本发明处 理废水的方法可以获得95%以上的除氨效率。