申请日2013.09.06
公开(公告)日2014.02.05
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统及方法，所述多级膜萃取生物综合处理系统包括，预处理器，所述预处理器上设第一进水口通入所述高氨氮废水;pH调节器，所述pH调节器与所述预处理器上第一出水口相连;过滤处理器，所述过滤处理器通过管道与所述pH调节器上第二出水口相连;多级膜萃取器，依次包括一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃取器，所述一级膜萃取器与所述过滤器上第三出水口相连，各级膜萃取器间通过管道相连，且内均设萃取膜，所述萃取膜置向与废水及萃取液流向平行;生物综合处理器，与所述一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃取器分别相连;所述三级膜萃取器的出水口还设有除氨水收集器。
权利要求书
1.一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统，其特征在于， 包括，
预处理器，所述预处理器上开设第一进水口，含高氨氮废水通过所述第 一进水口进入所述预处理器，所述预处理器还设有第一出水口;
pH调节器，所述pH调节器通过管道与所述第一出水口相连，所述pH调 节器上还设有第二出水口;
过滤处理器，所述过滤处理器通过管道与所述第二出水口相连，所述过 滤处理器还设第三出水口;
多级膜萃取器，依次包括一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃取器， 所述一级膜萃取器与所述第三出水口相连;各级膜萃取器间通过管道相连， 且内均设萃取膜，所述萃取膜将所述废水与所述萃取液分隔，且所述萃取膜 置向与所述废水及萃取液流向平行，所述萃取液与所述废水在所述多级膜处 理器中流向相反;
生物综合处理器，与所述一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃取器 通过管道分别相连用于通入从所述一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃 取器流出的废液;
其中，所述多级膜萃取器中每一级膜萃取器出水口均设有切换阀门用于 切换至每一级膜萃取器与下级膜萃取器相连的管道或与所述生物综合处理器 相连的管道。
2.根据权利要求1所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述预处理器内设格栅或筛网，孔径为2mm～6mm。
3.根据权利要求1所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述pH调节器内设碱液添加单元及pH检测单元， 所述pH调节器通过添加碱性物调节废水pH，所述碱性物质为氢氧化钙或氢 氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述过滤器为布袋式或盘式过滤器。
5.根据权利要求1所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述萃取液为10%-20%的稀硫酸。
6.根据权利要求5所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述萃取液浓度为15%。
7.根据权利要求1所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述萃取膜为经硅烷疏水改性的陶瓷膜或六氟丙烯/ 甲基丙烯酸乙脂超疏水性膜，所述萃取膜平均孔径为30-70nm。
8.根据权利要求6所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述萃取膜平均孔径为50nm。
9.根据权利要求1所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合 处理系统，其特征在于，所述多级膜萃取器中每一级膜萃取器出水口还设有 自动检测单元用于检测流出废水中氨氮浓度;所述一级膜萃取器设有萃取液 流出口，所述萃取液流出口处设氨氮检测仪及流向阀门，所述萃取液流出口 与含氨氮浓液回收器和设于所述三级膜萃取器上的萃取液流入管道分别相 连。
10.一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理方法，其特征在 于，通过以下步骤实现：
1)含高氨氮废水首先经过预处理器，去除掉废水中呈颗粒状物;
2)经1)处理后的废水流经所述pH调节器，在所述pH调节器内通过添 加碱性物质将废水pH调至10.5～11.5;
3)经2)处理后的废水再经所述过滤器过滤处理;
4)过滤后的高氨氮废水进入所述多级膜萃取器进行萃取，所述废水从萃 取膜内侧通过时，氨分子从膜壁中透出，被壁外的萃取液吸收，废水中的NH3-N 得以去除;所述一级膜萃取器出水口经自动检测单元检测，所述废水中氨氮 浓度若低于200mg/L，出水进入生物综合处理，否则进入二级膜萃取器;同 样地，所述二级膜萃取器出水口废水中氨氮浓度若低于200mg/L，出水则进 入生物综合处理器，否则进入三级膜萃取器;所述萃取液在所述多级膜萃取 器中依次流经三级膜萃取器、二级膜萃取器和一级膜萃取器，最终含氨氮的 浓液被回收或流回至所述三级膜萃取器的萃取液入口进行循环使用。
5)废水经过多级膜萃取器处理后，从所述三级膜萃取器出水口流出，根 据废水内是否仅含氨氮，所述废水将进入所述除氨水收集器被收集或进入所 述生物处理器进一步处理。
说明书
处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统及方法
技术领域
本发明涉及环境水质净化领域，特别涉及一种多级膜萃取废水中高氨氮 的生物综合处理系统及方法。
背景技术
氮在废水中以有机态氮、氨态氮(NH4+-N)、硝态氮以及亚硝态氮等多种 形式存在，而氨态氮是最主要的存在形式之一。石油、化工、食品和制药等 工业，以及城市生活污水和垃圾渗滤液中氨氮的排放量都比较大。氨氮污染 源多，排放量大，并且排放的浓度变化大。据统计，2012年，全国废水氨氮 的排放量为61万吨;城镇生活废水的氨氮的排放量为137.9万吨。水环境中 存在过量的氨氮会造成多方面的有害影响.
废水中氨氮的处理技术一直是各国学者研究的热门课题。脱氨方法有很 多，目前在工业上应用的主要有吹脱法、折点加氯法、离子交换法等。折点 加氯法和离子交换法适用于不含有机物的低浓度氨氮的废水处理。对于高浓 度无机氨氮废水，目前工业应用较多采用吹脱法，但吹脱工艺脱除率低、吹 脱出的氨氮经吸收后生成的硫酸铵浓度低，无法有效利用而处置困难，易产 生二次污染。
基于以上所述，一种新型的用于处理废水中氨氮的装置及方法的研究很 有必要性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种废水中高氨氮多级膜萃取 生物综合处理及回收方法。本发明所采取的多级膜萃取技术是膜分离过程和 液一液萃取过程相结合的新的分离技术。与通常的液一液萃取过程不同，膜萃 取的传质过程是在分隔料液相和溶剂相的微孔膜表面进行的。萃取剂和料液 在膜表面接触，发生传质，该过程不存在通常萃取过程中的液滴的分散和聚 合现象。
本发明提供一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统，包 括，预处理器，所述预处理器上开设第一进水口，含高氨氮废水通过所述第 一进水口进入所述预处理器，所述高氨氮废水氨氮含量为500mg/L～ 10000mg/L，所述预处理器还设有第一出水口;pH调节器，所述pH调节器通 过管道与所述第一出水口相连，所述pH调节器上还设有第二出水口;过滤处 理器，所述过滤处理器通过管道与所述第二出水口相连，所述过滤处理器还 设第三出水口;多级膜萃取器，依次包括一级膜萃取器、二级膜萃取器及三 级膜萃取器，所述一级膜萃取器与所述第三出水口相连;各级膜萃取器间通 过管道相连，且内均设萃取膜，所述萃取膜将所述废水与所述萃取液分隔， 且所述萃取膜置向与所述废水及萃取液流向平行，所述萃取液与所述废水在 所述多级膜处理器中流向相反，废水依次流经一级膜萃取器、二级膜萃取器 和三级膜萃取器，在所述多级膜萃取器处理后，从所述三级膜萃取器出水口 流出;所述萃取液在所述多级膜萃取器中依次流经三级膜萃取器、二级膜萃 取器和一级膜萃取器，最终含氨氮的浓液被回收或再次循环使用;生物综合 处理器，与所述一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃取器通过管道分别 相连用于通入从所述一级膜萃取器、二级膜萃取器及三级膜萃取器流出的废 液;其中，所述多级膜萃取器中每一级膜萃取器出水口均设有切换阀门用于 切换至每一级膜萃取器与下级膜萃取器相连的管道或与所述生物综合处理器 相连的管道。
优选地，所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统， 其中，所述预处理器内设格栅或筛网，孔径为2mm～6mm，所述预处理器用于 除去废水中较大的颗粒。
优选地，所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统， 其中，所述pH调节器内设碱液添加单元及pH检测单元，所述pH检测单元用 于检测废水的pH值并将检测结果反馈至所述碱液添加单元，所述碱液添加单 元向流经的废水添加碱液，所述碱液为氢氧化钙或氢氧化钠溶液，添加过碱 液的废水再次经所述pH检测单元检测，最终从所述pH调节器中流出的废水 pH为10.5～11.5。
优选地，所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统， 其中，所述过滤器为布袋式或盘式过滤器。
优选地，所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统， 其中，所述萃取液为10%-20%的稀硫酸。优选地，所述萃取液浓度为15%。
优选地，所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统， 其中，所述萃取膜为经硅烷疏水改性的陶瓷膜或六氟丙烯/甲基丙烯酸乙脂 超疏水性膜，所述萃取膜平均孔径为30-70nm，优选地，所述萃取膜平均孔 径为50nm。
优选地，所述的一种处理废水中高氨氮的多级膜萃取生物综合处理系统， 其中，所述多级膜萃取器中每一级膜萃取器出水口还设有自动检测单元用于 检测流出废水中氨氮浓度;所述一级膜萃取器设有萃取液流出口，所述萃取 液流出口处设氨氮检测仪及流向阀门，所述萃取液流出口与含氨氮浓液回收 器和设于所述三级膜萃取器上的萃取液流入管道分别相连。所述流向阀门在 通向含氨氮浓液回收器的管道或通向所述三级膜萃取器的管道间切换的控制 方法为：当萃取液依次流经三级膜萃取器、二级膜萃取器和一级膜萃取器后 浓度仍小于设定值(一般为30%)时，所述氨氮浓液经管道流回所述一级膜 萃取器进口，再次循环使用;当萃取液经萃取后浓度大于或等于设定值时， 所述氨氮浓液回收。
本发明还提供一种处理废水中高氨氮的生物综合处理方法，通过以下步 骤实现：1)含高氨氮废水首先经过预处理器，去除掉废水中呈颗粒状物;2) 经1)处理后的废水流经所述pH调节器，在所述pH调节器内通过添加碱性 物质将废水pH调至10.5～11.5;3)经2)处理后的废水再经所述过滤器过 滤处理;4)过滤后的高氨氮废水进入所述多级膜萃取器进行萃取，所述废水 从萃取膜内侧通过时，氨分子从膜壁中透出，被壁外的萃取液吸收，废水中 的NH3-N得以去除，通过一级膜萃取器处理后，氨氮去除率可以达50%以上; 所述一级膜萃取器出水口经自动检测单元检测，所述废水中氨氮浓度若低于 200mg/L，出水进入生物综合处理，否则进入二级膜萃取器;同样地，所述二 级膜萃取器出水口废水中氨氮浓度若低于200mg/L，出水则进入生物综合处 理器，否则进入三级膜萃取器，根据废水内是否仅含氨氮，所述废水通过所 述三级膜萃取器后进入所述生物综合处理器或被回收;所述萃取液在所述多 级膜萃取器中依次流经三级膜萃取器、二级膜萃取器和一级膜萃取器，最终 含氨氮的浓液被回收或流回至所述三级膜萃取器的萃取液入口进行循环使 用。一般经过三级萃取膜处理后，氨氮去除率基本可以达到99%以上;5)废 水经过多级膜萃取器处理后，从所述三级膜萃取器出水口流出，进入所述除 氨水收集器被收集或进入所述生物处理器进一步处理，根据废水中除氨氮外 是否还含有其他成分判断经所述多级膜萃取器处理后的废水回收还是流入所 述生物综合处理器，具体判断方法为：当废水中仅含氨氮时，经所述多级膜 萃取器处理废水即可被回收;而当废水中除含氨氮外还含有其他成分时，则 经所述多级膜萃取器处理后的废水流入所述生物综合处理器进行进一步处 理。
本发明将超疏水性耐酸碱膜材料和多级膜萃取技术相结合应用到废水中 氨氮物质的去除工艺中，形成多级膜萃取系统，结合生物综合处理技术，提 出了一种废水中高氨氮物质处理的全新的思路，取得有益效果：1)本发明多 级膜萃取由于没有相的分散和聚结过程，可以减少萃取剂在高氨氮废水相中 夹带损失;2)高氨氮废水相和萃取液相各自在膜两侧流动，并不形成直接接 触的液一液两相流动，使萃取的效率大为提高;3)多级膜萃取过程中，两相分 别在膜两侧作单相流动，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制; 4)多级膜萃取过程可以较好地发挥化工单元操作中的优势，提高过程的传质 效率，可以实现同级萃取及反萃取过程，采用萃合物载体促进迁移等;5)高氨 氮废水相与溶剂相在膜两侧同时存在可以避免与其相似的支撑液膜操作中膜 内溶剂的流失问题;6)处理工艺流程简洁，设备布局紧凑，占地少，方法操 作方便，无二次污染;7)通过过程调控，对含有机物的高浓度氨氮废水，可 以使氨氮的浓度降低到适宜生物处理的程度，从而使废水中的有机污染物与 氨氮实现协同降解;8)对不含有机污染物的废水，通过膜直接分离出废水中 的氨氮，多级膜萃取又可以在常温、常压的条件下浓缩并回收废水中的氨， 回收利用氨氮资源，回收率高。