申请日2020.05.29
公开(公告)日2020.08.07
IPC分类号C02F1/46; C02F9/06; C02F101/16
摘要
本发明涉及一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法，所述沉淀装置包括：进水及自控加药系统、电化学MAP反应系统、混合沉降系统和出水及产物排出系统;采用电化学MAP沉淀法脱除污水中的氨氮，使污水中氨氮达到排放标准;同时，可有效回收污水中的氮和磷，产物可作为缓释肥料。本发明的方法绿色环保，不产生对环境有害的物质，无废渣排出;装置结构简单，便于后期放大。
权利要求书
1.一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置，其特征在于，所述沉淀装置包括：进水及自控加药系统、电化学MAP反应系统、混合沉降系统和出水及产物排出系统;所述的进水及自控加药系统与电化学MAP反应系统连接，用于向电化学MAP反应系统加入氨氮污水和药液;所述的电化学MAP反应系统包括pH计(4)、电源(5)、阳极(6)、阴极(7)、反应器内筒(19)和通气装置，阴极(7)为环形筒状结构，并设置在反应器内筒(19)围成的腔体内，阳极(6)设置在阴极(7)的环形筒状结构内，pH计(4)一端伸入阴极(7)的环形筒状结构内，用于实时测量污水的pH值，阳极(6)和阴极(7)分别与电源(5)连接，用于根据pH值调节电源电压使电化学MAP反应系统的反应区达到最佳的pH值;通气装置伸入反应器内筒(19)内，用于向反应器内筒(19)通入气体以对电化学MAP反应起促进作用;所述的混合沉降系统包括反射板(11)、支架(12)和反应器外筒(20);反应器内筒(19)设置在反应器外筒(20)的腔体内，反射板(11)由支架(12)固定在阴极(7)外侧的反应器内筒(19)筒壁下端，用于将电化学MAP反应系统产生的下行废水通过反射板(11)的阻拦流向四周进入反应器外筒(20)的下部腔体中，出水及产物排出系统与反应器外筒(20)连接，用于排出废水和产物。
2.根据权利要求1所述的一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置，其特征在于，所述的进水及自控加药系统包括进水管(1)、药液槽(2)、加药泵(3)和回流泵(13)，进水管(1)的包括两路进水管，其中一路进水管的一端连通反应器内筒(19)围成的腔体，用于将氨氮污水送入反应器内筒(19)围成的腔体内，另一路进水管通过回流泵(13)连通反应器外筒(20)的下部腔体，用于混合反应器内液体促使整个装置稳定运行;药液槽(2)通过药液管连通反应器内筒(19)围成的腔体，用于将药液送入反应器内筒(19)围成的腔体内，加药泵(3)设置在药液管上，用于控制加药量。优选，反应器外筒(20)的上部腔体成圆筒形，反应器外筒(20)的下部腔体成圆锥形;反应器内筒(19)位于反应器外筒(20)的上部腔体内。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置，其特征在于，通气装置包括带孔通气管(8)、连接通气管(9)和电机驱动的泵气装置(10);带孔通气管(8)设置在反应器内筒(19)的下部，带孔通气管(8)通过连接通气管(9)连接电机驱动的泵气装置(10)，用于向反应器内筒(19)通入气体。优选，电机驱动的泵气装置(10)设置在反应器外筒(20)的外部。优选，通入气体为空气或者二氧化碳，通气量为0.8-2.4m3/h。优选，最佳ph值范围为8.5-9.5。优选阳极(6)为碳棒或镁棒，阴极(7)的环形筒状结构为环形的不锈钢桶形式或环形的不锈钢网形式。优选，带孔通气管(8)为管直径20-30mm，优选为25mm，带孔通气管(8)设置有多排孔眼，孔眼的直径为1-5mm，优选为3mm。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置，其特征在于，阴极(7)外侧是反应器内筒(19)的筒壁，反应器外筒(20)筒壁围成的区域构成反应器，支架(12)是固定杆形式，支架(12)具有左右两个支架，废水从固定杆的空隙流入反应器外筒(20)的下部腔体中，使进入混合沉降系统的废水更均匀;优选，反射板(11)距反应器外筒(20)底部具有一定距离，用于使沉降更彻底。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置，其特征在于，所述的出水及产物排出系统包括脱水筛(14)、产物排出带(15)、回水泵(16)、溢流排水管(17)和排泥阀(18);脱水筛(14)通过管道连接反应器外筒(20)的下部，用于将反应生成的沉淀物由经由脱水筛(14)脱水，产物排出带(15)连接脱水筛(14)，用于将脱水后的生成的固体通过产物排出带(15)排出，溢流排水管(17)连通反应器外筒(20)的上部，用于将反应器溢流的出水外排，脱水筛(14)通过回水泵(16)连接溢流排水管(17)，用于将脱出的水经由回水泵(16)输送至溢流排水管(17)，与反应器溢流的出水一起排出;排泥阀(18)设置在反应器外筒(20)的底部，用于在检修和停运时打开排泥阀(18)排出反应器底部的污泥。
6.一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀方法，优选采用上述权利要求之一所述的装置进行沉淀，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)，一定氨氮浓度的氨氮污水的，通过进水及自控加药系统确定药液的最佳进药浓度，进入电化学MAP反应系统;
步骤(2)，根据反应过程中实测的pH值，调节电源电压可使反应区达到最佳的pH值，使氨氮污水的和药液在反应系统内充分反应;同时，通气装置向反应器内筒(19)通入气体以对电化学MAP反应起促进作用;
步骤(3)，反应后生成的沉淀物经混合沉降系统沉降，再由脱水筛(14)脱水后排出;
步骤(4)，反应器溢流的出水及脱水筛脱出的水由溢流排水管(17)排出。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述氨氮污水的氨氮浓度为20-200mg/L。
8.根据权利要求6-7之一所述方法，其特征在于，所述进水及自控加药系统中，氨氮污水的进水量为0.5-2m3/h;所述药液包括镁源和磷源。
9.根据权利要求6-8之一所述方法，其特征在于，所加镁源为氯化镁、硫酸镁等，所加磷源为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、含磷污水等;所述进药的药液在反应器内的摩尔浓度为Mg2+(镁源中的镁离子):NH4+(氨氮污水中的铵根离子):PO43-(磷源中的磷酸根离子)=(1～1.4):1:(0.8～1)。
10.根据权利要求6-9之一所述方法，其特征在于，通入气体为空气或者二氧化碳，通气量为0.8-2.4m3/h;步骤(3)中沉降的时间为30-120min，最佳ph值范围为8.5-9.5。
说明书
一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法
技术领域
本发明涉及一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法，属于污水处理领域。
背景技术
近年来，水生态环境保护面临的一个重要问题是氨氮排放量远远超出受纳水体的环境容量，氨氮现已超过COD成为影响地表水环境质量的首要污染物。
目前，工业上应用的氨氮处理方法主要有生物法和化学法两大类。生物法脱氮尽管可高效的去除氨氮，但该技术受污水中氨氮的浓度、水温、碳源等诸多因素影响，往往需要严格的运行管理才能达到较好的除氨效果。化学法除氨主要有氨吹脱、折点氯化、MAP沉淀等。氨吹脱通常用于高浓度氨氮污水的处理，尽管其脱氨效果良好，但冬季低水温对脱氨效果的影响、吹脱塔的结垢及氨氮对空气的二次污染是该技术无法回避的问题;折点氯化一般用于低浓度氨氮污水处理或饮用水消毒，该技术由于在应用过程中容易产生具有致癌作用的含氯有机化合物，现已较少用于污水的工业处理。MAP沉淀是近年来受到国内外学者广泛研究的一种高效污水除氨技术。该技术与生物法、氨吹脱及折点氯化相比较，具备操作简单、反应迅速和产物沉淀分离性能好等诸多优点，是一种具有良好应用前景的污水除氨技术。
然而，目前开发的MAP沉淀法大都针对高浓度氨氮污水，利用MAP沉淀法处理氨氮浓度低于200mg/L污水的工艺很少;此外已经开发了许多以MAP的形式除去磷和/或氮的方法，这些方法中的大多数需要加入碱性物质以提高pH值，这使得MAP沉淀除氨成本过高，严重影响其经济可行性，制约了该技术的推广应用。
针对以上问题，本发明提供了一种适用于低浓度氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法;利用电化学和MAP沉淀法结合，使反应区pH值升高，形成了不用添加碱性物质的电化学MAP沉淀装置和工艺方法;采用电化学MAP沉淀法脱除污水中的氨氮，使污水中氨氮达到排放标准;同时，可有效回收污水中的氮和磷，产物可作为缓释肥料。
发明内容
本发明旨在提供一种适用于低浓度氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法;利用电化学和MAP沉淀法结合，使反应区pH值升高，形成了不用添加碱性物质的电化学MAP沉淀装置和工艺方法。
本发明涉及一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置，所述沉淀装置包括：进水及自控加药系统、电化学MAP反应系统、混合沉降系统和出水及产物排出系统;所述的进水及自控加药系统与电化学MAP反应系统连接，用于向电化学MAP反应系统加入氨氮污水和药液;所述的电化学MAP反应系统包括pH计(4)、电源(5)、阳极(6)、阴极(7)、反应器内筒(19)和通气装置，阴极⑺为环形筒状结构，并设置在反应器内筒(19)围成的腔体内，阳极(6)设置在阴极(7)的环形筒状结构内，pH计(4)一端伸入阴极(7)的环形筒状结构内，用于实时测量污水的pH值，阳极(6)和阴极(7)分别与电源(5)连接，用于根据pH值调节电源电压使电化学MAP反应系统的反应区达到最佳的pH值;通气装置伸入反应器内筒(19)内，用于向反应器内筒(19)通入气体以对电化学MAP反应起促进作用;所述的混合沉降系统包括反射板(11)、支架(12)和反应器外筒(20);反应器内筒(19)设置在反应器外筒(20)的腔体内，反射板(11)由支架(12)固定在阴极(7)外侧的反应器内筒(19)筒壁下端，用于将电化学MAP反应系统产生的下行废水通过反射板(11)的阻拦流向四周进入反应器外筒(20)的下部腔体中，出水及产物排出系统与反应器外筒(20)连接，用于排出废水和产物。
其中，所述的进水及自控加药系统包括进水管(1)、药液槽(2)、加药泵(3)和回流泵(13)，进水管(1)的包括两路进水管，其中一路进水管的一端连通反应器内筒(19)围成的腔体，用于将氨氮污水送入反应器内筒(19)围成的腔体内，另一路进水管通过回流泵(13)连通反应器外筒(20)的下部腔体，用于混合反应器内液体促使整个装置稳定运行;药液槽(2)通过药液管连通反应器内筒(19)围成的腔体，用于将药液送入反应器内筒(19)围成的腔体内，加药泵(3)设置在药液管上，用于控制加药量。优选，反应器外筒(20)的上部腔体成圆筒形，反应器外筒(20)的下部腔体成圆锥形;反应器内筒(19)位于反应器外筒(20)的上部腔体内。
其中，通气装置包括带孔通气管(8)、连接通气管(9)和电机驱动的泵气装置(10);带孔通气管(8)设置在反应器内筒(19)的下部，带孔通气管(8)通过连接通气管(9)连接电机驱动的泵气装置(10)，用于向反应器内筒(19)通入气体。优选，电机驱动的泵气装置(10)设置在反应器外筒(20)的外部。优选，通入气体为空气或者二氧化碳，通气量为0.8-2.4m3/h。优选，最佳ph值范围为8.5-9.5。优选阳极(6)为碳棒或镁棒，阴极(7)的环形筒状结构为环形的不锈钢桶形式或环形的不锈钢网形式。优选，带孔通气管(8)为管直径20-30mm，优选为25mm，带孔通气管(8)设置有多排孔眼，孔眼的直径为1-5mm，优选为3mm。
其中，阴极(7)外侧是反应器内筒(19)的筒壁，反应器外筒(20)筒壁围成的区域构成反应器，支架(12)是固定杆形式，支架(12)具有左右两个支架，废水从固定杆的空隙流入反应器外筒(20)的下部腔体中，使进入混合沉降系统的废水更均匀;优选，反射板(11)距反应器外筒(20)底部具有一定距离，用于使沉降更彻底。
其中，所述的出水及产物排出系统包括脱水筛(14)、产物排出带(15)、回水泵(16)、溢流排水管(17)和排泥阀(18);脱水筛(14)通过管道连接反应器外筒(20)的下部，用于将反应生成的沉淀物由经由脱水筛(14)脱水，产物排出带(15)连接脱水筛(14)，用于将脱水后的生成的固体通过产物排出带(15)排出，溢流排水管(17)连通反应器外筒(20)的上部，用于将反应器溢流的出水外排，脱水筛(14)通过回水泵(16)连接溢流排水管(17)，用于将脱出的水经由回水泵(16)输送至溢流排水管(17)，与反应器溢流的出水一起排出;排泥阀(18)设置在反应器外筒(20)的底部，用于在检修和停运时打开排泥阀(18)排出反应器底部的污泥。
本发明还涉及一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀方法，优选采用上述的装置进行沉淀，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)，一定氨氮浓度的氨氮污水的，通过进水及自控加药系统确定药液的最佳进药浓度，进入电化学MAP反应系统;
步骤(2)，根据反应过程中实测的pH值，调节电源电压可使反应区达到最佳的pH值，使氨氮污水的和药液在反应系统内充分反应;同时，通气装置向反应器内筒(19)通入气体以对电化学MAP反应起促进作用;
步骤(3)，反应后生成的沉淀物经混合沉降系统沉降，再由脱水筛(14)脱水后排出;
步骤(4)，反应器溢流的出水及脱水筛脱出的水由溢流排水管(17)排出。
其中，所述氨氮污水的氨氮浓度为20-200mg/L。所述进水及自控加药系统中，氨氮污水的进水量为0.5-2m3/h;所述药液包括镁源和磷源。所加镁源为氯化镁、硫酸镁等，所加磷源为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、含磷污水等;所述进药的药液在反应器内的摩尔浓度为Mg2+(镁源中的镁离子):NH4+(氨氮污水中的铵根离子):PO43-(磷源中的磷酸根离子)=(1～1.4):1:(0.8～1)。通入气体为空气或者二氧化碳，通气量为0.8-2.4m3/h;步骤(3)中沉降的时间为30-120min，最佳ph值范围为8.5-9.5。
优选，本发明还涉及一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法，
A.所述装置由进水及自控加药系统、电化学MAP反应系统、沉降系统、出水及产物排出系统组成。
B.所述工艺方法为脱除污水中的氨氮的电化学MAP沉淀法，工艺方法的具体步骤如下，第一步：一定氨氮浓度的进水，通过进水及自控加药系统确定最佳的进药浓度，进入电化学MAP反应系统;第二步：根据反应过程中实测的pH值，调节电源电压可使反应区达到最佳的pH值，使废水和药液在反应系统内充分反应;第三步：反应后生成的沉淀物经沉降系统沉降，再由脱水筛脱水后排出;第四步：处理后的废水及脱水筛脱出的水由反应器溢流排水管排出。
其中，所述的进水及自控加药系统包括进水管⑴、药液槽⑵、加药泵⑶和回流泵⒀，进水管(1)的一端连接废水从进水管⑴进入，药液从药液槽⑵经过加药泵⑶进入，加药量由加药泵⑶控制，回流泵⒀的作用是混合反应器内液体促使整个系统稳定运行。所述的电化学MAP反应系统由pH计⑷、电源⑸、阳极⑹、阴极⑺、带孔通气管⑻、连接通气管⑼、电机⑽、反应器内筒⒆等组成;pH计⑷可在反应过程中实测废水的pH值，根据反应过程中实测的pH值，调节电源电压使反应区达到最佳的pH值(最佳ph值范围为8.5-9.5);阳极⑹为碳棒、镁棒等，阴极⑺为环形的不锈钢桶、环形的不锈钢网;带孔通气管⑻为管径25mm的环形带孔管，在管壁两侧向下相隔45°角，留有两排直径3mm的孔眼，间距50mm，由连接通气管⑼与电机⑽相连，可向反应器内通气体(通入气体为空气或者二氧化碳，通气量为0.8-2.4m3/h)，对电化学MAP反应起一定的促进作用。
所述的混合沉降系统由反射板、支架、反应器外筒等组成;反射板由左右两个支架固定在阴极⑺外侧的反应器内筒⒆筒壁下端(阴极⑺外测是反应器内筒⒆的筒壁，反应器是外筒⒇筒壁围成的区域)，由反应系统下行的废水由于反射板⑾的阻拦流向四周(支架⑿是固定反射板的固定杆形式，废水从支架杆的空隙流入大的壳体的下部腔体)，使进入沉降区的废水更均匀，反射板距反应器底部有一定距离，使沉降更彻底。所述的出水及产物排出系统由脱水筛⒁、产物排出带⒂、回水泵⒃、溢流排水管⒄、排泥阀⒅组成;反应生成的沉淀物由脱水筛⒁脱水，脱水后的固体脱水筛⒁的产物排出带排出，脱水筛脱出的水，由回水泵⒃输送至溢流排水管⒄，与反应器溢流的出水一起排出，设备检修和停运时打开排泥阀⒅排出反应器底部的污泥。
优选，本发明涉及一种处理氨氮污水的电化学MAP沉淀装置和工艺方法，所述沉淀装置包括：进水及自控加药系统、电化学MAP反应系统、混合沉降系统和出水及产物排出系统;采用电化学MAP沉淀法脱除污水中的氨氮，使污水中氨氮达到排放标准;同时，可有效回收污水中的氮和磷，产物可作为缓释肥料，本发明针对一定氨氮浓度的进水，通过进水及自控加药系统确定最佳的进药浓度，进入电化学MAP反应系统;根据反应过程中实测的pH值，调节电源电压可使反应区达到最佳的pH值，使废水和药液在反应系统内充分反应;反应后生成的沉淀物经沉降系统沉降，再由脱水筛脱水后排出;处理后的废水及脱水筛脱出的水由反应器溢流排水管排出。本发明的方法绿色环保，不产生对环境有害的物质，无废渣排出;装置结构简单，便于后期放大
优选，本发明涉及的工艺方法为脱除污水中的氨氮的电化学MAP沉淀法，工艺方法的具体步骤如下，第一步：一定氨氮浓度的进水，通过进水及自控加药系统确定最佳的进药浓度，进入电化学MAP反应系统;第二步：根据反应过程中实测的pH值，调节电源电压可使反应区达到最佳的pH值，使废水和药液在反应系统内充分反应;第三步：反应后生成的沉淀物经沉降系统沉降，再由脱水筛脱水后排出;第四步：处理后的废水及脱水筛脱出的水由反应器溢流排水管排出。所述进水量为0.5-2m3/h;所述氨氮浓度为20-200mg/L。所述进水及自控加药系统中所加镁源为氯化镁、硫酸镁等，所加磷源为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、含磷污水等;所述进药在反应器内的摩尔浓度为Mg2+:NH4+:PO43-=(1～1.4):1:(0.8～1)。所述沉降时间为30-120min。所述pH值为8.5-9.5。
本发明的优势有：
采用电化学MAP沉淀法脱除污水中的氨氮，使污水中氨氮达到排放标准;同时，可有效回收污水中的氮和磷，产物可作为缓释肥料;
本发明的工艺方法绿色环保，不产生对环境有害的物质，无废渣排出;
本发明的装置结构简单，便于后期放大。（发明人贾晋炜;吴晓辉;刘春霞;蒋岩;彭犇;田玮;张硕）