公布日：2022.05.06
申请日：2022.01.28
分类号：C02F9/06(2006.01)I;C01C1/24(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F103/16(2006.01)N
摘要
本发明属于废旧资源利用和环保领域，涉及一种从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统及其处理方法。该处理系统包括过滤装置、纳滤或反渗透过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置和膜透析液催化电解脱氨氮装置；过滤装置包括硫酸铵稀土废水调节池、提升泵、过滤器、滤液储存池和滤渣收集池；纳滤或反渗透过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置包括高压泵、膜组件、浓缩液储罐和透析液储罐；膜透析液催化电解脱氨氮装置包括电解机、脱气塔和催化剂投加装置。本发明提供的处理系统能够高效回收稀土废水中的硫酸铵和稀土且高效去除稀土废水中的氨氮和总磷，处理后氨氮≤1.0mg/L，总氮≤1.5mg/L，总磷≤0.1mg/L，其他污染物指标符合排放标准。
权利要求书
1.一种从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，该处理系统包括过滤装置、纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置和膜透析液催化电解脱氨氮装置；所述过滤装置包括硫酸铵稀土废水调节池、提升泵、过滤器、滤液储存池和滤渣收集池，所述过滤装置用于过滤除去稀土废水的固体颗粒性杂质，防止后续堵膜；所述提升泵的进水口与硫酸铵稀土废水调节池的出水口连通，所述提升泵的出水口与过滤器的进水口连通，所述过滤器的出水口与滤液储存池的进水口连通，所述过滤器的出渣口与滤渣收集池的进口连通，所述滤液储存池的出水口连接纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置的进水口；所述纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置包括膜组件、高压泵、浓缩液储罐和透析液储罐；所述高压泵的进水口与滤液储存池的出水口连通，所述高压泵的出水口与膜组件的进水口连通，所述膜组件的浓缩液出口与浓缩液储罐的进水口连通，所述膜组件的透析液出口与透析液储罐的进水口连通，所述透析液储罐的出水口与膜透析液催化电解脱氨氮装置中电解机的进水管连通；所述膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件；所述膜透析液催化电解脱氨氮装置包括电解机、脱气塔和催化剂投加装置，所述电解机的进水管上沿着水流方向依次安装有碱液投加装置和管道混合器，所述催化剂投加装置的出口与管道混合器的进口连接，所述电解机的出水口与脱气塔的进水口连接。
2.根据权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述过滤器选自砂滤、活性砂滤、多介质过滤、V型滤池、精滤、纤维滤芯过滤、微滤膜和超滤膜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述过滤装置还包括反洗水箱、反洗水泵和反洗水沉淀池，所述反洗水箱的出口与反洗水泵的进水口连接，所述反洗水泵的出水口与过滤器的底部连通，所述过滤器的反洗液出口与反洗水沉淀池的进水口连通，所述反洗水沉淀池顶部的清水出口与硫酸铵稀土废水调节池的进水口连通。
4.据权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述纳滤膜组件为截留硫酸镁大于或等于98％的纳滤膜组件，膜材料为有机膜和复合膜，工作压力为：进口25～55bar，出口23～53bar，进口与出口的压力差为1.5～2.0bar；所述反渗透膜组件为截留氯化钠大于或等于98％的反渗透膜组件，膜材料为有机膜或复合膜，工作压力为：进口30～75bar，出口28.5～73bar，进口与出口的压力差为1.5～2.0bar；所述纳滤膜组件或反渗透膜组件选自管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维膜组件、平板膜组件和碟管式膜组件中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述膜透析液催化电解脱氨氮装置中脱气塔的进水口与位于脱气塔内底部的布水器连接，所述脱气塔的内顶部还设置有刮渣器和气泡浮渣收集槽，所述刮渣器用于将脱气塔中液体表面的气泡刮入气泡收集槽中；和/或，所述膜透析液催化电解脱氨氮装置中脱气塔内五分之四高度位置处还设置有污水循环口，所述污水循环口经由循环泵与碱液投加装置一同与电解机的进水管连接。
6.根据权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述膜透析液催化电解脱氨氮装置还包括电极清洗装置，所述电极清洗装置包括酸洗溶液贮罐和酸洗溶液输送泵，所述酸洗溶液贮罐的出口与电解机的出水口连接且酸洗溶液输送泵设置在两者的连接管路上，所述酸洗溶液贮罐的进口与电解机的进水口连接。
7.根据权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置的浓缩液储罐之后还设置有膜过滤浓缩液净化提纯装置，所述膜过滤浓缩液净化提纯装置包括pH调节池、沉淀反应罐、沉淀池和清水池，所述pH调节池的进水口与浓缩液储罐的出水口连通，所述pH调节池的出水口与沉淀反应罐的进水口连通，所述沉淀反应罐的出水口与沉淀池的进水口连通，所述沉淀池的上清液出口与清水池的进水口连通，所述沉淀反应罐还连接有沉淀剂储罐并安装有搅拌混合装置，所述沉淀池的底部设置有污泥出口，所述沉淀池的顶部设置有上清液出口。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，其特征在于，所述从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统还包括污泥脱水装置，所述污泥脱水装置包括污泥浓缩池、理化调节池和脱水机，所述污泥浓缩池的进口与脱气塔底部的排渣口、反洗水沉淀池底部的污泥出口和沉淀池底部的泥渣出口中的至少一者连接，所述污泥浓缩池的污泥出口与理化调节池的进口连接，所述理化调节池的出口与脱水机的进口连接。
9.一种从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理方法，其特征在于，该方法利用权利要求1所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统按照如下步骤处理稀土废水：(1)稀土废水过滤：将需要处理的稀土废水收集到硫酸铵稀土废水调节池中，用提升泵泵入过滤器中过滤，得滤液和滤渣，所述滤液储存于滤液储存池中，所述滤渣收集于滤渣收集池中；(2)纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩回收硫酸铵溶液：将步骤(1)过滤所得储存于滤液储存池中的滤液用高压泵送入纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置中进行膜过滤分离浓缩；当使用纳滤膜时，其工作压力为：进口25～55bar，出口23～53bar；当使用反渗透膜时，其工作压力为：进口30～75bar，出口28.5～73bar；通过纳滤或反渗透将稀土废水分离成含2～6％硫酸铵浓缩液和硫酸铵浓度为400mg/L以下的透析液并分别储存于浓缩液储罐和透析液储罐中；(3)膜透析液催化电解脱氨氮：采用碱液投加装置往步骤(2)所得储存于透析液储罐中的透析液中投加碱液以将透析液的pH值调节至9～9.5，再与源自催化剂投加装置的氯离子催化剂在管道混合器中混合均匀之后泵入电解机中进行催化电解脱氨氮，所述催化电解脱氨氮后所得废水引入脱气塔中进行气液分离得到脱氨氮合格的出水。
10.根据权利要求9所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤处理：硫酸铵浓缩液提纯：将所述硫酸铵浓缩液从浓缩液储罐中泵入膜过滤浓缩液净化提纯装置的pH调节池中，并在不断搅拌条件下加入10～25％的氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液至pH上升至9～9.5，形成硅酸盐和三氧化二铝沉淀，然后进入沉淀池中沉淀分离得提纯的硫酸铵上清液和底部污泥；和/或，污水脱水：将脱气塔底部、反洗水沉淀池底部和沉淀池底部中至少一者产生的污泥泵入污泥脱水装置的污泥浓缩池中进行重力浓缩得到上层的澄清液和下层的浓缩污泥；所述浓缩污泥输入至理化调节池中并加入理化调理剂进行理化调节，经理化调节后的污泥再输送至脱水机内进行脱水处理，所述理化调理剂选自石灰、三氯化铁和聚合氯化铝中的至少一种。
发明内容
本发明的目的在于针对现有稀土高铵废水处理工艺存在占地大、投资大、出水质量差、出水氨氮不达标、运行成本高等缺陷，而提供一种新的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，该处理系统将过滤装置、纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置与膜透析液催化电解脱氨氮装置相结合，具有工艺流程短、占地面积小、投资小、废水中的硫酸铵能有效回收利用、处理后的出水水质高、运行成本低、对废水水质的适应性强以及持续效果好等优点。
具体地，本发明的第一目的在于提供了一种从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统，该处理系统包括过滤装置、纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置和膜透析液催化电解脱氨氮装置；
所述过滤装置包括硫酸铵稀土废水调节池、提升泵、过滤器、滤液储存池和滤渣收集池，所述过滤装置用于过滤除去稀土废水的固体颗粒性杂质，防止后续堵膜；所述提升泵的进水口与硫酸铵稀土废水调节池的出水口连通，所述提升泵的出水口与过滤器的进水口连通，所述过滤器的出水口与滤液储存池的进水口连通，所述过滤器的出渣口与滤渣收集池的进口连通，所述滤液储存池的出水口连接纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置的进水口；
所述纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置包括膜组件、高压泵、浓缩液储罐和透析液储罐；所述高压泵的进水口与滤液储存池的出水口连通，所述高压泵的出水口与膜组件的进水口连通，所述膜组件的浓缩液出口与浓缩液储罐的进水口连通，所述膜组件的透析液出口与透析液储罐的进水口连通，所述透析液储罐的出水口与膜透析液催化电解脱氨氮装置中电解机的进水管连通；所述膜组件为纳滤膜组件或反渗透膜组件；
所述膜透析液催化电解脱氨氮装置包括电解机、脱气塔和催化剂投加装置，所述电解机的进水管上沿着水流方向依次安装有碱液投加装置和管道混合器，所述催化剂投加装置的出口与管道混合器的进口连接，所述电解机的出水口与脱气塔的进水口连接。
在一种优选的实施方式中，所述过滤器选自砂滤、活性砂滤、多介质过滤、V型滤池、精滤、纤维滤芯过滤、微滤膜和超滤膜中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述过滤装置还包括反洗水箱、反洗水泵和反洗水沉淀池，所述反洗水箱的出口与反洗水泵的进水口连接，所述反洗水泵的出水口与过滤器的底部连通，所述过滤器的反洗液出口与反洗水沉淀池的进水口连通，所述反洗水沉淀池顶部的清水出口与硫酸铵稀土废水调节池的进水口连通。
在一种优选的实施方式中，所述纳滤膜组件为截留硫酸镁大于或等于98％的纳滤膜组件，膜材料为有机膜和复合膜，工作压力为：进口25～55bar，出口23～53bar，进口与出口的压力差为1.5～2.0bar；所述反渗透膜组件为截留氯化钠大于或等于98％的反渗透膜组件，膜材料为有机膜或复合膜，工作压力为：进口30～75bar，出口28.5～73bar，进口与出口的压力差为1.5～2.0bar；所述纳滤膜组件或反渗透膜组件选自管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维膜组件、平板膜组件和碟管式膜组件中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述膜透析液催化电解脱氨氮装置中脱气塔的进水口与位于脱气塔内底部的布水器连接，所述脱气塔的内顶部还设置有刮渣器和气泡浮渣收集槽，所述刮渣器用于将脱气塔中液体表面的气泡刮入气泡收集槽中；和/或，
所述膜透析液催化电解脱氨氮装置中脱气塔内五分之四高度位置处还设置有污水循环口，所述污水循环口经由循环泵与碱液投加装置一同与电解机的进水管连接。
在一种优选的实施方式中，所述膜透析液催化电解脱氨氮装置还包括电极清洗装置，所述电极清洗装置包括酸洗溶液贮罐和酸洗溶液输送泵，所述酸洗溶液贮罐的出口与电解机的出水口连接且酸洗溶液输送泵设置在两者的连接管路上，所述酸洗溶液贮罐的进口与电解机的进水口连接。
在一种优选的实施方式中，所述纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置的浓缩液储罐之后还设置有膜过滤浓缩液净化提纯装置，所述膜过滤浓缩液净化提纯装置包括pH调节池、沉淀反应罐、沉淀池和清水池，所述pH调节池的进水口与浓缩液储罐的出水口连通，所述pH调节池的出水口与沉淀反应罐的进水口连通，所述沉淀反应罐的出水口与沉淀池的进水口连通，所述沉淀池的上清液出口与清水池的进水口连通，所述沉淀反应罐还连接有沉淀剂储罐并安装有搅拌混合装置，所述沉淀池的底部设置有污泥出口，所述沉淀池的顶部设置有上清液出口。
在一种优选的实施方式中，所述从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统还包括污泥脱水装置，所述污泥脱水装置包括污泥浓缩池、理化调节池和脱水机，所述污泥浓缩池的进口与脱气塔底部的排渣口、反洗水沉淀池底部的污泥出口和沉淀池底部的泥渣出口中的至少一者连接，所述污泥浓缩池的污泥出口与理化调节池的进口连接，所述理化调节池的出口与脱水机的进口连接。
本发明的第二目的提供了一种从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理方法，该方法利用上述所述的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统按照如下步骤处理稀土废水：
(1)稀土废水过滤：将需要处理的稀土废水收集到硫酸铵稀土废水调节池中，用提升泵泵入过滤器中过滤，得滤液和滤渣，所述滤液储存于滤液储存池中，所述滤渣收集于滤渣收集池中；
(2)纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩回收硫酸铵溶液：将步骤(1)过滤所得储存于滤液储存池中的滤液用高压泵送入纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩硫酸铵溶液回收装置中进行膜过滤分离浓缩；当使用纳滤膜时，其工作压力为：进口25～55bar，出口23～53bar；当使用反渗透膜时，其工作压力为：进口30～75bar，出口28.5～73bar；通过纳滤或反渗透将稀土废水分离成含2～6％硫酸铵浓缩液和硫酸铵浓度为400mg/L以下的透析液并分别储存于浓缩液储罐和透析液储罐中；
(3)膜透析液催化电解脱氨氮：采用碱液投加装置往步骤(2)所得储存于透析液储罐中的透析液中投加碱液以将透析液的pH值调节至9～9.5，再与源自催化剂投加装置的氯离子催化剂在管道混合器中混合均匀之后泵入电解机中进行催化电解脱氨氮，所述催化电解脱氨氮后所得废水引入脱气塔中进行气液分离得到脱氨氮合格的出水。
在一种优选的实施方式中，所述处理方法还包括如下步骤处理：
硫酸铵浓缩液提纯：将所述硫酸铵浓缩液从浓缩液储罐中泵入膜过滤浓缩液净化提纯装置的pH调节池中，并在不断搅拌条件下加入10～25％的氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液至pH上升至9～9.5，形成硅酸盐和三氧化二铝沉淀，然后进入沉淀池中沉淀分离得提纯的硫酸铵上清液和底部污泥；和/或，
污水脱水：将脱气塔底部、反洗水沉淀池底部和沉淀池底部中至少一者产生的污泥泵入污泥脱水装置的污泥浓缩池中进行重力浓缩得到上层的澄清液和下层的浓缩污泥；所述浓缩污泥输入至理化调节池中并加入理化调理剂进行理化调节，经理化调节后的污泥再输送至脱水机内进行脱水处理，所述理化调理剂选自石灰、三氯化铁和聚合氯化铝中的至少一种。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)稀土废水中硫酸铵资源得到充分回收利用
目前的稀土废水处理技术不仅处理后的出水水质较差，也没有采取合理方法回收废水中的硫酸铵，本发明可以从氨氮为300～5000g/m3的稀土废水中回收80～90％的硫酸铵，将回收的硫酸铵溶液净化后作为稀土的采矿剂，节约硫酸铵资源，减少资源浪费并减轻稀土开发对环境的污染。
(2)水质高、变废水为可循环使用的水资源
采用本发明提供的从稀土废水中回收硫酸铵和稀土废水的处理系统对稀土废水处理后，不仅其他指标全部达到《稀土工业污染物排放标准》(GB26451‑2011)中表2的指标，而且氨氮≤1.0mg/L，总氮≤1.5mg/L，总磷≤0.1mg/L，达到《地表水环境质量标准》(GB3838‑2011)中表1的Ⅳ类水质标准，已经将稀土废水转变成了可以循环使用的水资源，排入自然水体中，能够有效提高水体的溶解氧，有效抑制藻类的生长，全面改善和提升水质，同时能作为工农业生产和商业用水。
(3)从源头上根除氮磷污染
当前，现有的废水厂执行的《稀土工业污染物排放标准》(GB26451‑2011)中表2中废水的排放标准是氨氮≤15mg/L，总氮≤30mg/L，总磷≤1mg/L，大量的氮磷随着废水处理厂的排放水进入水体，造成水体氮大量富集，因此，废水处理厂的排放水是江河、湖泊水体中氮磷的主要来源之一，水体中的氮磷日积月累，导致氮磷严重超标，造成江河、湖泊水体的富营养化，致使我国主要湖泊的蓝藻年复一年的爆发。为了根治蓝藻，我国投入了大量财力、人力、物力，但收效不高。采用本发明的稀土高铵废水处理系统对稀土废水进行处理后，水体的氨氮≤1.0mg/L，总氮≤1.5mg/L，总磷≤0.1mg/L，达到《地表水环境质量标准》(GB3838‑2011)中表1的Ⅳ类水质标准，能够从源头上彻底根除水体的氮磷污染。
(4)工艺流程简单、运行简单
采用本发明提供的系统对稀土废水进行处理仅包括稀土废水过滤、纳滤或反渗透膜过滤分离浓缩回收硫酸铵溶液以及膜透析液催化电解脱氨氮三道主要工序，生产工艺流程较现有的稀土废水处理生产工艺流程更为简单，建筑构筑物更少，操作运行更简单。
(5)节省十分之九以上的土地面积
目前，国内外采用活性污泥法建设的稀土废水处理厂对废水进行处理时，多数停留时间在20小时以上，占地面积大。采用本发明提供的系统对稀土废水进行处理时，水体的停留时间只有2.0～3.0小时，装置占地面积不到现有传统装置的十分之一，占地面积小，可以大量节省土地资源。
(6)运行成本低
采用本发明提供的系统对稀土废水进行处理的运行成本较现有的稀土废水处理厂的运行成本低得多，但水质却高得多，回收的硫酸铵溶液作为采矿剂循环使用，出水已是可以循环使用的水资源，因此，运行成本低。
(7)施工周期短
本发明提供的从稀土废水回收硫酸铵和稀土废水的处理系统包括过滤装置、纳滤或反渗透膜分离浓缩硫酸铵溶液回收装置和膜透析液催化电解脱氨氮装置，这些设备都是定型设备，主要设备都在工厂生产，采用这些设备建设废水处理厂时，只要将这些定型设备在废水处理厂进行装配，无需大量建设构筑物，所以，废水处理厂的建设周期较传统建厂的建设工期将缩短一半以上，建设施工周期短。
（发明人：张世文）