申請日2013.12.05
公開(公告)日2014.05.21
IPC分類號C02F9/04; C01C1/10; B01D3/32; B01D3/14
摘要
本實用新型涉及一種從氨氮廢水中提取高濃度氨水的資源化處理工藝系統(tǒng)。由于生產(chǎn)廢水中存在大量的氨離子，在調(diào)節(jié)pH值后，使得廢水中的氨由離子狀態(tài)轉(zhuǎn)化為分子狀態(tài)。進入精餾脫氨塔后，經(jīng)過多次的氣液相平衡，氨分子以氨蒸汽的狀態(tài)分離出來，進入塔頂冷凝器中經(jīng)過多級冷凝后得到高濃度、高品質(zhì)氨水。本實用新型可實現(xiàn)廢水中的氨以高濃度、高品質(zhì)氨水回收。
權(quán)利要求書
1.一種從氨氮廢水中提取高濃度氨水的資源化處理工藝系統(tǒng)，其特征在 于，所述工藝系統(tǒng)包括原料預(yù)熱器(1)、精餾脫氨塔(2)及冷凝系統(tǒng);
所述原料預(yù)熱器(1)的廢水出口與精餾脫氨塔(2)廢水入口相連通;精 餾脫氨塔(2)的氣體出口與冷凝系統(tǒng)相連通;所述原料預(yù)熱器(1)與精餾脫 氨塔(2)之間設(shè)有調(diào)節(jié)pH值的堿液入口(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述精餾脫氨塔(2)的 出水口與原料預(yù)熱器(1)相連通，精餾脫氨塔(2)的出水口出水進入原料預(yù) 熱器(1)中對其中的氨氮廢水進行預(yù)熱。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝系統(tǒng)包括至少 兩級冷凝器。
4.如權(quán)利要求3所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝系統(tǒng)包括2～10 級冷凝器。
5.如權(quán)利要求3所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器為管殼式冷 凝器、套管式冷凝器、板式冷凝器或螺旋板式冷凝器。
6.如權(quán)利要求1或5所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝系統(tǒng)包括一 級冷凝器(3)和二級冷凝器(4);
所述精餾脫氨塔(2)的氣體出口連接一級冷凝器(3)的入口，所述一級 冷凝器(3)的出口連接二級冷凝器(4)的進口。
7.如權(quán)利要求6所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述一級冷凝器(3)的 出口同時與精餾脫氨塔(2)的回流氨水入口相連。
8.如權(quán)利要求3所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝系統(tǒng)的最后一 級冷凝器與氨水儲槽相連。
9.如權(quán)利要求1所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述精餾脫氨塔(2)設(shè) 有蒸汽入口(7)。
10.如權(quán)利要求1所述的工藝系統(tǒng)，其特征在于，所述精餾脫氨塔(2)的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)為組合式、填料式、列管式或板式。
說明書
一種從氨氮廢水中提取高濃度氨水的資源化處理工藝系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種從氨氮廢水中提取高濃度氨水的資源化處理工藝系 統(tǒng)，適用于含有氨氮的廢水的資源化處理。
背景技術(shù)
傳統(tǒng)的處理氨氮廢水主要有以下幾種方法：
1、吹脫法
在堿性條件下，利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關(guān)系進行 分離的一種方法，一般認為吹脫與溫度、pH、氣液比有關(guān)。
空氣吹脫法是將廢水與氣體接觸，將氨氮從液相轉(zhuǎn)移到氣相的方法。該方 法適用于高濃度氨氮廢水的處理。吹脫是使水作為不連續(xù)相與空氣接觸，利用 水中組分的實際濃度與平衡濃度之間的差異，使氨氮轉(zhuǎn)移至氣相而從廢水中去 除。氨氮通常以銨離子(NH4+)和游離氨(NH3)兩種狀態(tài)保持平衡而存在。將 廢水pH值調(diào)節(jié)至堿性時，離子態(tài)銨轉(zhuǎn)化為分子態(tài)氨，然后通入空氣將氨吹脫 出。吹脫法除氨氮的去除率可達60～95%。
吹脫法除氨氮的工藝流程簡單，處理效果穩(wěn)定。該法處理氨氮時，需考慮 排放的游離氨總量應(yīng)符合氨的大氣排放標(biāo)準。該方法比較適合處理高濃度氨氮 廢水，但吹脫效率的影響因子多，不容易控制，特別是溫度影響比較大，水溫 低時吹脫效率低，不適合在寒冷的冬季使用，尤其在北方寒冷季節(jié)效率會大大 降低。如果吹脫裝置沒有考慮到經(jīng)濟性，吹脫出來的氨氣隨空氣進入大氣，直 接排放到大氣中，會造成二次污染。
2、沸石脫氨法
利用沸石中的陽離子與廢水中的NH4+進行交換以達到脫氮的目的。由于天 然沸石的價格低于人工合成的離子交換樹脂，并且對NH4+具有較強的選擇吸附 能力，工程上常用的選擇性離子交換法主要是利用沸石的強選擇性。將NH4+截 留于沸石表面，從而去除廢水中的氨氮。當(dāng)沸石交換容量飽和后，沸石需要再 生。該法一般只適用于低濃度氨氮廢水，對于高濃度的氨氮廢水，會因再生頻 繁而造成操作困難。因此，用選擇性離子交換法處理高氨氮廢水時需要結(jié)合其 他工藝來協(xié)同完成脫氮過程。強化方面，利用沸石對NH4+的強選擇性和微生物 對銨沸石的再生作用來實現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的脫氮。針對高氨氮廢水的研究相對 較少。應(yīng)用沸石脫氨法必須考慮沸石的再生問題，通常有再生液法和焚燒法。 采用焚燒法時，產(chǎn)生的氨氣必須進行處理。
3、折點氯化
投加過量氯或次氯酸鈉，使廢水中的氨完全氧化為N2的方法，稱為折點氯 化法，其反應(yīng)可表示為：
NH4++1.5HOCl-→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
由反應(yīng)式可知，到達折點的理論需氯(C12)量為7.6kg/kg(NH3-N)，而 實際需氯量在8～10kg/kg(NH3-N)。在pH=6～7時進行反應(yīng)，則投藥量可最小。 接觸時間一般為0.5～2h。嚴格控制pH值和投氯量，可減少反應(yīng)中生成有害的氯 胺(如NCl3)和氯代有機物。
折點氯化法對氨氮的去除率達90～100%，處理效果穩(wěn)定，不受水溫影響， 基建費用也不高，但其運行費用高，而且殘余氯及氯代有機物須進行后處理。 折點加氯是利用在水中的氨與氯反應(yīng)生成氨氣脫氨，這種方法還可以起到殺菌 作用，但產(chǎn)生的余氯會對魚類有影響，必須附設(shè)除余氯設(shè)施。
4、化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法是根據(jù)廢水中污染物的性質(zhì)，必要時投加某種化工原料，在一 定的工藝條件下(溫度、催化劑、pH值、壓力、攪拌條件、反應(yīng)時間、配料比 例等)進行化學(xué)反應(yīng)，使廢水中污染物生成溶解度很小的沉淀物或聚合物，或 者生成不溶于水的氣體產(chǎn)物，從而使廢水凈化，或者達到一定的去除率�；瘜W(xué) 沉淀法處理NH3-N是始于20世紀60年代，在90年代興起的一種新的處理方 法，其主要原理是NH4+、Mg2+、PO43-在堿性水溶液中生成沉淀。
在氨氮廢水中投加化學(xué)沉淀劑Mg(OH)2、H3PO4與NH4+反應(yīng)生成 MgNH4PO4·6H2O(鳥糞石)沉淀，該沉淀物經(jīng)造粒等過程后，可開發(fā)作為復(fù)合 肥使用。整個反應(yīng)的pH值的適宜范圍為9～11。在pH值<9時，溶液中PO43-濃度很低，不利于MgNH4PO4·6H2O沉淀生成，而主要生成Mg(H2PO4)2;如果 pH值>11，此反應(yīng)將在強堿性溶液中生成比MgNH4PO4·6H2O更難溶于水的 Mg3(PO4)2的沉淀。同時，溶液中的NH4+將揮發(fā)成游離氨，不利于廢水中氨氮 的去除。
此方法用于高氨氮廢水處理主要存在問題：(1)處理成本高;(2)按理 論計算，去除1g NH3-N可產(chǎn)生8.35g NaCl，由此帶來的高鹽度將會影響后續(xù)生 物處理的微生物活性。
5、生物脫氮法
生物法去除氨氮是在指廢水中的氨氮在各種微生物的作用下，通過硝化和 反硝化等一系列反應(yīng)，最終形成氮氣，從而達到去除氨氮的目的。生物法脫氮 的工藝有很多種，但是機理基本相同，都需要經(jīng)過硝化和反硝化兩個階段。
硝化反應(yīng)是在好氧條件下通過好氧硝化菌的作用將廢水中的氨氮氧化為亞 硝酸鹽或硝酸鹽，包括兩個基本反應(yīng)步驟：由亞硝酸菌參與的將氨氮轉(zhuǎn)化為亞 硝酸鹽的反應(yīng);由硝酸菌參與的將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的反應(yīng)。亞硝酸菌和 硝酸菌都是自養(yǎng)菌，它們利用廢水中的碳源，通過與NH3-N的氧化還原反應(yīng)獲 得能量。反應(yīng)方程式如下：
亞硝化：2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+
硝化：2NO2-+O2→2NO3-
硝化菌的適宜pH值為8.0～8.4，最佳溫度為35℃，溫度對硝化菌的影響很 大，溫度每下降10℃，硝化速度下降一半;DO濃度：2～3mg/L;BOD5負荷： 0.06-0.1kgBOD5/(kgMLSS·d);泥齡在3～5天以上。
在缺氧條件下，利用反硝化菌(脫氮菌)將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣 而從廢水中逸出，由于兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將硝化過程中產(chǎn)生的 硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成N2的過程，稱為反硝化。反硝化過程中的電子供體是 各種各樣的有機底物(碳源)。以甲醇為碳源為例，其反應(yīng)式為：
6NO3-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O
6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-
反硝化菌的適宜pH值為6.5～8.0;最佳溫度為30℃，當(dāng)溫度低于10℃時， 反硝化速度明顯下降，而當(dāng)溫度低至3℃時，反硝化作用將停止。DO濃度﹤ 0.5mg/L;BOD5/TN﹥3～5。生物脫氮法可去除多種含氮化合物，總氮去除率可 達70～95%，二次污染小且比較經(jīng)濟，因此在國內(nèi)外運用最多。其缺點是占地 面積大，低溫時效率低，同時，水中的氨氮沒有轉(zhuǎn)化為資源利用。
綜上所述，在目前采用的幾種脫氮工藝中，主要存在以下問題：
(1)物理化學(xué)法由于存在運行成本高、對環(huán)境造成二次污染等問題，實際 應(yīng)用受到限制。
(2)生物脫氮法能處理低濃度的氨氮廢水，適用于低氨氮濃度的生活污 水，不適用于含鹽量高的工業(yè)廢水。
(3)水中氨氮能夠轉(zhuǎn)化成為資源的效率比較低，大部分的氨氮需要通過轉(zhuǎn) 化為其他方式從廢水中去除，才能達到廢水排放要求。
(4)廢水中的氨氮通過轉(zhuǎn)移出到空氣或者其他介質(zhì)中，沒有合理加以利 用，造成了環(huán)境的二次污染。
實用新型內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種從氨氮廢水中提取 高濃度氨水的資源化處理工藝系統(tǒng)，解決了無法直接從廢水回收高濃度、高品 質(zhì)氨水的問題。
為達此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：
一種從氨氮廢水中提取高濃度氨水的資源化處理工藝系統(tǒng)，所述工藝系統(tǒng) 包括原料預(yù)熱器、精餾脫氨塔及冷凝系統(tǒng);
所述原料預(yù)熱器的廢水出口與精餾脫氨塔的廢水入口相連通;精餾脫氨塔 氣體出口與冷凝系統(tǒng)相連通;所述原料預(yù)熱器與精餾脫氨塔之間設(shè)有調(diào)節(jié)pH 值的堿液入口。
由于氨氮廢水中存在大量的氨離子，經(jīng)過原料預(yù)熱器預(yù)熱后，經(jīng)堿液調(diào)節(jié) pH值，使得廢水中的氨在堿性條件下由離子狀態(tài)轉(zhuǎn)化為分子狀態(tài)，并達到進入 精餾脫氨塔的要求。廢水進入精餾脫氨塔后，由于氨的揮發(fā)度大于水，在蒸汽 的作用下，廢水中的氨轉(zhuǎn)入氣相狀態(tài)。經(jīng)過多次的氣液相平衡，氨分子以氨蒸 汽的狀態(tài)分離出來后達到設(shè)計的濃度要求，進入冷凝系統(tǒng)進行液化，經(jīng)過多級 冷凝后得到高濃度、高品質(zhì)氨水。
所述精餾脫氨塔的出水口與原料預(yù)熱器相連通，精餾脫氨塔的出水口出水 進入原料預(yù)熱器，對其中的氨氮廢水進行預(yù)熱。精餾脫氨塔中的液體隨著氨的 不斷蒸發(fā)，氨含量逐漸減低，當(dāng)液體中的氨含量已經(jīng)降低到排放要求，這時從 精餾脫氨塔的出水口排出，排出的液體經(jīng)過原料預(yù)熱器，與進塔之前的氨氮廢 水進行換熱，原料預(yù)熱器出水排放。
所述冷凝系統(tǒng)包括至少兩級冷凝器。第一級冷凝器的冷卻水溫度范圍為 23～30℃，溫度依次遞減，第n個冷凝器的冷卻水溫度范圍為0～10℃。為了提 高回收氨水的濃度，冷凝器設(shè)計為多級，所述多級為2～10級。冷凝器可為豎式 或臥式。
所述冷凝器為管殼式冷凝器、套管式冷凝器、板式冷凝器或螺旋板式冷凝 器�，F(xiàn)有的各種形式的冷凝器均可用于本實用新型。
所述冷凝系統(tǒng)包括一級冷凝器和二級冷凝器;所述精餾脫氨塔的氣體出口 連接一級冷凝器的入口，所述一級冷凝器出口連接二級冷凝器的進口。
所述一級冷凝器的出口同時與精餾脫氨塔的回流氨水入口相連。在一級冷 凝器中液化后的氨水一部分作為產(chǎn)品進入下一級冷凝器，再次冷凝以達到設(shè)計 要求的濃度輸出，一部分則被回流到精餾脫氨塔中，再次參與塔內(nèi)的氣液相平 衡。
所述冷凝器的最后一級冷凝器與氨水儲槽相連。氨水儲槽中的高濃度氨水 的質(zhì)量濃度可達15～32%。
所述精餾脫氨塔設(shè)有蒸汽入口。蒸汽來源可以直接是鍋爐蒸汽，也可以利 用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣/汽余熱。
精餾脫氨塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括但不限于組合式、填料式、列管式或板式。
與已有技術(shù)方案相比，本實用新型具有以下有益效果：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型解決了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氨回收產(chǎn)品濃度 小、純度低的難題，同時也解決了依靠轉(zhuǎn)移才能使廢氣達標(biāo)排放的難題，整個 工藝系統(tǒng)在處理廢氣的過程中實現(xiàn)污水的零排放，解決了炎熱地區(qū)回收氨水濃 度低的難題。整個處理工藝過程中，水實現(xiàn)循環(huán)利用，同時對進塔原料進行預(yù) 熱提升溫度，節(jié)省了工藝系統(tǒng)中的蒸汽用量。使用本實用新型所述的工藝系統(tǒng) 提取的高濃度氨水的質(zhì)量濃度可達15～32%，回收率接近100%，回收氨水中的 其他雜質(zhì)含量不大于0.1mg/L。
