公布日：2023.04.11

申請日：2022.12.21

分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/04(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/20(2023.01)N;C02F101/16(2006.01)N

摘要

本發(fā)明涉及一種氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件及工藝，所述氣隙式膜池內開設有進料腔室和吸收腔室，所述進料腔室和吸收腔室之間設置有氣隙腔室，所述氣隙腔室與進料腔室和吸收腔室之間通過疏水微孔膜分隔，所述氣隙式膜池通過吸收腔室內的吸收液吸收進料腔室內廢水中的氨氮，得到低氨氮廢水和高氨氮吸收液。本發(fā)明通過氣隙式膜吸收的方式將廢水中的氨氮轉移至吸收液中，再通過結晶和固液分離得到銨鹽結晶，可達到脫出廢水中高濃度氨氮的目的。相對于直接接觸式膜吸收，氣隙式膜吸收在進料腔室和吸收腔室之間設置了一個氣隙腔室，在吸收廢水氨氮的同時避免了廢水、膜和吸收液直接接觸，能有效減少液體之間的換熱，降低系統(tǒng)能耗。

權利要求書

1.氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，廢水循環(huán)組件、氣隙式膜池、結晶分離組件、吸收液循環(huán)組件；所述氣隙式膜池內開設有進料腔室(15)和吸收腔室(16)，所述進料腔室(15)和吸收腔室(16)之間設置有氣隙腔室(17)，所述氣隙腔室(17)與進料腔室(15)和吸收腔室(16)之間通過疏水微孔膜(14)分隔，所述氣隙式膜池用于通過吸收腔室(16)內的吸收液吸收進料腔室(15)內廢水中的氨氮，得到低氨氮廢水和高氨氮吸收液；所述廢水循環(huán)組件的輸出端與進料腔室(15)的輸入端連接，所述廢水循環(huán)組件的輸入端與進料腔室(15)的輸出端連接，所述廢水循環(huán)組件用于將廢水加熱至第一預設溫度后輸入進料腔室(15)，還用于接收低氨氮廢水；所述結晶分離組件的輸入端與吸收腔室(16)的輸出端連接，輸出端與吸收液循環(huán)組件的輸入端連接，所述結晶分離組件用于接收高氨氮吸收液，并結晶分離高氨氮吸收液中的銨鹽，得到低氨氮吸收液，并將低氨氮吸收液輸送至吸收液循環(huán)組件內；所述吸收液循環(huán)組件的輸出端與吸收腔室(16)的輸入端連接，所述吸收液循環(huán)組件用于保持吸收液的pH值低于預設值，并將pH值低于預設值的吸收液加熱至第二預設溫度后輸入吸收腔室(16)，第一預設溫度小于第二預設溫度。

2.根據權利要求1所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述進料腔室(15)和吸收腔室(16)的數量至少為一個；若進料腔室(15)的數量大于一個，則進料腔室(15)的數量＝吸收腔室(16)+1，且進料腔室(15)和吸收腔室(16)相互交錯設置，位于兩側的腔室始終為進料腔室(15)，所有進料腔室(16)相互串聯(lián)，所有吸收腔室(16)相互串聯(lián)。

3.根據權利要求2所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述氣隙式膜池包括夾板(11)、兩個側板(12)、氣隙隔片(13)和疏水微孔膜(14)，兩個側板(12)相對的一側分別開設有進料腔室(15)和吸收腔室(16)，兩個側板(12)的外側均設置有夾板(11)，兩個側板(12)之間設置有氣隙隔片(13)，所述氣隙隔片(13)的中部開設有貫穿氣隙隔片(13)兩側的氣隙腔室(17)，兩個側板(12)與氣隙隔片(13)的間隙內均設置有疏水微孔膜(14)，所述疏水微孔膜(14)用于隔開氣隙腔室(17)和進料腔室(15)與吸收腔室(16)。

4.根據權利要求2所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述氣隙式膜池包括夾板(11)、兩個側板(12)、中間板(18)、氣隙隔片(13)和疏水微孔膜(14)，兩個側板(12)對稱設置于中間板(18)的兩側，所述中間板(18)的中部開設有貫穿中間板(18)兩側的吸收腔室(16)，兩個側板(12)相對的一側均開設有進料腔室(15)，兩個側板(12)的外側均設置有夾板(11)，所述側板(12)和中間板(18)之間設置有氣隙隔片(13)，所述氣隙隔片(13)的中部開設有貫穿氣隙隔片(13)兩側的氣隙腔室(17)，側板(12)和中間板(18)與氣隙隔片(13)的間隙內均設置有疏水微孔膜(14)，所述疏水微孔膜(14)用于隔開氣隙腔室(17)和進料腔室(15)與吸收腔室(16)。

5.根據權利要求3或4所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述氣隙隔片(13)的厚度為1-10mm，氣隙隔片(13)的底部設置有與氣隙腔室(17)連通的積水排出口(131)。

6.根據權利要求1所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述疏水微孔膜(14)由聚丙烯、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯制成，疏水微孔膜(14)的膜孔徑為0.05-1um，疏水微孔膜(14)具備耐酸堿特性；所述吸收液為近飽和的銨鹽溶液和酸配合制成的pH值小于6的混合液或高濃度酸液。

7.根據權利要求1所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述廢水循環(huán)組件包括廢水循環(huán)罐(21)、廢水進料泵(22)、廢水加熱器(23)、第一溫度計(24)和廢水儲存罐(25)，所述廢水循環(huán)罐(21)的輸出端與廢水進料泵(22)的輸入端連接，所述廢水進料泵(22)的輸出端與廢水加熱器(23)的輸入端連接，所述廢水加熱器(23)的輸出端與進料腔室(15)的輸入端連接，所述第一溫度計(24)設置于廢水加熱器(23)的輸出端，所述進料腔室(15)的輸出端與廢水循環(huán)罐(21)連接，所述廢水進料泵(22)用于將廢水循環(huán)罐(21)內的廢水順次泵入廢水加熱器(23)和進料腔室(15)內，所述廢水加熱器(23)用于將廢水加熱至第一預設溫度，所述第一溫度計(24)用于檢測廢水加熱器(23)輸出的廢水的溫度；所述廢水儲存管的輸入端與進料腔室(15)的輸出端連接，所述廢水儲存罐(25)的輸入端設置有第一閥門(26)，所述廢水循環(huán)罐(21)的輸入端設置有第二閥門(27)，所述第一閥門(26)用于打開或關閉廢水儲存罐(25)的輸入端，所述第二閥門(27)用于打開或關閉廢水循環(huán)罐(21)的輸入端。

8.根據權利要求1所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述結晶分離組件包括晶體反應器(31)和固液分離器(32)，所述晶體反應器(31)的輸入端與吸收腔室(16)的輸出端連接，所述晶體反應器(31)的輸出端與固液分離器(32)的輸入端連接，所述固液分離器(32)的液體輸出端與吸收液循環(huán)組件的輸入端連接。

9.根據權利要求1所述的氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件，其特征在于，所述吸收液循環(huán)組件包括吸收液罐(41)、吸收液泵(42)、吸收液加熱器(43)、第二溫度計(44)和pH傳感器(45)，所述吸收液罐(41)的輸入端與結晶分離組件的輸出端連接，所述pH傳感器(45)設置于吸收液罐(41)上，所述pH傳感器(45)用于檢測吸收液罐(41)內的吸收液的pH值，當吸收液罐(41)內的pH值大于6時，向吸收液罐(41)內添加酸液以使吸收液罐(41)內的pH值下降至6以下，所述吸收液罐(41)的輸出端與吸收液泵(42)的輸入端連接，所述吸收液泵(42)的輸出端與吸收液加熱器(43)的輸入端連接，所述吸收液加熱器(43)的輸出端與吸收腔室(16)的輸入端連接，所述第二溫度計(44)設置于吸收液加熱器(43)的輸出端，所述吸收液加熱器(43)用于將吸收液加熱至第二預設溫度，所述第二溫度計(44)用于檢測吸收液加熱器(43)輸出的吸收液的溫度。

10.氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的工藝，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、檢測廢水的溫度數值，若廢水的溫度大于等于80℃，則將廢水和吸收液輸入換熱器內進行換熱，直至廢水和吸收液的溫度一致后，將廢水和吸收液分別輸入廢水循環(huán)罐(21)和吸收液罐(41)；若廢水的溫度小于80℃，則將廢水和吸收液直接分別輸入廢水循環(huán)罐(21)和吸收液罐(41)；步驟2、開啟廢水加熱器(23)和吸收液加熱器(43)，設置廢水加熱器(23)的溫度比吸收液加熱器(43)溫度低5～15℃；步驟3、廢水循環(huán)泵將廢水循環(huán)罐(21)內的廢水泵入廢水加熱器(23)內，廢水在廢水加熱器(23)內加熱至第一預設溫度后輸入進料腔室(15)內；吸收液泵(42)將吸收液罐(41)內的吸收液泵(42)入吸收液加熱器(43)內，吸收液在吸收液加熱器(43)內加熱至第二預設溫度后輸入吸收腔室(16)，且第二預設溫度低于第一預設溫度；廢水中的氨氮以自由氨的形式依次滲透過疏水微孔膜(14)、氣隙腔室(17)和疏水微孔膜(14)后進入吸收腔室(16)，得到低氨氮廢水和高氨氮吸收液；步驟4、若廢水進行單循環(huán)吸收，則打開第一閥門(26)，關閉第二閥門(27)，將進料腔室(15)內的低氨氮廢水輸入廢水儲存罐(25)內；若廢水進行循環(huán)吸收，則關閉第一閥門(26)，打開第二閥門(27)，將進料腔室(15)內的低氨氮廢水輸入廢水循環(huán)罐(21)以循環(huán)使用；高氨氮吸收液從吸收腔室(16)輸入晶體反應器(31)，在晶體反應器(31)內進行攪拌結晶，得到銨鹽晶體和低氨氮吸收液；步驟5、晶體反應器(31)內銨鹽晶體和低氨氮吸收液輸入固液分離器(32)內進行固液分離，分離出的銨鹽晶體取出并干燥回收，低氨氮吸收液輸入吸收液罐(41)內循環(huán)使用。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對以上不足，提供一種氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的核心組件及工藝，本發(fā)明能夠從含氨氮廢水中以銨鹽結晶的形式來回收廢水中的氨氮。

為解決以上技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮系統(tǒng)，廢水循環(huán)組件、氣隙式膜池、結晶分離組件、吸收液循環(huán)組件；

所述氣隙式膜池內開設有進料腔室和吸收腔室，所述進料腔室和吸收腔室之間設置有氣隙腔室，所述氣隙腔室與進料腔室和吸收腔室之間通過疏水微孔膜分隔，所述氣隙式膜池用于通過吸收腔室內的吸收液吸收進料腔室內廢水中的銨鹽，得到低氨氮廢水和高氨氮吸收液；

所述廢水循環(huán)組件的輸出端與進料腔室的輸入端連接，廢水循環(huán)組件的輸入端與進料腔室的輸出端連接，所述廢水循環(huán)組件用于將廢水加熱至第一預設溫度后輸入進料腔室，還用于接收低氨氮廢水；

所述結晶分離組件的輸入端與吸收腔室的輸出端連接，輸出端與吸收液循環(huán)組件的輸入端連接，所述結晶分離組件用于接收高氨氮吸收液，并結晶分離高氨氮吸收液中的氨氮，得到低氨氮吸收液，并將低氨氮吸收液輸送至吸收液循環(huán)組件內；

所述吸收液循環(huán)組件的輸出端與吸收腔室的輸入端連接，所述吸收液循環(huán)組件用于保持吸收液的pH值低于預設值，并將pH值低于預設值的吸收液加熱至第二預設溫度后輸入吸收腔室，第一預設溫度小于第二預設溫度。

進一步的，所述進料腔室和吸收腔室的數量至少為一個；

若進料腔室的數量大于一個，則進料腔室的數量＝吸收腔室+1，且進料腔室和吸收腔室相互交錯設置，位于兩側的腔室始終為進料腔室，所有進料腔室相互串聯(lián)，所有吸收腔室相互串聯(lián)。

進一步的，所述氣隙式膜池包括夾板、兩個側板、氣隙隔片和疏水微孔膜，兩個側板相對的一側分別開設有進料腔室和吸收腔室，兩個側板的外側均設置有夾板，兩個側板之間設置有氣隙隔片，所述氣隙隔片的中部開設有貫穿氣隙隔片兩側的氣隙腔室，兩個側板與氣隙隔片的間隙內均設置有疏水微孔膜，所述疏水微孔膜用于隔開氣隙腔室和進料腔室與吸收腔室。

采取上述進一步的有益效果為：單級氣隙式膜池結構簡單，便于制造，能夠滿足廢水的氨氮回收，氣隙式膜吸收相對于直接接觸式膜吸收，氣隙式膜吸收在進料腔室和吸收腔室之間設置了一個氣隙腔室，在吸收廢水氨氮的同時避免了廢水和吸收液直接接觸，可減少液體之間的換熱，能有效降低系統(tǒng)能耗。

進一步的，所述氣隙式膜池包括夾板、兩個側板、中間板、氣隙隔片和疏水微孔膜，兩個側板對稱設置于中間板的兩側，所述中間板的中部開設有貫穿中間板兩側的吸收腔室，兩個側板相對的一側均開設有進料腔室，兩個側板的外側均設置有夾板，所述側板和中間板之間設置有氣隙隔片，所述氣隙隔片的中部開設有貫穿氣隙隔片兩側的氣隙腔室，側板和中間板與氣隙隔片的間隙內均設置有疏水微孔膜，所述疏水微孔膜用于隔開氣隙腔室和進料腔室與吸收腔室。

采取上述進一步的有益效果為：多級氣隙式膜池增加了廢水在進料腔室的時間，延長了吸收液吸收廢水中氨氮的時間，能夠增加氨氮回收效率，充分回收廢水中的氨氮。

進一步的，所述氣隙隔片的厚度為1-10mm，氣隙隔片的底部設置有與氣隙腔室連通的積水排出口，用于排出氣隙腔室的積水來保持氣隙的厚度。

進一步的，所述疏水微孔膜由聚丙烯、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯制成，疏水微孔膜的膜孔徑為0.05-1um，疏水微孔膜具備耐酸堿特性。

進一步的，所述廢水循環(huán)組件包括廢水循環(huán)罐、廢水進料泵、廢水加熱器和第一溫度計，所述廢水循環(huán)罐的輸出端與廢水進料泵的輸入端連接，所述廢水進料泵的輸出端與廢水加熱器的輸入端連接，所述廢水加熱器的輸出端與進料腔室的輸入端連接，所述第一溫度計設置于廢水加熱器的輸出端，所述進料腔室的輸出端與廢水循環(huán)罐連接，所述廢水進料泵用于將廢水循環(huán)罐內的廢水順次泵入廢水加熱器和進料腔室內，所述廢水加熱器用于將廢水加熱至第一預設溫度，所述第一溫度計用于檢測廢水加熱器輸出的廢水的溫度。

進一步的，所述廢水循環(huán)組件還包括廢水儲存罐，所述廢水儲存管的輸入端與進料腔室的輸出端連接，所述廢水儲存罐的輸入端設置有第一閥門，所述廢水循環(huán)罐的輸入端設置有第二閥門，所述第一閥門用于打開或關閉廢水儲存罐的輸入端，所述第二閥門用于打開或關閉廢水循環(huán)罐的輸入端。

進一步的，所述結晶分離組件包括晶體反應器和固液分離器，所述晶體反應器的輸入端與吸收腔室的輸出端連接，所述晶體反應器的輸出端與固液分離器的輸入端連接，所述固液分離器的液體輸出端與吸收液循環(huán)組件的輸入端連接。

進一步的，所述吸收液循環(huán)組件包括吸收液罐、吸收液泵、吸收液加熱器、第二溫度計和pH傳感器，所述吸收液罐的輸入端與結晶分離組件的輸出端連接，所述pH傳感器設置于吸收液罐上，所述pH傳感器用于檢測吸收液罐內的吸收液的pH值，當吸收液罐內的pH值大于6時，向吸收液罐內添加酸液以使吸收液罐內的pH值下降至6以下，所述吸收液罐的輸出端與吸收液泵的輸入端連接，所述吸收液泵的輸出端與吸收液加熱器的輸入端連接，所述吸收液加熱器的輸出端與吸收腔室的輸入端連接，所述第二溫度計設置于吸收液加熱器的輸出端，所述吸收液加熱器用于將吸收液加熱至第二預設溫度，所述第二溫度計用于檢測吸收液加熱器輸出的吸收液的溫度。

氣隙式膜吸收結晶回收廢水氨氮的工藝，包括以下步驟：

步驟1、檢測廢水的溫度數值，若廢水的溫度大于等于80℃，則將廢水和吸收液輸入換熱器內進行換熱，直至廢水和吸收液的溫度一致后，將廢水和吸收液分別輸入廢水循環(huán)罐和吸收液罐；若廢水的溫度小于80℃，則將廢水和吸收液直接分別輸入廢水循環(huán)罐和吸收液罐；

步驟2、開啟廢水加熱器和吸收液加熱器，設置廢水加熱器的溫度比吸收液加熱器溫度低5～15℃；

步驟3、廢水循環(huán)泵將廢水循環(huán)罐內的廢水泵入廢水加熱器內，廢水在廢水加熱器內加熱至第一預設溫度后輸入進料腔室內；吸收液泵將吸收液罐內的吸收液泵入吸收液加熱器內，吸收液在吸收液加熱器內加熱至第二預設溫度后輸入吸收腔室，且第二預設溫度低于第一預設溫度；

廢水中的氨氮以自由氨的形式依次滲透過疏水微孔膜、氣隙腔室和疏水微孔膜后進入吸收腔室，得到低氨氮廢水和高氨氮吸收液；

步驟4、若廢水進行單循環(huán)吸收，則打開第一閥門，關閉第二閥門，將進料腔室內的低氨氮廢水輸入廢水儲存罐內；若廢水進行循環(huán)吸收，則關閉第一閥門，打開第二閥門，將進料腔室內的低氨氮廢水輸入廢水循環(huán)罐以循環(huán)使用；

高氨氮吸收液從吸收腔室輸入晶體反應器，在晶體反應器內進行攪拌結晶，得到銨鹽晶體和低氨氮吸收液；

步驟5、晶體反應器內銨鹽晶體和低氨氮吸收液輸入固液分離器內進行固液分離，分離出的銨鹽晶體取出并干燥回收，低氨氮吸收液輸入吸收液罐內循環(huán)使用。

本發(fā)明采用以上技術方案后，與現有技術相比，具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明通過氣隙式膜吸收的方式將廢水中的氨氮轉移至吸收液中，再通過結晶和固液分離得到銨鹽結晶，可達到脫除廢水中高濃度氨氮的目的。氣隙式膜吸收相對于直接接觸式膜吸收，氣隙式膜吸收在進料腔室和吸收腔室之間設置了一個氣隙腔室，在吸收廢水氨氮的同時避免了廢水和吸收液直接接觸，能有效降低系統(tǒng)熱能耗；

(2)本發(fā)明利用疏水膜分離特性，將廢水中的氨氮以氣態(tài)分離吸收進而結晶，相比于傳統(tǒng)蒸發(fā)結晶，膜吸收結晶系統(tǒng)具備體積更小、能耗更低等優(yōu)點，同時膜結晶能通過改變操作參數，獲得粒徑分布更均勻、變異系數更小、純度更高、具有更高經濟價值的晶體；

(3)本發(fā)明的吸收液選用近飽和的銨鹽溶液和酸配合制成的混合液或高濃度酸液，相對于廢水具有一定的吸水性，本發(fā)明創(chuàng)新性的提出加熱吸收液使其溫度比廢水的溫度高5～15℃，可大幅減少廢水和吸收液之間的水分傳輸，讓吸收液在吸收氨氮后達到過飽和狀態(tài)，減少進一步銨鹽濃縮的能耗并提高結晶效率；

(4)本發(fā)明的氣隙式膜池可根據處理廢水的規(guī)模來進行模塊化定制，可組裝成多級吸收或多效吸收系統(tǒng)，結構緊湊，可以適應不同的工作環(huán)境和廢水類型；

(5)本發(fā)明所涉及氣隙隔片底部開設有排水孔，能有效將運行過程中在氣隙隔片內冷凝的水排出，保證氣隙的完整性，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（發(fā)明人：賀清堯;張鴻宇;石明菲;紀龍;晏水平;邵禹森）