專利名稱：氨氮廢水資源化處理設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氨氮資源化系統(tǒng)，尤其是一種氨氮廢水資源化處理設備，適用于農藥、制藥、化肥、焦化、石化、精細化工等行業(yè)，屬于環(huán)境工程廢水處理技術領域。
背景技術：
氨氮污染是江河湖海水體富營養(yǎng)化的主要原因，氨氮已超過COD成為我國水體污染的首要污染因子，氨氮排放已被國家列入污染物減排約束性指標。含氨氮工業(yè)廢水的濃度高、組份復雜，處理難度大，對生態(tài)環(huán)境危害嚴重，是環(huán)境污染治理的重點和難點。處理高濃度氨氮廢水的方法大致可以分為四類第一類是“蒸發(fā)-吸收法”，用蒸汽把氨從廢水中蒸出，再用水或酸吸收生成氨水或銨鹽；第二類是化學沉淀法，其中使用得最多的是磷酸銨鎂沉淀法，在廢水中加入磷酸和鎂沉淀劑與氨生成磷酸銨鎂沉淀；第三類是把氨氮濃縮回收，如離子交換、活性炭吸附等，此方法適合于低濃度氨氮廢水處理；第四類是把氨氮氧化分解，如電解、折點氯化法、高級氧化法等。在這些方法中，可實現(xiàn)氨氮資源化利用的主要是“蒸發(fā)-吸收法”和磷酸銨鎂沉淀法。“蒸發(fā)-吸收法”是目前應用最廣的高濃度氨氮廢水資源化技術。該方法可以去除廢水中95%的氨氮，可以回收氨氮，實現(xiàn)了廢水的資源化。但是，該方法能耗很高，處理每噸濃度為10000毫克/升的氨氮廢水需要的蒸汽耗量高達337kg/hr，成本居高不下。近年來，人們在降低“蒸發(fā)-吸收法”能耗方面進行了不懈的努力，由中科院過程所和天津大學合作研制出一種高效精餾塔，可以比常規(guī)蒸發(fā)塔節(jié)能40%，可使處理出水中氨氮的濃度低至國家排放標準的15毫克/升以下。不過，該技術的設備投資要比常規(guī)蒸發(fā)塔高30%以上，另外蒸汽消耗還需要175kg/hr，能耗依然不低。磷酸銨鎂沉淀法由于方法簡單、處理效果好、污泥量少，可以回收氨氮等優(yōu)點，日益受到重視(詳見申請?zhí)枮?01010141900. X的中國發(fā)明專利申請，專利號為200810120397. 2,200710191197. 1,200710130863. O 的中國發(fā)明專利)。但是，磷酸銨鎂法存在的問題是磷酸和鎂沉淀劑消耗量大，氨和磷間的配比不易調控，往往會產(chǎn)生磷、氨的二次污染。與此同時，一些高新技術也嶄露頭角，其中最令人矚目的就是氣態(tài)膜吸收技術在氨氮廢水處理中的應用。氣態(tài)膜吸收技術是由日本M. IMAI教授于上世紀八十年代首先提出的，九十年代美國明尼蘇達大學的E. Cussler和M. Se_ens教授對氣態(tài)膜吸收技術的傳質理論和應用進行了系統(tǒng)的研究。國內學者仉奇、沈志松、于伯杉、徐又一等對此項技術也進行了研究。氣態(tài)膜吸收技術基于膜吸收原理(Membrane Absorption),與一般中空纖維過濾膜不同，氣態(tài)膜是采用疏水的聚偏氟乙烯、聚丙烯等材料制成的微孔膜，其特點是液體不能透過，而氣體則可通過膜微孔而透過。這種疏水微孔膜把氨氮廢水和吸收液分隔于兩側，廢水中的氨在微孔膜的界面上自動揮發(fā)，揮發(fā)出來的氣態(tài)氨氮沿膜微孔由廢水側向吸收液側擴散，并在吸收液與微孔膜界面上反應被吸收。專利號為200810223019. 7的中國發(fā)明專利，申請?zhí)枮?01110084292. 8、200910111324. I的中國發(fā)明專利申請均采用了上述氣態(tài)膜吸收技術。但是，這些專利均無法克服氨氮資源化與硫酸吸收液膨脹之間的矛盾為了降低后續(xù)氨氮資源化(即通過蒸發(fā)濃縮等步驟獲得硫酸銨結晶)的成本，吸收后所得硫酸銨溶液的濃度越高越好，這就需要采用較高濃度的硫酸吸收液。但是，如果硫酸吸收液濃度高于廢水濃度(總鹽度)，氣態(tài)膜兩側就會產(chǎn)生滲透壓差，并導致水分子從廢水一側滲透至吸收液一側(也即滲透蒸餾)，使吸收液體積不斷增加，也即吸收液膨脹。吸收液膨脹一方面會導致吸收液稀釋，使硫酸銨濃度無法進一步提高；另一方面會導致吸收液因不斷膨脹而溢出貯存容器，使整個回收系統(tǒng)不得不終止運行。為了避免出現(xiàn)吸收液膨脹的問題，就必須保持較低的硫酸吸收液濃度，但是這樣一來回收硫酸銨的投入勢必會增加，使得回收硫酸銨的附加值變得很低，不足以彌補設備的投資費用和運行費用；此外，硫酸銨回收過程中還會產(chǎn)生氮的二次污染。正是因為存在上述問題，導致氣態(tài)膜吸收技術至今未能獲得大規(guī)模的工業(yè)化應用。

實用新型內容
·[0011]本實用新型的目的在于針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種能將廢水中的氨直接轉化為高純度磷酸銨鎂的氨氮廢水資源化處理設備，可以避免出現(xiàn)吸收液膨脹現(xiàn)象，避免出現(xiàn)氮、磷的二次污染，而且可以節(jié)約磷酸和鎂沉淀劑，成本低廉。為了達到以上目的，本實用新型的一種氨氮廢水資源化處理設備，包括進水口外接廢水源的原水罐和膜接觸器，其特征是，還包括吸收罐、結晶罐及過濾器；所述原水罐的出水口與膜接觸器的管程入口連通，所述膜接觸器的管程出口與原水罐的回流口連通；所述吸收罐的出液口與膜接觸器的殼程入口連通，所述膜接觸器的殼程出口與吸收罐的進液口連通；所述吸收罐的轉移口與結晶罐的進液口連通，所述結晶罐的出液口與過濾器的進液口連通，所述過濾器的出液口與吸收罐的回流口連通。本實用新型還提供一種氨氮廢水資源化處理設備，包括進水口外接廢水源的原水罐，其特征是，還包括一組首尾串聯(lián)的膜接觸器、吸收罐、結晶罐及過濾器；所述各膜接觸器的管程出口、殼程入口分別與下一個膜接觸器的管程入口、殼程出口連通；所述原水罐的出水口與首個膜接觸器的管程入口連通，所述首個膜接觸器的殼程出口與吸收罐的進液口連通；所述吸收罐的出液口與最后的膜接觸器的殼程入口連通，所述最后的膜接觸器的管程出口與外界連通；所述吸收罐的轉移口與結晶罐的進液口連通，所述結晶罐的出液口與過濾器的進液口連通，所述過濾器的出液口與吸收罐的回流口連通。上述處理設備進一步完善的技術方案如下I.所述膜接觸器包括外殼，所述外殼內安置有一組中空纖維氣態(tài)膜，所述膜接觸器的管程入口和管程出口分別位于所述氣態(tài)膜的兩端，所述膜接觸器的殼程入口和殼程出口位于所述氣態(tài)膜的側邊。2.所述吸收罐還具有磷酸添加口 ；所述結晶罐還具有攪拌器、鎂沉淀劑添加口 ；所述過濾器還具有固體出口。3.所述氣態(tài)膜具有直徑為300-500微米的膜微孔。利用本實用新型設備處理氨氮廢水的工藝流程如下[0019](I)氣態(tài)膜吸收步驟先將廢水的pH值調至大于或等于11，再將過濾后放入原水罐中的所述廢水泵入具有氣態(tài)膜的膜接觸器的管程；同時將作為吸收液的、質量濃度小于或等于廢水總鹽度的磷酸溶液放入吸收罐中，然后將所述吸收罐中的吸收液泵入膜接觸器的殼程；所述膜接觸器管程中廢水的氨透過氣態(tài)膜被膜接觸器殼程中吸收液的磷酸吸收，得到含有磷酸銨的吸收液；(2)磷酸銨鎂結晶步驟將所述含有磷酸銨的吸收液放入結晶罐中，投入鎂沉淀劑；然后調節(jié)溶液的PH值至9，攪拌、沉淀后獲得含有磷酸銨鎂結晶的結晶液；(3)結晶液分離步驟過濾所述結晶液，得到分離的固體和液體；固體為磷酸銨鎂結晶，液體為結晶母液；(4)結晶母液回收步驟將所述結晶母液放入吸收罐，再添加磷酸后作為吸收液繼續(xù)使用。其中，針對第一種設備，第(I)步驟中，所述廢水進入膜接觸器的管程后排至原水 罐，形成廢水循環(huán)；所述吸收液進入膜接觸器的殼程后排至吸收罐，形成吸收液循環(huán)處理；當所述廢水中的氨氮濃度降至預定濃度時進入下一步驟。針對第二種設備，第(I)步驟中，所述廢水進入一組首尾串聯(lián)的膜接觸器的管程后排至外界；所述吸收液進入該組膜接觸器的殼程后排至吸收罐，形成吸收液循環(huán)。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型有益效果如下(I)富有創(chuàng)意地將氣態(tài)膜吸收法和磷酸銨鎂沉淀法有機融合在一起，克服了現(xiàn)有技術的不足之處，將廢水處理、氨氮回收并資源化高度集中在同一設備中，在保持高效處理廢水的同時以較低成本獲得高純度磷酸銨鎂，既可以避免吸收液膨脹又可以順利實現(xiàn)氨氮資源化，從根本上克服了兩者之間的矛盾，可保證處理工藝連續(xù)運行，適宜大規(guī)模的工業(yè)化應用。(2)回收再利用結晶母液，既可以將母液中剩余的氮、磷再次投入使用，節(jié)約磷酸用量、并避免形成氮、磷的二次污染，又可以使吸收液中可能吸收的其它低沸點易揮發(fā)的氣態(tài)有機物與廢水中的同類物質處于平衡狀態(tài)，保證工藝流程正常進行。(3)以較低成本即可直接獲得高純度磷酸銨鎂(可用作農業(yè)用高效復合肥)，無需濃縮，能耗很低，附加值很高，經(jīng)濟效益顯著。(4)適用范圍廣，可以處理由高到低、不同濃度的氨氮廢水，尤其適用于高濃度氨氮廢水的處理。(5)采用膜吸收法將廢水中的氨氮富集至磷酸吸收液中，可以減少鎂沉淀劑的用量，降低廢水處理成本。
以下結合附圖
對本實用新型作進一步的說明。圖I為本實用新型實施例I的結構示意圖。圖2為圖I實施例膜接觸器的結構示意圖。圖3為本實用新型實施例2的結構示意圖。
具體實施方式
[0035]實施例I本實施例氨氮廢水資源化處理設備的結構如圖I所示，包括進水口 1-1外接廢水源的原水罐I、膜接觸器2、吸收罐3、結晶罐4、及過濾器5 ;原水罐I的出水口 1-2經(jīng)水泵6與膜接觸器2的管程入口 2-1連通，膜接觸器2的管程出口 2-2與原水罐I的回流口 1_3連通；吸收罐3的出液口 3-1經(jīng)水泵7與膜接觸器2的殼程入口 2-3連通，膜接觸器2的殼程出口 2-4與吸收罐3的進液口 3-2連通；吸收罐3的轉移口 3-3經(jīng)水泵8與結晶罐4的進液口 4-1連通，結晶罐4的出液口 4-2經(jīng)水泵9與過濾器5的進液口 5-1連通，過濾器5的出液口 5-2經(jīng)水泵10與吸收罐3的回流口 3-4連通。此外，吸收罐3還具有磷酸添加口 3-5 ;結晶罐4還具有攪拌器4-3、鎂沉淀劑添加口 4-4 ;過濾器5還具有固體出口 5-3。如圖2所不,膜接觸器2包括外殼21,外殼21內安置有一組中空纖維氣態(tài)膜22,管程入口 2-1和管程出口 2-2分別位于氣態(tài)膜22的兩端，殼程入口 2-3和殼程出口 2_4位 于氣態(tài)膜22的側邊；氣態(tài)膜22通過膠黏劑23固定在外殼21內。外殼21采用工程塑料制成；氣態(tài)膜22采用聚偏氟乙烯、聚丙烯材料制成。氣態(tài)膜22具有膜微孔，其直徑優(yōu)選300-500微米。實施例2本實施例氨氮廢水資源化處理設備的結構如圖3所示，與實施例2的不同之處在于，設有一組首尾串聯(lián)的膜接觸器2，各膜接觸器2的管程出口 2-2、殼程入口 2-3分別與下一個膜接觸器2的管程入口 2-1、殼程出口 2-4連通；首個膜接觸器2的管程入口 2-1、殼程出口 2-4分別與原水罐I出水口 1-2、吸收罐3進液口 3-2連通；最后的膜接觸器2的殼程入口 2-3與吸收罐3出液口 3-1連通、其管程出口 2-2與外界相通。此外，原水罐I不再設回流口 1-3。其余特征均與實施例2相同。這樣可使管程、殼程都大大延長，可使廢水僅需經(jīng)過一次膜接觸器組即可使其氨氮降至預定濃度，可以連續(xù)處理大量廢水；同時可將磷酸銨鎂結晶、結晶液分離、結晶母液回收步驟同步循環(huán)進行，不斷獲得高純度磷酸銨鎂。為更好地突出本實用新型的實施效果，特舉出采用兩個上述實施例設備的實驗案例實驗案例一待處理廢水百草枯農藥廢水，其氨氮濃度為5568毫克/升，pH = 9. 31，COD =12000毫克/升,總鹽度為9% (廢水總鹽度采用鹽度計即可測得)。吸收液質量濃度為8%的磷酸溶液。處理目標廢水中氨氮濃度降至16毫克/升以下。處理過程(I)將廢水用氫氧化鈉調節(jié)pH至11. 5，過濾后放入原水罐，然后開始處理；處理后廢水中氨氮濃度降為15. 6毫克/升，氨氮去除率為99% ;經(jīng)測量，此時吸收罐中液體的 pH = 8. 5，含 ΝΗ:16· I 克 / 升(O. 89mol/L)，含 Ρ0:378· 7 克 / 升(O. 83mol/L) (N P =1.07 I)，即含有磷酸銨的吸收液。(2)將所得含有磷酸銨的吸收液放入結晶罐中，按摩爾比Mg N =1.2 1，投入MgCl2 (或Mg (OH)2)，然后調節(jié)溶液的pH值至9，攪拌I小時，沉淀I. 5小時，即得到含有磷酸銨鎂結晶的結晶液。(3)將結晶液進行過濾，獲得的固體干燥后稱重，得到磷酸銨鎂成品187. 2克，得率為90. 2 %，其純度高于98 %;同時將結晶母液放入吸收罐，添加磷酸后可繼續(xù)作為吸收液使用。實驗案例二待處理廢水化肥廠廢水，其氨氮濃度為1386毫克/升，氰化物71毫克/升，硫化物29毫克/升，SS 1500毫克/升，COD 1042毫 克/升，pH = 7. 8，總鹽度為2 %。吸收液質量濃度為2%的磷酸溶液。處理目標廢水中氨氮濃度降至15毫克/升以下。處理過程(I)將廢水用氫氧化鈉調節(jié)pH至12. 0，過濾后放入原水罐，然后開始處理；處理后廢水中氨氮濃度降為14. I毫克/升，氨氮去除率為98. 5% ;經(jīng)測量，此時吸收罐中液體的 pH = 7. 2，含 NH: 4. I 克 / 升(O. 23mol/L)，含 Ρ0;321· 2 克 / 升(O. 22mol/L) (N P =1.03 I)，即含有磷酸銨的吸收液。(2)將所得含有磷酸銨的吸收液放入結晶罐中，按摩爾比Mg N =1.2 1，投入MgO (或Mg (OH)2)，然后調節(jié)溶液的pH值至9，攪拌I小時，沉淀I. 5小時，即得到含有磷酸銨鎂結晶的結晶液。(3)將所得結晶液進行過濾，獲得的固體干燥后稱重，得到磷酸銨鎂成品52. I克，得率為95. I %，其純度高于98 %;同時將結晶母液放入吸收罐，添加磷酸后可繼續(xù)作為吸收液使用。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
權利要求1.一種氨氮廢水資源化處理設備，包括進水口外接廢水源的原水罐和膜接觸器，其特征是，還包括吸收罐、結晶罐及過濾器；所述原水罐的出水ロ與膜接觸器的管程入口連通，所述膜接觸器的管程出口與原水罐的回流ロ連通；所述吸收罐的出液ロ與膜接觸器的殼程入口連通，所述膜接觸器的殼程出ロ與吸收罐的進液ロ連通；所述吸收罐的轉移ロ與結晶罐的進液ロ連通，所述結晶罐的出液ロ與過濾器的進液ロ連通，所述過濾器的出液ロ與吸收罐的回流ロ連通。
2.一種氨氮廢水資源化處理設備，包括進水口外接廢水源的原水罐，其特征是，還包括ー組首尾串聯(lián)的膜接觸器、吸收罐、結晶罐及過濾器；所述各膜接觸器的管程出口、殼程入ロ分別與下ー個膜接觸器的管程入口、殼程出口連通；所述原水罐的出水ロ與首個膜接觸器的管程入口連通，所述首個膜接觸器的殼程出口與吸收罐的進液ロ連通；所述吸收罐的出液ロ與最后的膜接觸器的殼程入口連通，所述最后的膜接觸器的管程出口與外界連通；所述吸收罐的轉移ロ與結晶罐的進液ロ連通，所述結晶罐的出液ロ與過濾器的進液ロ連通，所述過濾器的出液ロ與吸收罐的回流ロ連通。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的氨氮廢水資源化處理設備，其特征是，所述膜接觸器包括外殼，所述外殼內安置有ー組中空纖維氣態(tài)膜，所述膜接觸器的管程入口和管程出口分別位于所述氣態(tài)膜的兩端，所述膜接觸器的殼程入口和殼程出口位于所述氣態(tài)膜的側邊。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的氨氮廢水資源化處理設備，其特征是，所述吸收罐還具有磷酸添加ロ ；所述結晶罐還具有攪拌器、鎂沉淀劑添加ロ ；所述過濾器還具有固體出口。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的氨氮廢水資源化處理設備，其特征是，所述氣態(tài)膜具有直 徑為300-500微米的膜微孔。
專利摘要本實用新型涉及一種氨氮廢水資源化處理設備，該設備包括原水罐、膜接觸器、吸收罐、結晶罐及過濾器。本實用新型將廢水處理、氨氮回收并資源化高度集中在同一設備中，在保持高效處理廢水的同時以較低成本獲得高純度磷酸銨鎂，適于大規(guī)模工業(yè)化應用，具有良好的市場前景。
文檔編號C02F9/04GK202465422SQ20122005802
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權日2012年2月22日
發(fā)明者何書銘, 劉秀寧, 劉鐘寧, 杜小軍, 湯捷, 沈志松 申請人:南京賽佳環(huán)保實業(yè)有限公司