專利名稱：膜式氨氮脫除設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種膜式氨氮脫除設(shè)備。
水體中的氨氮主要來源農(nóng)田施肥、農(nóng)業(yè)廢棄物、城市生活污水及工業(yè)排放廢水。許多工業(yè)廢水和城市生活污水含有有機(jī)氮或者氨氮，大部分有機(jī)氮可在微生物的作用下分解生產(chǎn)氨氮。氮是水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，是植物生長不可缺少的元素。但是當(dāng)水體接納過量的含氨氮廢水而造成氨氮達(dá)到較高水平時(shí)，便引起營養(yǎng)性污染。水生植物便大量繁殖，隨后死亡的植物體被微生物分解而需要大量氧氣，造成水體嚴(yán)重缺氧，不利于水生動(dòng)植物如魚類的繁殖生長(過量的氨氮本身對(duì)魚類也有毒害作用)。缺氧水體的厭氧作用使水質(zhì)渾濁惡臭，影響水體的正常使用。氨氮的富營養(yǎng)性污染，不僅造成水體老化、危害水生生物的生長，而且影響到人體的健康、制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因而治理氨氮污染已成為工業(yè)廢水與市政污水處理過程中的實(shí)際問題。為了保護(hù)水域不受氨氮的污染，氨氮廢水需進(jìn)行深度處理使之達(dá)標(biāo)后才允許排入水體。
目前常規(guī)的處理工藝主要有(1)生物硝化與反硝化。該方法操作簡單方便，運(yùn)行費(fèi)用低，但基建成本高，易受有毒物質(zhì)影響，處理效率不高。(2)折點(diǎn)氯化。該方法氨氮去除率高，具有消毒作用，雖運(yùn)行管理費(fèi)用不太高，但殘余氯及產(chǎn)生的氯代有機(jī)物對(duì)人體健康有毒害作用，而且鹵代烴更難處理。(3)吹脫法。該方法工藝、設(shè)備簡單，但能耗大，且對(duì)環(huán)境有二次污染。(4)選擇性離子交換。該方法去除率高，處理效果好，但處理費(fèi)用高，洗脫液須回收，否則二次污染環(huán)境。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、分離效果好的膜式氨氮脫除設(shè)備。
膜式氨氮脫除設(shè)備主要是兩部分組成中空纖維萃取柱和萃取劑循環(huán)裝置。它們?nèi)缦卵h(huán)串聯(lián)萃取劑儲(chǔ)槽萃取柱萃取劑儲(chǔ)槽。即萃取液流經(jīng)萃取柱，萃取液經(jīng)過萃取流出萃取柱到達(dá)萃取劑儲(chǔ)槽經(jīng)循環(huán)泵再進(jìn)入萃取柱循環(huán)使用，萃取劑儲(chǔ)槽連接在萃取柱的一個(gè)進(jìn)口，萃取液中萃取物達(dá)到一定濃度后再予置換。該設(shè)備工作時(shí)，萃取柱中中空纖維膜內(nèi)走待處理液，膜外走萃取液待處理液體經(jīng)過如此循環(huán)，其中的氨氮進(jìn)入萃取液中。也可與上述走向相反方法進(jìn)行萃取。即膜內(nèi)走萃取液，膜外走待處理液。膜內(nèi)待萃液與膜外萃取液逆向流動(dòng)，使其充分接觸，提高萃取效率。萃取柱內(nèi)是中空纖維膜組件，即中空纖維緊密排列、固定，其進(jìn)出口從柱中引出。萃取柱有兩對(duì)進(jìn)出口，分別是膜內(nèi)腔和膜外壁的待萃液和萃取液的進(jìn)出口。
本發(fā)明的設(shè)備中有萃取劑循環(huán)裝置，即萃取劑儲(chǔ)槽中萃取液進(jìn)入萃取柱時(shí)的控制裝置，它們是從萃取劑儲(chǔ)槽進(jìn)入萃取柱時(shí)有循環(huán)泵、閥門、流量計(jì)和壓力表。如果該裝置用于廢水處理，則如


圖1所示，廢水從萃取柱下端進(jìn)入膜纖維內(nèi)，從上端流出；萃取劑從上端流入膜間隙，從下端流出進(jìn)入萃取劑儲(chǔ)槽。
本實(shí)用新型的萃取柱是中空纖維膜式萃取，中空纖維緊密平行排列，類似膜肺，置于萃取柱中，根據(jù)需要該萃取柱或者取立式，或者取臥式。
在各種類型的膜組件中，中空纖維膜組件能在單位體積內(nèi)提供最大的膜面積。材質(zhì)要求能耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑?？晒┻x擇的膜材料有醋酸纖維素(CA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺等。中空纖維的長度為150-1200mm，最佳為400-800mm。中空纖維的直徑(內(nèi)徑)為0.15-1.2mm，最佳為0.3-0.8mm。中空纖維膜壁厚為20-500um，最佳為40-80um。中空纖維膜微孔孔徑為0.01-0.8um，最佳為0.03-0.2um。
根據(jù)不同的要求，萃取劑可用稀硫酸、稀硝酸、稀鹽酸、磷酸等。
根據(jù)不同的要求，本實(shí)用新型設(shè)備可用于處理廢氣、廢水。
與通常的液液萃取或液膜萃取過程不同，膜萃取過程中，料液相和萃取相分別處于膜的兩側(cè)呈逆向流動(dòng)，在中空纖維膜壁上的微孔內(nèi)進(jìn)行傳質(zhì)。由于微孔膜的疏水性，膜兩側(cè)實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)。這樣，膜萃取過程沒有常規(guī)萃取過程中的液滴分散和聚合，也不形成液液直接接觸的兩相流動(dòng)。所以，膜萃取過程能克服常規(guī)萃取裝置的問題，由于膜萃取具有上述優(yōu)勢，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了簡單易操作，成本低且效率高的萃取裝置，采用高效選擇性透過膜，讓廢水或廢氣中的氨氮選擇透過膜，與膜外側(cè)的強(qiáng)酸反應(yīng)，生成銨鹽。銨鹽可作為化肥使用。因此既去除了氨氮，又回收了有用物質(zhì)。本實(shí)用新型適應(yīng)膜萃取工業(yè)化生產(chǎn)的需要可連續(xù)進(jìn)行工作，廣泛用于廢水廢氣處理，且達(dá)到良好的分離效果。
用本實(shí)用新型裝置處理廢水達(dá)到良好的效果，舉例如下氮肥廠的含氨廢水中含有約2％左右氨，直接排入水體會(huì)引起水體的富營養(yǎng)化。傳統(tǒng)的蒸發(fā)回收法耗能高，效率低。以0.1mg/1的HNO3水溶液對(duì)稀氨水進(jìn)行固定化膜單級(jí)萃取后，氨的回收率在98％以上，可以直接制成純度較高的硝銨肥料。
圖1是含氨廢水回收氨制備銨鹽裝置示意圖。
圖2是本實(shí)用新型工業(yè)化裝置示意圖。
上述圖中1是萃取柱，2是萃取劑儲(chǔ)槽，3是待處理廢液進(jìn)口，4是待處理廢液出口，5是萃取柱的萃取劑進(jìn)口，6是萃取柱的萃取劑出口，7是泵，8是閥門，9是壓力表，10是流量計(jì)，11是萃取劑儲(chǔ)槽的循環(huán)進(jìn)口，12是其出口，13是中空纖維，14是含氨廢水，15是萃取劑，A、B、C、D是該裝置在不同位置的表示。
實(shí)施例以20,000根中空纖維膜封裝在長度為600mm的ABS塑料筒體中，制成中空纖維膜組件。膜組件上下有兩個(gè)口與中空纖維內(nèi)腔相通，筒體側(cè)面也有兩個(gè)口。取該膜組件為萃取柱。
以不銹鋼材料制成直徑為300mm，高度為500mm的尖底儲(chǔ)槽。尖底下端開有一個(gè)放料口，一側(cè)下部開有一個(gè)出料口，對(duì)側(cè)中部開有一個(gè)回料口。取該不銹鋼儲(chǔ)槽，為萃取劑儲(chǔ)槽。
將萃取柱、萃取劑儲(chǔ)槽固定在一不銹鋼支架上，以ABS管道配件、塑料泵、流量計(jì)、閥門連接成萃取劑循環(huán)系統(tǒng)。如圖所示。
運(yùn)行時(shí)，待處理廢液通過閥門8-A、待處理廢液進(jìn)口3進(jìn)入中空纖維萃取柱1內(nèi)中空纖維內(nèi)腔，萃后液通過待處理廢液出口4、流量計(jì)10-A、閥門8-B排出，通過調(diào)節(jié)閥門8-A、B可控制流量和壓力。萃取劑由泵7-A從萃取劑儲(chǔ)槽經(jīng)過閥門8-C、萃取柱的萃取劑進(jìn)口5進(jìn)入中空纖維萃取柱1，通過中空纖維外壁時(shí)將內(nèi)腔廢液中相應(yīng)成分絡(luò)合，然后由萃取劑出口6流出，經(jīng)流量計(jì)10-B、閥門8-D流回萃取劑儲(chǔ)槽，萃取劑的流速與壓力可通過閥門8-C、D控制。
權(quán)利要求1.一種膜式氨氮脫除設(shè)備，包括萃取柱、儲(chǔ)槽、泵、閥門、壓力表、流量計(jì)等，其特征是各部件如下串聯(lián)萃取劑儲(chǔ)槽(2)的出口(12)與萃取柱(1)的萃取劑進(jìn)口(5)聯(lián)接，萃取柱的萃取劑出口(6)與萃取劑儲(chǔ)槽的進(jìn)口(11)聯(lián)接，萃取柱(1)是膜式中空纖維結(jié)構(gòu)，循環(huán)泵(7)是萃取劑的輸送動(dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜式氨氮脫除設(shè)備，其特征是萃取柱是立式或者是臥式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜式氨氮脫除設(shè)備，其特征是萃取柱內(nèi)的中空纖維尺寸是，長150-1200mm，直徑0.15-1.2mm，膜壁厚20-500um，膜孔徑0.01-0.8um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜式氨氮脫除設(shè)備，其特征是萃取柱的膜式中空纖維尺寸長400-800mm，直徑0.3-0.8mm，膜壁厚40-80um，膜孔徑0.03-0.2um。
專利摘要本實(shí)用新型是一種膜式氨氮脫除設(shè)備?，F(xiàn)有技術(shù)中廢水或廢氣的氨氮存在對(duì)人體有害、處理效率不高、污染環(huán)境等不足之處。本實(shí)用新型采用高效選擇性透過膜組裝成萃取柱,與萃取劑儲(chǔ)槽聯(lián)接,循環(huán)泵使萃取劑不斷在膜內(nèi)腔或膜間流動(dòng),待萃廢液與萃取劑逆向流經(jīng)膜間或膜內(nèi)腔,從而達(dá)到處理廢氣、廢水的目的。裝置簡單,成本低,由于可連續(xù)工作,因此工作效率高,經(jīng)測試,氨的回收率可高達(dá)98%以上。
文檔編號(hào)B01D63/02GK2383578SQ99225628
公開日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1999年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月29日
發(fā)明者孫衛(wèi)明, 侯惠奇 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)