[发明专利]氨氮废水资源化处理工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨氮资源化系统，尤其是一种氨氮废水资源化处理工艺及设备，适用于农药、制药、化肥、焦化、石化、精细化工等行业，属于环境工程废水处理技术领域。

背景技术

氨氮污染是江河湖海水体富营养化的主要原因，氨氮已超过COD成为我国水体污染的首要污染因子，氨氮排放已被国家列入污染物减排约束性指标。含氨氮工业废水的浓度高、组份复杂，处理难度大，对生态环境危害严重，是环境污染治理的重点和难点。

处理高浓度氨氮废水的方法大致可以分为四类：

第一类是“蒸发-吸收法”，用蒸汽把氨从废水中蒸出，再用水或酸吸收生成氨水或铵盐；第二类是化学沉淀法，其中使用得最多的是磷酸铵镁沉淀法，在废水中加入磷酸和镁沉淀剂与氨生成磷酸铵镁沉淀；第三类是把氨氮浓缩回收，如离子交换、活性炭吸附等，此方法适合于低浓度氨氮废水处理；第四类是把氨氮氧化分解，如电解、折点氯化法、高级氧化法等。在这些方法中，可实现氨氮资源化利用的主要是“蒸发-吸收法”和磷酸铵镁沉淀法。

“蒸发-吸收法”是目前应用最广的高浓度氨氮废水资源化技术。该方法可以去除废水中95％的氨氮，可以回收氨氮，实现了废水的资源化。但是，该方法能耗很高，处理每吨浓度为10000毫克/升的氨氮废水需要的蒸汽耗量高达337kg/hr，成本居高不下。近年来，人们在降低“蒸发-吸收法”能耗方面进行了不懈的努力，由中科院过程所和天津大学合作研制出一种高效精馏塔，可以比常规蒸发塔节能40％，可使处理出水中氨氮的浓度低至国家排放标准的15毫克/升以下。不过，该技术的设备投资要比常规蒸发塔高30％以上，另外蒸汽消耗还需要175kg/hr，能耗依然不低。

磷酸铵镁沉淀法由于方法简单、处理效果好、污泥量少，可以回收氨氮等优点，日益受到重视(详见申请号为201010141900.X的中国发明专利申请，专利号为200810120397.2、200710191197.1、200710130863.0的中国发明专利)。但是，磷酸铵镁法存在的问题是磷酸和镁沉淀剂消耗量大，氨和磷间的配比不易调控，往往会产生磷、氨的二次污染。

与此同时，一些高新技术也崭露头角，其中最令人瞩目的就是气态膜吸收技术在氨氮废水处理中的应用。

气态膜吸收技术是由日本M.IMAI教授于上世纪八十年代首先提出的，九十年代美国明尼苏达大学的E.Cussler和M.Semmens教授对气态膜吸收技术的传质理论和应用进行了系统的研究。国内学者仉奇、沈志松、于伯杉、徐又一等对此项技术也进行了研究。

气态膜吸收技术基于膜吸收原理(Membrane Absorption)，与一般中空纤维过滤膜不同，气态膜是采用疏水的聚偏氟乙烯、聚丙烯等材料制成的微孔膜，其特点是液体不能透过，而气体则可通过膜微孔而透过。这种疏水微孔膜把氨氮废水和吸收液分隔于两侧，废水中的氨在微孔膜的界面上自动挥发，挥发出来的气态氨氮沿膜微孔由废水侧向吸收液侧扩散，并在吸收液与微孔膜界面上反应被吸收。

专利号为200810223019.7的中国发明专利，申请号为201110084292.8、200910111324.1的中国发明专利申请均采用了上述气态膜吸收技术。但是，这些专利均无法克服氨氮资源化与硫酸吸收液膨胀之间的矛盾：为了降低后续氨氮资源化(即：通过蒸发浓缩等步骤获得硫酸铵结晶)的成本，吸收后所得硫酸铵溶液的浓度越高越好，这就需要采用较高浓度的硫酸吸收液。但是，如果硫酸吸收液浓度高于废水浓度(总盐度)，气态膜两侧就会产生渗透压差，并导致水分子从废水一侧渗透至吸收液一侧(也即渗透蒸馏)，使吸收液体积不断增加，也即吸收液膨胀。吸收液膨胀一方面会导致吸收液稀释，使硫酸铵浓度无法进一步提高；另一方面会导致吸收液因不断膨胀而溢出贮存容器，使整个回收系统不得不终止运行。为了避免出现吸收液膨胀的问题，就必须保持较低的硫酸吸收液浓度，但是这样一来回收硫酸铵的投入势必会增加，使得回收硫酸铵的附加值变得很低，不足以弥补设备的投资费用和运行费用；此外，硫酸铵回收过程中还会产生氮的二次污染。正是因为存在上述问题，导致气态膜吸收技术至今未能获得大规模的工业化应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种能将废水中的氨直接转化为高纯度磷酸铵镁的氨氮废水资源化处理工艺及设备，可以避免出现吸收液膨胀现象，避免出现氮、磷的二次污染，而且可以节约磷酸和镁沉淀剂，成本低廉。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种氨氮废水资源化处理工艺，其特征是，包括以下步骤：