[发明专利]一种氨氮废水处理并回收氨制备硫酸铵的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种节能型氨氮废水处理并回收氨制备硫酸铵的装置和方法。

背景技术

氨氮污染物一般指水中以游离氨(NH₃)和铵离子(NH₄⁺)形式存在的氮。氨氮具有很高的耗氧量，它对水生生物是有毒的，可激发其熵变。水体中含有大量的氨氮，使水体产生富营养化效应，刺激并加速水生植物的生长，如海藻、水草的大量生长繁殖，导致水体生态平衡失调，含氨氮的污水排人水体后，在硝化细菌的作用下氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。完全氧化1mg氨氮约需4.6mg溶解氧，这对水体质量的改善和保证十分不利。氨氮是影响我国地表水环境质量的重要指标，长江、黄河、珠江、松花江、海河、辽河等全国主要流域水系中氨氮污染物都是造成水质超标的主要污染物，更是导致我国太湖、巢湖、滇池等湖泊水体产生水华、蓝藻等富营养化问题的主要污染物。氨氮排放量远超环境容量、污染负荷压力大是造成目前地表水体氨氮超标的最主要原因。

氨氮废水对环境的影响已引起环保领域和全球范围的重视，近20年来，国内外对氨氮废水处理方面开展了较多的研究。其研究范围涉及生物法、物化法的各种处理工艺，如生物方法有硝化和藻类养殖；物理方法有反渗透、蒸馏、氨吹脱、土壤灌溉等；化学法有离子交换法、化学沉淀法、折点氯化、电化学处理、催化裂解等。

尽管目前氨氮的去除方法有多种，但是不管生物法还是物理法都有其自身的缺陷，比如1)离子交换法：用离子交换树脂吸附铵离子，以硫酸洗脱使树脂再生，洗脱液硫酸铵经浓缩后为副产物，这个方法选择性强，氨氮被回收制备成有用的硫酸铵产品，实现了氨氮的再资源化。但也存在明显的缺点——离子交换树脂需频频再生，药消耗大，导致处理成本高；2)加氯法：用氯将氨氧化，再经粒状活性碳过滤将生成的氯化铵吸附，该法需要大量氯气且产生二次污染；3)A/O生物法：通过硝化和反硝化反应，将氨最终转换成氨气，处理效果好，较经济，没有二次污染，但需要废水中含有有机碳源，无法直接处理工业上产生的高浓度氨氮废水；4)膜分离法：利用疏水性中中空纤维膜将NH₃分离出来，用HCl吸收生成副产品NH₄Cl，处理效果好，不足之处就是设备成本高，占用场地资源量大，设备折旧快，运行费用高；5)吹脱法：吹脱是利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱，使废水中的氨氮等挥发性物质不断地从液相转移到气相中，从而实现去除废水中氨氮的目的，传统的吹脱法存在二次污染、能耗较高的问题；6)汽提法：在碱性条件下用水蒸汽提馏废水，使废水中的氨氮等挥发性物质从液相转移到蒸汽相中，达到去除实现废水中氨氮的目的，含有氨的蒸汽再经精馏/冷凝/吸收/化学处理等方法制备成液氨、氨水或铵盐等有使用价值的物质，实现氨氮的再资源化利用。

高浓度无机氨氮废水的汽提法具有脱氮率高、操作灵活、占地小、可连续化操作等优点，是目前无机氨氮废水处理的主要方法。近年来，又有不少对传统氨氮汽提法改进的方法出现。

传统的氨氮汽提冷凝法采用单塔操作，氨氮废水经过pH调整，并与处理后的净化水进行热交换后进入汽提塔，通过蒸汽汽提，在塔顶得到含氨蒸汽，将含氨蒸汽冷凝，得到浓度较低的氨水产品。

氨氮精馏吸收制氨水法采用两塔操作，氨氮废水经过pH调整，并与处理后的净化水进行热交换后进入汽提塔，在提馏段通过蒸汽汽提，去除氨氮，在精馏段对含氨蒸汽进行浓缩得到浓度较高的氨蒸汽，冷凝后液相回流，气相进入吸收塔进行吸收，得到浓度较高的氨水产品。此法的蒸汽消耗比传统的汽提冷凝法要低，并且得到的氨水产品浓度较高。

氨氮双效汽提制氨水法采用两塔操作，通过高压塔蒸汽用于加热低压塔，达到重复利用蒸汽的效果，可有效减少蒸汽消耗量，与传统的汽提制氨水法相比，蒸汽单耗可降低40％左右。

氨氮废水回收氨制备硫酸铵的方法有多种。

双介质氨氮处理器+回收硫酸氨法是在碱性条件下将氨氮废水和吸收硫酸铵溶液分别同时进入膜处理器两侧，作为膜一侧的废水分解产生的游离氨通过膜进入另一侧的硫酸铵溶液，不断被硫酸铵溶液吸收生成硫酸铵溶液，废水中的氨氮逐步降低，经硫酸不断吸收，硫酸铵浓度也不断升高，从而达到一定的平衡。此方法的缺点是氨氮去除率较低，废水氨氮浓度不宜过高。