申请日2015.03.19
公开(公告)日2015.06.10
IPC分类号C02F9/04; C02F1/74
摘要
一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置及方法，属于废水处理技术领域。其是在向反应塔内注入强碱性废水的同时加入催化剂，催化剂是氯化锰或硫酸锰;静置后通入空气，利用空气中的氧气氧化反应去除废水中的硫化物，利用气体形成的气泡将废水中氨分子从液相带入气相，再通过反应塔的出气口进入到后续废气吸收装置;静置自然沉淀后，通过反应塔的出水口排出上层清液;通过反应塔的排渣口排出反应塔内剩余的固液混合物，从而实现强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的处理。本发明的方法针对强碱性含氨氮、含硫化物的废水，尤其是电石法制乙炔时产生的电石渣浆上清液进行处理，工艺路线简单，有效地节省了运行费用及能耗。
摘要附图
权利要求书
1.一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置，其特征在于：由底部具有沉 淀椎体(20)结构的塔体(14)、安装在塔体(14)侧面上部的进水口(15)、 安装在塔体(14)侧面下部的出水口(16)、安装在沉淀椎体(20)下面的 排渣口(17)、安装在塔体(14)顶部的出气口(18)和支撑塔体(14)的 塔体支架(19)组成。
2.如权利要求1所述的一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置，其特征 在于：反应塔中还设有填料层(24)，填料层(24)所用的填料是陶瓷填料、 金属填料、玻璃填料或塑料填料中的一种;填料层(24)由压紧装置(23) 和支撑装置(25)夹紧后，安装在反应塔的塔体(14)内且浸于强碱性废水 中。
3.如权利要求1所述的一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置，其特征 在于：反应塔中还设有水雾捕集器(22)，由压紧装置(23)和支撑装置(25) 夹紧后安装在出气口(18)内;水雾捕集器(22)采用填料层式结构，填料 为陶瓷填料、金属填料、玻璃填料或塑料填料中的一种。
4.如权利要求1所述的一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置，其特征 在于：在塔体(14)侧面出水口(16)的下面还设置有通气泵(6)，在塔体 (14)内的底部设置有曝气砂头(26)。
5.一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的方法，其步骤如下：
①将强碱性废水送至权利要求4所述的反应塔的塔体(14)内;
②在向反应塔内注入强碱性废水的同时加入催化剂，催化剂是氯化锰或硫 酸锰，浓度为200mg/L～250mg/L，其中L为注入的强碱性废水的体积， 然后静置10min～15min;
③以0.125m3/h·L～0.250m3/h·L的速度，由通气泵(6)通过曝气砂头(26) 向反应塔内的强碱性废水中通入空气，利用空气中的氧气氧化反应去除 废水中的硫化物，利用气体形成的气泡将废水中氨分子从液相带入气相， 再通过反应塔的出气口(18)进入到后续废气吸收装置，通气时间为 60min～90min;
④经上一步骤处理的强碱性废水静置自然沉淀20min～30min后，通过反应 塔的出水口(16)排出上层清液;
⑤通过反应塔的排渣口(17)排出反应塔内剩余的固液混合物，固液混合 物经过滤后的滤液与出水口(16)排出的上层清液一同排入集水池，进 行后续的处理;固液混合物经过滤后的滤渣作为催化剂加入反应塔的塔 体(14)后再次使用，从而实现强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的处 理。
说明书
一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置及方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种电石法生产乙炔工艺中产生的 强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置及方法。
背景技术
在电石法生产乙炔的过程中，当原料电石与水反应后，释放乙炔气体的同时 还会产生大量的电石渣浆，将乙炔发生器出来的电石渣浆经过溢流，流入沉淀池， 在沉淀池中经过机械脱水澄清达到固液分离后，电石渣由排泥斗排出，而清液部 分(上清液)则由于碱性大，氨氮和硫化物的含量较高，使其成为氯碱系统较难 处理的废水之一。
传统的污水处理站主要以生物处理法为主，但电石渣浆上清液除了呈强碱性 外，还含有对微生物有毒害作用的物质，如氨氮和硫化物，如果将电石渣浆上清 液直接送入污水处理站，往往在出水中会存在氨氮和硫化物超标的问题，因此需 要通过预处理降低电石渣浆上清液中氨氮和硫化物的浓度。目前对于电石渣浆上 清液的处理基本是经降温后回用于乙炔发生器，这样不仅可以节省生产用水，同 时还可以减少污水的处理量，但是电石渣浆上清液在回用的过程中，其中的氨氮 和硫化物会不断的积累，不仅会对产生的乙炔气的品质造成影响，同时在反应的 高温环境下，还会产生氨气和硫化氢等刺激性气体，由于存在上述种种问题，所 以也有必要在回用前对电石渣浆上清液中的氨氮和硫化物进行适当的去除处理， 降低其在电石渣浆上清液中的含量。
根据国内外相关资料及工程实例所述，目前对含硫化物的废水和含氨氮的废 水的处理方法已有多种：
氨氮的去除方法目前主要有吹脱汽提法、折点氯化法、沉淀法、离子交换法 和生物法等方法;而硫化物的去除方法目前主要有氧化法、汽提吸收法和沉淀法 等方法。
根据国内外的研究现状，对于电石法制取乙炔过程中产生的电石渣浆上清 液，这种同时含有硫化物和氨氮的强碱性废水的处理尚无成熟、高效的处理方法。 按照常规的处理方法进行处理，硫化物和氨氮往往需要分开单独处理，同时在处 理的过程中需要进行pH和温度的调节，使得处理费用增加、处理工艺复杂、能 源消耗增大。
发明内容
为了克服同时含有氨氮和硫化物的强碱性废水处理技术中的缺陷，简化处理 工艺，降低处理费用，填补强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物技术的空白，本发 明提供了一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的装置及方法，该装置及方法工 艺简单、能耗低、处理效率高、运行成本低、而且泥渣产生量极少，同时还可以 回收废水中的氮，基本消除二次污染。
所述的强碱性废水来自电石法制乙炔固液分离后得到的强碱性含氨氮、硫化 物的电石渣浆上清液，其中硫化物的含量在80mg/L～100mg/L、氨氮的含量在 80mg/L～100mg/L，pH值在12～14之间、温度在60～70℃之间。在这种状态下， 电石渣浆上清液中的氨氮大部分以分子态氨(NH3)的形式存在，而硫化物主要 以硫离子(S2-)的形式存在。
本发明所述的反应塔的结构见附图2，由底部具有沉淀椎体20结构的塔体 14、安装在塔体14侧面上部的进水口15、安装在塔体14侧面下部的出水口16、 安装在沉淀椎体20下面的排渣口17、安装在塔体14顶部的出气口18和支撑 塔体14的塔体支架19组成。
作为优选，反应塔中还设有填料层24，填料层24所用的填料可以是陶瓷填 料、金属填料、玻璃填料或塑料填料中的一种;反应塔中加入强碱性废水后，填 料层浸在强碱性废水中(填料层除了有利于分散气泡外，还可以在一定程度上增 加气泡在反应柱内的运动路程，延长气泡在液体中的停留时间，降低在液面层产 生大量泡沫的可能性，减小液体表面的粘性，有利于氨气的吹脱)。填料层可以 由压紧装置23和支撑装置25夹紧后，安装在反应塔的塔体14内且浸于强碱性 废水中。压紧装置23和支撑装置25可以为不锈钢架或带有大量孔洞的不锈钢 板(实验室中可以为有机玻璃)，支撑装置25固定在反应塔内，对填料层24和 压紧装置23起到支撑作用;压紧装置23从上向下将填料层24压紧在支撑装置 25上。
作为优选，反应塔还设有水雾捕集器22，其设置在出气口18内，水雾捕集 器采用填料层式结构，填料为陶瓷填料、金属填料、玻璃填料或塑料填料中的一 种;水雾捕集器同样由压紧装置和支撑装置夹紧后，安装在出气口18内。
作为优选，在塔体14侧面出水口16的下面还设置有通气泵6，在塔体14 内的底部设置有曝气砂头26，由通气泵6向反应塔内通入的空气通过曝气砂头 26(品名：气泡石，型号：Ф2.5cm×2.2cm)将气体分散至反应塔内的强碱性 废水中。空气通过曝气砂头进入废水中，使得通入气体的气泡直径小，气液接触 面积大，气体在液体中的分布均匀，在曝气的同时对催化剂还起到了搅动作用， 不但增大了气液的接触面积、延长了接触时间，还提高了氧化除硫和吹脱除氨的 速度。
本发明所述的一种强碱性废水同时脱除氨氮和硫化物的方法，其步骤如下：
①将强碱性废水送至反应塔内;
②在向反应塔内注入强碱性废水的同时加入催化剂，催化剂(催化剂可以 是氯化锰，也可以是硫酸锰)的浓度为200mg/L～250mg/L，其中L为注入的强 碱性废水的体积，然后静置10min～15min;
③以0.125m3/h·L～0.250m3/h·L的速度，由通气泵6通过曝气砂头26向反 应塔内的强碱性废水中通入空气，利用空气中的氧气氧化反应去除废水中的硫化 物，利用气体形成的气泡将废水中氨分子从液相带入气相，再通过反应塔的出气 口进入到后续废气吸收装置，通气时间为60min～90min;
催化反应如下：
(1)Mn2++2OH-→Mn(OH)2↓
(2)2Mn(OH)2+O2→2H2MnO3
(3)2S2-+4H2MnO3+H2O→S2O32-+4Mn(OH)2+2OH-
(4)S2O32-+2O2+2OH-→2SO42-+H2O
总反应如下：
(5)S2-+2Mn2++3OH-+2O2→SO42-+2Mn(OH)2↓
Mn2+在碱性溶液中先生成白色的Mn(OH)2沉淀，当通入空气后，逐渐生成棕 褐色的H2MnO3絮状物，由于曝气产生的搅动作用，废水也逐渐从无色变成棕褐 色，这种H2MnO3絮状物能够固定溶解氧，随着反应的进行，溶解氧含量越来越 高，使得H2MnO3絮状物的颜色越来越深。加入催化剂后静置10～15min，使催 化剂充分溶解，并生成Mn(OH)2，升高Mn(OH)2的含量，以免通入大量空气时， 降低H2MnO3的产生量，进而降低反应速度。由反应式(5)可以看出，溶液的pH 值是影响反应速度的因素之一，反应过程中不断地消耗OH-，而电石渣浆上清液 中含有大量的Ca(OH)2，具有很强的缓冲作用，使得废水成为一个相对平衡的过 碱性体系，故不需在反应塔内安装碱液补充装置以及pH值自动控制装置。
④经上一步骤处理的强碱性废水静置自然沉淀20min～30min后，通过反应 塔的出水口排出上层清液;
⑤通过反应塔的排渣口排出反应塔内剩余的固液混合物，固液混合物经过 滤后的滤液与出水口排出的上层清液一同排入集水池，进行后续的处理;固液混 合物经过滤后的滤渣作为催化剂加入反应塔后使用，从而实现强碱性废水同时脱 除氨氮和硫化物的处理。
作为优选，步骤②中所述的催化剂为硫酸锰，一方面硫酸锰的价格比氯化锰 便宜很多(工业级硫酸锰3000～5000元/吨，工业级氯化锰8000～10000元/吨)， 另一方面硫酸锰为粉末状固体，氯化锰为颗粒状晶体，使用硫酸锰更益于除硫反 应的进行。
本发明的方法针对电石法生产乙炔过程中产生的经固液分离后得到的电石 渣浆上清液这种强碱性含氨氮、含硫化物的废水，这种废水的特征为：pH值在 12～14之间，硫化物的含量在80mg/L～100mg/L、氨氮的含量在 80mg/L～100mg/L，进行了针对性的脱除氨氮和硫化物处理，不但净化了强碱性 含氨氮、含硫化物的废水，使得强碱性含氨氮、含硫化物废水的回用成为可能， 降低了回用过程中硫化物和氨氮的积累，同时消除了常规方法的弊端，反应过程 中几乎不产生H2S气体，吹脱出的NH3也得到了有效的吸收处理，回收了废水中 的氮，产生的泥渣量也很少，得到的泥渣仍可作为催化剂进行回用，获得了较好 的脱除氨氮和硫化物效果。此外，本发明的方法不仅适用于电石渣浆上清液这种 强碱性含氨氮、含硫化物的废水，而且也适用于其他类型的强碱性含氨氮、含硫 化物废水的处理。
本发明的方法针对强碱性含氨氮、含硫化物的废水，尤其是电石法制乙炔时 产生的电石渣浆上清液进行处理，工艺路线简单，有效地节省了运行费用及能耗。 当催化剂使用次数不超过3次时，通过此方法处理后的排放水的pH值在11～12 之间，而硫化物和氨氮的浓度分别低于1mg/L和5mg/L，处理后的出水仍可满 足生产回用的要求，回用过程中极大程度地减轻了氨氮和硫化物的积累问题，同 时减少了水资源的浪费及环境的污染，是一种适宜大规模工业化应用的废水处理 工艺。
