申请日2012.02.22
公开(公告)日2012.10.03
IPC分类号C02F101/16; C02F9/04
摘要
本实用新型涉及一种氨氮废水资源化处理设备，该设备包括原水罐、膜接触器、吸收罐、结晶罐及过滤器。本实用新型将废水处理、氨氮回收并资源化高度集中在同一设备中，在保持高效处理废水的同时以较低成本获得高纯度磷酸铵镁，适于大规模工业化应用，具有良好的市场前景。
权利要求书
1.一种氨氮废水资源化处理设备，包括进水口外接废水源的原水罐和膜 接触器，其特征是，还包括吸收罐、结晶罐及过滤器;所述原水罐的出水口 与膜接触器的管程入口连通，所述膜接触器的管程出口与原水罐的回流口连 通;所述吸收罐的出液口与膜接触器的壳程入口连通，所述膜接触器的壳程 出口与吸收罐的进液口连通;所述吸收罐的转移口与结晶罐的进液口连通， 所述结晶罐的出液口与过滤器的进液口连通，所述过滤器的出液口与吸收罐 的回流口连通。
2.一种氨氮废水资源化处理设备，包括进水口外接废水源的原水罐，其 特征是，还包括一组首尾串联的膜接触器、吸收罐、结晶罐及过滤器;所述 各膜接触器的管程出口、壳程入口分别与下一个膜接触器的管程入口、壳程 出口连通;所述原水罐的出水口与首个膜接触器的管程入口连通，所述首个 膜接触器的壳程出口与吸收罐的进液口连通;所述吸收罐的出液口与最后的 膜接触器的壳程入口连通，所述最后的膜接触器的管程出口与外界连通;所 述吸收罐的转移口与结晶罐的进液口连通，所述结晶罐的出液口与过滤器的 进液口连通，所述过滤器的出液口与吸收罐的回流口连通。
3.根据权利要求1或2所述的氨氮废水资源化处理设备，其特征是，所 述膜接触器包括外壳，所述外壳内安置有一组中空纤维气态膜，所述膜接触 器的管程入口和管程出口分别位于所述气态膜的两端，所述膜接触器的壳程 入口和壳程出口位于所述气态膜的侧边。
4.根据权利要求1或2所述的氨氮废水资源化处理设备，其特征是，所 述吸收罐还具有磷酸添加口;所述结晶罐还具有搅拌器、镁沉淀剂添加口; 所述过滤器还具有固体出口。
5.根据权利要求1或2所述的氨氮废水资源化处理设备，其特征是，所 述气态膜具有直径为300-500微米的膜微孔。
说明书
氨氮废水资源化处理设备
技术领域
本实用新型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 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。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对上述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。
为了达到以上目的，本实用新型的一种氨氮废水资源化处理设备，包括 进水口外接废水源的原水罐和膜接触器，其特征是，还包括吸收罐、结晶罐 及过滤器;所述原水罐的出水口与膜接触器的管程入口连通，所述膜接触器 的管程出口与原水罐的回流口连通;所述吸收罐的出液口与膜接触器的壳程 入口连通，所述膜接触器的壳程出口与吸收罐的进液口连通;所述吸收罐的 转移口与结晶罐的进液口连通，所述结晶罐的出液口与过滤器的进液口连通， 所述过滤器的出液口与吸收罐的回流口连通。
本实用新型还提供一种氨氮废水资源化处理设备，包括进水口外接废水 源的原水罐，其特征是，还包括一组首尾串联的膜接触器、吸收罐、结晶罐 及过滤器;所述各膜接触器的管程出口、壳程入口分别与下一个膜接触器的 管程入口、壳程出口连通;所述原水罐的出水口与首个膜接触器的管程入口 连通，所述首个膜接触器的壳程出口与吸收罐的进液口连通;所述吸收罐的 出液口与最后的膜接触器的壳程入口连通，所述最后的膜接触器的管程出口 与外界连通;所述吸收罐的转移口与结晶罐的进液口连通，所述结晶罐的出 液口与过滤器的进液口连通，所述过滤器的出液口与吸收罐的回流口连通。
上述处理设备进一步完善的技术方案如下：
1.所述膜接触器包括外壳，所述外壳内安置有一组中空纤维气态膜，所 述膜接触器的管程入口和管程出口分别位于所述气态膜的两端，所述膜接触 器的壳程入口和壳程出口位于所述气态膜的侧边。
2.所述吸收罐还具有磷酸添加口;所述结晶罐还具有搅拌器、镁沉淀剂 添加口;所述过滤器还具有固体出口。
3.所述气态膜具有直径为300-500微米的膜微孔。
利用本实用新型设备处理氨氮废水的工艺流程如下：
(1)气态膜吸收步骤：先将废水的pH值调至大于或等于11，再将过滤 后放入原水罐中的所述废水泵入具有气态膜的膜接触器的管程;同时将作为 吸收液的、质量浓度小于或等于废水总盐度的磷酸溶液放入吸收罐中，然后 将所述吸收罐中的吸收液泵入膜接触器的壳程;所述膜接触器管程中废水的 氨透过气态膜被膜接触器壳程中吸收液的磷酸吸收，得到含有磷酸铵的吸收 液;
(2)磷酸铵镁结晶步骤：将所述含有磷酸铵的吸收液放入结晶罐中，投 入镁沉淀剂;然后调节溶液的pH值至9，搅拌、沉淀后获得含有磷酸铵镁结 晶的结晶液;
(3)结晶液分离步骤：过滤所述结晶液，得到分离的固体和液体;固体 为磷酸铵镁结晶，液体为结晶母液;
(4)结晶母液回收步骤：将所述结晶母液放入吸收罐，再添加磷酸后作 为吸收液继续使用。
其中，针对第一种设备，第(1)步骤中，所述废水进入膜接触器的管程 后排至原水罐，形成废水循环;所述吸收液进入膜接触器的壳程后排至吸收 罐，形成吸收液循环处理;当所述废水中的氨氮浓度降至预定浓度时进入下 一步骤。
针对第二种设备，第(1)步骤中，所述废水进入一组首尾串联的膜接触 器的管程后排至外界;所述吸收液进入该组膜接触器的壳程后排至吸收罐， 形成吸收液循环。
与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：
(1)富有创意地将气态膜吸收法和磷酸铵镁沉淀法有机融合在一起，克 服了现有技术的不足之处，将废水处理、氨氮回收并资源化高度集中在同一 设备中，在保持高效处理废水的同时以较低成本获得高纯度磷酸铵镁，既可 以避免吸收液膨胀又可以顺利实现氨氮资源化，从根本上克服了两者之间的 矛盾，可保证处理工艺连续运行，适宜大规模的工业化应用。
(2)回收再利用结晶母液，既可以将母液中剩余的氮、磷再次投入使用， 节约磷酸用量、并避免形成氮、磷的二次污染，又可以使吸收液中可能吸收 的其它低沸点易挥发的气态有机物与废水中的同类物质处于平衡状态，保证 工艺流程正常进行。
(3)以较低成本即可直接获得高纯度磷酸铵镁(可用作农业用高效复合 肥)，无需浓缩，能耗很低，附加值很高，经济效益显著。
(4)适用范围广，可以处理由高到低、不同浓度的氨氮废水，尤其适用 于高浓度氨氮废水的处理。
(5)采用膜吸收法将废水中的氨氮富集至磷酸吸收液中，可以减少镁沉 淀剂的用量，降低废水处理成本。
