申请日2006.06.15
公开(公告)日2006.12.06
IPC分类号C02F1/20; C01C1/02; C02F1/58
摘要
本发明是废水中氨氮的真空负压抽吸脱除方法及设备。本方法是利用真空负压抽吸方式脱除废水中的NH3-N，并将该NH3重新吸收为可供资源化利用的纯净氨水。本设备主要由连通的真空脱氮罐(1)、翻腾式气体吸收罐(12)或文丘里气体吸收塔(21)、真空抽吸系统组成;真空脱氮罐和翻腾式气体吸收罐，其罐体内至少设有一块水流隔板(1-1)，其罐体顶端设有真空负压抽吸口(6)及其排气阀(7)，其罐体下部两侧设有进水阀(2)、排水阀(4)，其罐体底部设有液体排空阀组(3)，其罐体上还设有伸入罐中液体内的NH3-N浓度传感器(5)和可调式液位自动控制器(9)。本方法和设备运行成本低、无二次污染，构思新颖，易于推广。
权利要求书
1.废水中氨氮的脱除方法，其特征是废水中氨氮的真空负压抽吸脱除方法，其利用真空 负压抽吸方式脱除废水中的NH3-N，并将所脱除NH3重新吸收再生为可供资源化利用的纯净 氨水，其按下述步骤进行：
a.脱除废水中的NH3-N：先向真空脱氨罐(1)泵入含NH3-N废水，并使罐内水面保持 在当向罐上部存气空间施加真空负压时，既能保证罐上部气相空间的抽真空密封性，同时又 能确保罐下部液态水不致被真空负压抽出的设定液位线上，然后用与罐容积配套的真空抽吸 设备向罐内上部存气空间施加设定的真空负压，促使罐内气液界面处气相中NH3分压减小， 进而迫使液相中的NH4 +不断转化为NH3逸出水面进入气相而被真空负压抽出罐外，从而完成 真空负压抽吸脱氮过程，
在真空脱氨罐(1)没有安装水流隔板(1-1)时，其只能实现序批式脱氮作业;在真空 脱氨罐(1)安装有一块和多块水流隔板(1-1)时，其既能进行连续脱氮作业，也能进行序 批式脱氮作业，
当真空脱氨罐(1)进行序批式作业时，其罐内废水达到脱氮指标的要求后，用软管从罐 底部的放空阀组(3)将水引入脱氨后水贮存池(15)，直至将水放空，然后进行下一次进水 脱氮作业;当真空脱氨罐进行连续式作业时，其罐内废水能够在连续一次性流过的状态下进 行脱氮作业，
在脱氮作业过程中，真空脱氨罐的真空抽吸阀(6)与真空抽吸设备的抽气端相连接，
b.所脱出的NH3的重新吸收再生：将真空抽吸设备的排气端直接与使用其内重金属离子 及有机物、无机物含量均不超标的水为吸收剂的任何一种气体吸收设备的进气端相连接，于 是在脱氮过程中所脱出NH3被水重新吸收而形成可供资源化利用的再生氨水，
在使用翻腾式气体吸收罐(12)或文丘里气体吸收塔(21)的条件下吸收氨，都能分别 将所脱除NH3重新吸收再生为可供资源化利用的纯净氨水。
2.根据权利要求书1所述的废水中氨氮的脱除方法，其特征在于：资源化利用的再生氨 水是指经稀释至一定浓度时可直接作为植物叶面叶下氮肥施用，或者，若经进一步浓缩净化 则作为化工化肥生产的原料。
3.根据权利要求书1所述的废水中氨氮的脱除方法，其特征在于：设定液位线是指罐内 上部存气空间占罐总容积的20～80%的液位线，向该存气空间施加的设定的真空负压的取值范 围为50～700mmHg真空度。
4.废水中氨氮的脱除设备，其特征是废水中氨氮的真空负压抽吸脱除设备，其主要由连 通的真空脱氮罐(1)、翻腾式气体吸收罐(12)或文丘里气体吸收塔(21)、真空抽吸系统组 成;真空脱氮罐(1)和翻腾式气体吸收罐(12)，其罐体内至少设有一块水流隔板(1-1)， 水流隔板垂直于罐内进出水方向安装，其罐体顶端设有真空负压抽吸阀(6)及其排气阀(7)， 其罐体下部两侧设有进水阀(2)、排水阀(4)，其罐体底部设有液体放空阀组(3)，其罐体 上还设有伸入罐中液体内的氨氮浓度传感器(5)和可调式液位自动控制器(9)。
5.根据权利要求书4所述的废水中氨氮的脱除设备，其特征在于：真空脱氮罐(1)罐 内设有1～60块水流隔板(1-1)。
6.根据权利要求书5所述的废水中氨氮的脱除设备，其特征在于：两块或两块以上的水 流隔板(1-1)，其在真空脱氮罐(1)罐内呈上下交错的平行排列。
7.根据权利要求书4所述的废水中氨氮的脱除设备，其特征在于：翻腾式气体吸收罐(12) 罐内设有1～60块水流隔板(1-1)。
8.根据权利要求书7所述的废水中氨氮的脱除设备，其特征在于：两块或两块以上的水 流隔板(1-1)，其在翻腾式气体吸收罐(12)罐内呈上下交错的平行排列。
9.根据权利要求书4所述的废水中氨氮的脱除设备，其特征在于：真空抽吸系统采用水 喷射式真空泵，其由水喷射器(10)和水泵(11)组成，其与翻腾式气体吸收罐(12)首尾 相接构成一个循环体系，该体系以同一清洁水作为循环工作介质，在循环中既产生供给真空 脱氮罐(1)所需要的抽吸负压，又吸收脱出的NH3;或者采用水环式或旋片式真空泵(18); 这三种真空泵的保证真空度必须≥0.09MPa。
10.根据权利要求书4所述的废水中氨氮的脱除设备，其特征在于：真空抽吸系统采用抽 真空/气体吸收一体化装置(26)，其由水喷射器(10)直接装入翻腾式气体吸收罐(12)内 所组成。
说明书
废水中氨氮的真空负压抽吸脱除方法及设备
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体是一种废水中氨氮的真空负压抽吸脱除方法及设备。
背景技术
当今，全球水污染状况日益加剧，水体富营养化现象越演越烈。而引起水体富营养化的 重要原因就是生活和工业废水将大量的NH3-N排入水体所致。
在生活废水和工业废水中，如果NH3-N的浓度低(一般小于200mg/L)，则可以利用廉价 的生物处理方法进行处理。但是，在很多情况下，工业废水中的NH3-N超过1000mg/L，这种 含有高浓度NH3-N的废水会抑制微生物的生长，不宜直接应用廉价的生物处理方法加以处理， 而是必须预先将高浓度NH3-N从废水中脱除后，才能进入生物处理系统，否则将引起废水生 物处理系统功能的崩溃。
因此，高浓度NH3-N废水的脱氮技术，在废水处理领域至关重要。
目前，虽然有许多方法都能有效地去除NH3-N，如物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉等。 化学方法有离子交换法，化学沉淀法、空气吹脱法、折点氯化法、电渗析法、电化学处理、 催化裂解等;生物方法有硝化及藻类养殖等。但是对于工业废水的处理而言，必须具有处理 方便，处理规模较大，处理性能稳定，适应于废水水质及比较经济等优点，方能在工业实践 中获得广泛应用。目前工业中NH3-N处理实用性较好的技术为以下方法：
(1)生物脱氮法
生物脱氮的原理是：在废水生物处理工程中，首先在好氧条件下，通过好氧硝化细菌作 用，将废水中的NH3-N转化为亚硝酸盐或硝酸盐，然后在缺氧条件下，利用反硝化细菌(脱 氮菌)，将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从废水中逸出。
生物脱氮法虽可以除去多种含氮化合物，二次污染小且较经济。但是它的处理设施占地 面积大而且难于处理高浓度NH3-N废水。因此，若要应用生物方法脱氮，就必须事先将废水 中的高浓度NH3-N脱除。
(2)空气吹脱法及汽提法
在废水中，由于NH3-N通常以铵离子(NH4 +)和游离氨(NH3)的状态保持如下可逆平衡：
NH4++OH- NH3↑+H2O
因此将废水pH调节至碱性时，使平衡向生成NH3的方向移动，于是用曝气或空气吹脱的 方式(或者用蒸气)将游离氨NH3带出水面从而降低水中的NH3-N的浓度。
该法操作比较容易也较经济，但是必须花费大量药剂调整废水的pH至11以上，如果使 用蒸汽汽提还需耗费较大能源。尽管该法目前应用较广，就经济性而言仍不属于脱氮的最佳 方法。
(3)折点氯化法
折点氯化法是将氯气通入废水中与NH4 +反应：
NH4++1.5HClO→0.5N2↑+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
从而将NH3-N除去。所谓折点加氯，是指当第一次加氯至为NH4 +零点时，再进行二次加氯。 使氯过量以造成氯化反应的稳定。该法处理效果稳定，不受水温影响，投资较少，但是运行 费用很高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染，而且仅适用于处理低浓度NH3-N废水。
(4)化学沉淀法
化学沉淀法是向废水中投加某种化学药剂，使之与NH4 +发生反应生成难溶性物质沉淀而 与水分离。例如：往废水中加入MgO或〔Mg(OH)2+H3PO4〕与NH4 +反应生成MgNH4PO4·6H2O沉淀。 该法适宜的pH为9～11，pH过低过高皆对反应不利。使用化学沉淀法除氮，一是pH控制需用药 剂调整精确，二是只能处理氨氮浓度<900mg/L的废水。
(5)电解法
电解法利用阳极氧化性可直接或间接地将NH3-N氧化，具有较高的NH3-N去除率，该方法操 作简便自动化程度高，其缺点是耗电量大，因此并不适用于大规模含NH3-N废水的处理。
(6)超临界氧化法和湿式空气氧化法
该两法是：在反应器中造成高温高压使废水中溶入大量的分子氧或生成羟基自由基 (HO·)，从而将NH3-N转化为N2。尽管它们脱氮效率可达很高(例如当pH=10.8，温度255℃， 压力4.2MPa条件下对1023mg/L氨氮废水进行处理，NH3-N去除率可达98%)，但是，一般情况 下都需要昂贵的贵金属催化剂，而且对反应器和泵类设备有很高的耐腐蚀和耐高温高压要求， 因此暂时还不可能成为广泛应用的除氨方法。
综上所述，现有的脱NH3-N的工业水处理技术中，它们有的要耗费大量药剂或能源，有的 只适应处理低浓度或小规模NH3-N废水处理，有的虽然除NH3-N效率高，但设备复杂昂贵。目前 只有生物处理技术可以对含NH3-N废水进行廉价大规模处理，但是在目前的技术条件下，即令 当今最先进的厌氧生物脱氮工艺，其处理氨氮的上限也仅达到1000mg/L，而且效率仅50%左 右。而对于大多数工业含氮废水，其氨氮浓度都远远超过1000mg/L。因此，在使用生物处理 法处理高浓度NH3-N废水的之前，采用廉价方法大规模脱除其中NH3-N是当前水处理领域研究的 迫切课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种从废水中脱除NH3-N特别是高浓度NH3-N，并将 所脱除的NH3转化回收为可供资源化利用的纯氨水的高效方法。它可以取代现有的能耗物耗 高，效率低，对环境有二次污染，而且NH3-N不能加以资源化的废水脱氮方法。
本发明的依据的原理如下：
1.真空抽吸脱氮原理，在含NH3-N的废水中，NH3-N存在如下平衡：
NH4++OH- NH3↑+H2O
则当我们对盛于密闭压力容器罐中并保持着一定气液界面的含NH3-N废水的上部存气空 间施加真空负压时，将造成罐上部空间的气相中NH3分压减少，从而使得NH3-N的平衡反应向 生成NH3的方向进行，于是水中NH4 +不断转化为NH3逸出液相进入气相，并被真空负压不断抽 出罐外。
2脱除NH3回收原理：
将真空负压抽出NH3气顺势通入清洁水中，由于水对NH3的吸收而再建如下平衡：
NH3+H2O NH4++OH-
于是获得了一定浓度的纯氨水溶液。
3.纯氨水的资源化利用原理
(1)纯氨水是植物很好的叶面肥和叶下肥，可稀释到一定的浓度后直接施用。
(2)将所得纯氨水用反渗透方法浓缩后，可作化工化肥原料。
本发明解决其技术问题采用如下技术方案：
本发明提供的废水中氨氮的真空负压抽吸脱除方法是：其利用真空负压抽吸方式脱除废 水中的NH3-N，并将所脱除NH3重新吸收再生为可供资源化利用的纯净氨水，即先向真空脱 氨罐泵入含NH3-N废水，并使罐内水面保持在当向罐上部存气空间施加真空负压时，既能保 证罐上部气相空间的抽真空密封性，同时又能确保罐下部液态水不致被真空负压抽出的设定 液位线上，然后用与罐容积配套的真空抽吸设备向罐内上部存气空间施加设定的真空负压， 促使罐内气液界面处气相中NH3分压减小，进而迫使液相中的NH4 +不断转化为NH3逸出水 面进入气相而被真空负压抽出罐外，从而完成真空负压抽吸脱氮过程。
为实现上述废水中氨氮的真空负压抽吸脱除方法，本发明提供了废水中氨氮的真空负压 抽吸脱除设备，其主要由连通的真空脱氮罐、翻腾式气体吸收罐或文丘里气体吸收塔、真空 抽吸系统组成。其中：真空脱氮罐和翻腾式气体吸收罐，其罐体内至少设有一块水流隔板， 水流隔板垂直于罐内进出水方向安装，其罐体顶端设有真空负压抽吸口及其排气阀，其罐体 下部两侧设有进水阀、排水阀，其罐体底部设有液体排空阀组，其罐体上还设有伸入罐中液 体内的NH3-N浓度传感器和可调式液位自动控制器。
本发明采用了一种全新的方法-真空负压抽吸脱氮法脱除废水中的高浓度NH3-N。本方法 的特点是：在常温和无需调整废水pH值的前提下，对盛有含NH3-N废水的并保持着一定气液 界面的密封真空脱氮罐上部存气空间施加真空负压而产生抽吸作用，使废水中NH4 +不断转化 为NH3分子逸出水面进入气相而被抽出罐外。同时，被抽出的NH3又被顺势通入气体回收装置 用清洁水重新吸收而形成可以直接作植物叶面肥，浓缩后又可成为化工化肥原料的纯净氨水。
本发明与现有的其它废水脱氨方法相比，不仅运行成本低廉，简单易控，对环境无二次 污染，而且能将废水中的NH3-N转化为可供资源化利用的纯净氨水，实属一种全新的绿色的 废水脱氮技术。本发明提供的废水脱氨设备构思新颖，结构合理，实用性强，易于推广。
