申请日 20200915
公开（公告）日 20201222
IPC分类号 C02F1/463; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种用于氨氮废水处理的两膜三相集成装置及方法，属于氨氮废水膜技术处理领域。所述的两膜三相集成装置包括导电膜、疏水膜、电絮凝相、脱氨相和氨回收相，所述方法为将废水经电絮凝相中阳极产生的絮体絮凝，由阴极导电膜过滤后去除有机物；导电膜的出水呈碱性，废水中的铵根离子转化为游离态的氨气分子，经疏水膜在脱氨相脱氨后，产水被收集，氨气分子在氨回收相中被酸液回收。与传统电絮凝反应器相比，本发明实现了有机污染物的同步絮凝和过滤截留，显著提高了出水水质；与单独的膜脱氨过程相比，本发明不用外加碱性药剂，经济环保。本发明可实现同步去除有机物和脱氨，操作灵活，占地面积小，易于控制，适合工业化推广应用。
权利要求书
1.一种用于氨氮废水处理的两膜三相集成装置，其特征在于，所述集成装置包括导电膜(1-3)、疏水膜(1-4)、电絮凝相(1-5)、脱氨相(1-6)和氨回收相(1-7)，其中，电絮凝相(1-5)、脱氨相(1-6)和氨回收相(1-7)由导电膜(1-3)和疏水膜(1-4)相连接，通过有机玻璃框架(1-1-1)构成导电膜组件，阳极(1-2)与导电膜组件保持一定距离浸入原水槽(7)中，通过直流电源(2)相连，构成电絮凝槽(1)；
所述电絮凝相(1-5)由阳极(1-2)与导电膜即阴极(1-3)通过有机玻璃框架(1-1-1)固定所构成；通过蠕动泵(8-1)将原水槽(7)中的原水导入到电絮凝槽(1)，再通过蠕动泵(8-4)将电絮凝槽(1)中的水导出，在阴极(1-3)表面形成错流流动状态；所述阳极(1-2)与阴极(1-3)通过导线分别连接到直流电源(2)的正极和负极；
所述脱氨相(1-6)由阴极(1-3)与疏水膜(1-4)通过有机玻璃框架(1-1-2)固定所构成；阴极(1-3)的出水进入脱氨相(1-6)，通过硅胶管与真空表(3)和pH计(4)相连，并通过蠕动泵(8-3)将脱氨后的产水导入收集器(6)中；
所述氨回收相(1-7)由疏水膜(1-4)与有机玻璃框架(1-1-2)构成；透过疏水膜的氨气分子进入氨回收相(1-7)，并通过蠕动泵(8-2)与酸槽(5)的酸吸收液接触并回收，所述氨回收相(1-7)和酸槽(5)整体形成疏水膜脱氨装置(9)。
2.根据权利要求1所述两膜三相集成装置，其特征在于，所述的阳极材料为铁、铝或铁铝复合材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述两膜三相集成装置，其特征在于，所述的导电膜阴极材料是将碳纳米管(CNT)分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物，不锈钢网为基底，氯化锂(LiCl)为添加剂，通过相转化法制备而成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的两膜三相集成装置对氨氮废水进行处理的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、先分别往原水槽(7)中加入氨氮废水至槽体积的50-90％，往电絮凝槽(1)中加入氨氮废水至槽体积的50-90％，往酸槽(5)中加入酸吸收液至槽体积10％-80％；
S2、然后依次开启蠕动泵(8-1)、(8-4)、(8-2)、(8-3)，分别对电絮凝槽(1)、酸槽(5)、原水槽(7)中的溶液进行循环，以排除装置中的气泡；
S3、气泡排完后开启直流电源(2)，氨氮废水经电絮凝相(1-5)中阳极(1-2)产生的絮体絮凝，由阴极(1-3)导电膜过滤后去除有机物，并通过pH计(4)监控阴极(1-3)出水的pH值，调节直流电源的电流密度大小，使阴极出水的pH值达到10以上，其中导电膜上的压力由真空表(3)监控；
S4、阴极(1-3)出水进入脱氨相(1-6)，经疏水膜(1-4)脱氨后，产水被收集器(6)收集，氨气分子进入氨回收相(1-7)，并通过蠕动泵(8-2)与酸槽(5)的酸吸收液接触并回收。
5.根据权利要求4所述的对氨氮废水进行处理的方法，其特征在于，通过调控直流电源(2)的电流密度大小来调节阳极絮凝效果；通过调控直流电源(2)的电流密度大小和蠕动泵(8-3)来调节阴极出水的pH；通过调节蠕动泵(8-1)、(8-4)调控氨氮废水在电絮凝槽中(1)的循环，在阴极表面形成较好的错流流动效果；通过调节蠕动泵(8-2)、(8-3)调控脱氨相(1-6)和氨回收相(1-7)的液体流动速度，在脱氨相实现较好的脱氨效果，在氨回收相实现较好的回收效果。
6.根据权利要求4所述的对氨氮废水进行处理的方法，其特征在于，所述电流密度为5A/m2-50A/m2。
7.根据权利要求4所述的对氨氮废水进行处理的方法，其特征在于，所述导电膜上的压力为0.3-1.2bar。
8.根据权利要求4所述的对氨氮废水进行处理的方法，其特征在于，所述的酸吸收液为稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸中的一种,所述酸吸收液浓度为0.05-0.5mol/L。
9.根据权利要求4所述的对氨氮废水进行处理的方法，其特征在于，所述阴极出水的pH范围为10-12。
说明书
一种用于氨氮废水处理的两膜三相集成装置及方法
【技术领域】
本发明属于氨氮废水膜技术处理领域，具体涉及一种用于氨氮废水处理 的两膜三相集成装置及方法。
【背景技术】
氨氮废水主要来源于焦化、石化、畜牧业、化肥、乳制品生产、垃圾填 埋场等，其在水体中的过量存在会对生物及其生存环境造成严重危害，如引 起水体富营养化、形成黑臭水体等。通常的处理技术为物化法、生物法以及 膜分离技术等。物化法包括化学沉淀法、氨氮吹脱法、选择性离子交换法、 折点加氯法等。其中，化学沉淀法工艺简单、效率高，但是需要投加药剂且 存在氯离子、磷的污染问题；氨氮吹脱法处理效果良好且稳定，可以对氨氮进行回收利用，但是受环境温度影响大、吹脱能力有限、动力消耗大等；选 择性离子交换处理能力有限，再生利用过程复杂；折点加氯法适合处理低浓 度氨氮废水，需要较高的氯投加量、处理费用较高。生物法成本较高，脱氨 效能有限。膜分离具有适用范围广、脱除率高、成本低、运行简单等优势， 是目前较具较高潜力的处理氨氮废水的方法，但膜污染问题影响系统的稳定 性及处理效果。氨氮废水含有有机物、氨氮等，单一的处理技术只能在一定程度上去除部分污染物，很难保证废水中污染物的有效去除。
通常电絮凝是处理有机废水的一种有效方法，但电絮凝的出水有时仍存 在微絮体等，需要进行膜处理以提高出水水质。如果电絮凝的阴极采用导电 膜，可以截留絮体提高出水水质，同时，作为阴极可以对污染物产生静电排 斥作用，水电解又可以产生纳米微气泡冲刷膜表面，使膜具有较好的抗污染 效果；另一方面，由于阴极水的电解使得导电膜的出水呈碱性，可以将废水 中的铵根离子转化为游离态的氨气分子。
因此，若能将导电膜引入到电絮凝反应器并与疏水膜脱氨进行集成，可 以实现在去除有机物的同时缓解膜污染，此外废水中的铵根离子转化为游离 态的氨气分子，经疏水膜脱氨装置脱氨，可以有效去除废水中的氨氮，无需 外加碱性药剂，降低废水处理的成本和提高处理的有效性。至今尚无将导电 膜引入到电絮凝反应器并与疏水膜脱氨进行集成来处理氨氮废水的报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种用于氨氮废水处理的两膜三相集成装置及方 法，旨在结合导电膜、电絮凝、膜脱氨各自技术的优势来脱除废水中的有机 物和氨氮，克服单一的处理技术处理氨氮废水的缺陷。
为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于氨氮废水处理的两膜三相集成装置,该装置包括导电膜(1-3)、 疏水膜(1-4)、电絮凝相(1-5)、脱氨相(1-6)和氨回收相(1-7)，其中， 电絮凝相(1-5)、脱氨相(1-6)和氨回收相(1-7)由导电膜(1-3)和疏 水膜(1-4)相连接，通过有机玻璃框架(1-1-1)构成导电膜组件，阳极(1-2) 与导电膜组件保持一定距离浸入原水槽(7)中，通过直流电源(2)相连， 构成电絮凝槽(1)；
所述电絮凝相(1-5)由阳极(1-2)与导电膜即阴极(1-3)通过有机 玻璃框架(1-1-1)固定所构成；通过蠕动泵(8-1)将原水槽(7)中的原 水导入到电絮凝槽(1)，再通过蠕动泵(8-4)将电絮凝槽(1)中的水导出， 在阴极(1-3)表面形成错流流动状态；所述阳极(1-2)与阴极(1-3)通 过导线分别连接到直流电源(2)的正极和负极；
所述脱氨相(1-6)由阴极(1-3)与疏水膜(1-4)通过有机玻璃框架 (1-1-2)固定所构成；阴极(1-3)的出水进入脱氨相(1-6)，通过硅胶管 与真空表(3)和pH计(4)相连，并通过蠕动泵(8-3)将脱氨后的产水导 入收集器(6)中；
所述氨回收相(1-7)由疏水膜(1-4)与有机玻璃框架(1-1-2)构成； 透过疏水膜的氨气分子进入氨回收相(1-7)，并通过蠕动泵(8-2)与酸槽 (5)的酸吸收液接触并回收，所述氨回收相(1-7)和酸槽(5)整体形成 疏水膜脱氨装置(9)。
优选地，所述的阳极材料为铁、铝或铁铝复合材料中的至少一种。
优选地，所述的导电膜阴极材料是将碳纳米管(CNT)分散在N-甲基吡 咯烷酮(NMP)中，以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物，不锈钢网为基底，氯 化锂(LiCl)为添加剂，通过相转化法制备而成。
本发明还提供了一种根据上述两膜三相集成装置对氨氮废水进行处理 的方法，该方法包括如下步骤：
S1、先分别往原水槽(7)中加入氨氮废水至槽体积的50-90％，往电絮 凝槽(1)中加入氨氮废水至槽体积的50-90％，往酸槽(5)中加入酸吸收 液至槽体积10％-80％；
S2、然后依次开启蠕动泵(8-1)、(8-4)、(8-2)、(8-3)，分别对电絮 凝槽(1)、酸槽(5)、原水槽(7)中的溶液进行循环，以排除装置中的气 泡；
S3、气泡排完后开启直流电源(2)，氨氮废水经电絮凝相(1-5)中阳 极(1-2)产生的絮体絮凝，由阴极(1-3)导电膜过滤后去除有机物，并通 过pH计(4)监控阴极(1-3)出水的pH值，调节直流电源的电流密度大小， 使阴极出水的pH值达到10以上，其中导电膜上的压力(0.3-1.2bar)由 真空表(3)监控；
S4、阴极(1-3)出水进入脱氨相(1-6)，经疏水膜(1-4)脱氨后，产 水被收集器(6)收集，氨气分子进入氨回收相(1-7)，并通过蠕动泵(8-2) 与酸槽(5)的酸吸收液接触并回收。
进一步，通过调控所述直流电源(2)的电流密度大小来调节阳极絮凝 效果；通过调控直流电源(2)的电流密度大小和蠕动泵(8-3)来调节阴极 出水的pH；通过调节蠕动泵(8-1)、(8-4)调控氨氮废水在电絮凝槽中(1) 的循环，在阴极表面形成较好的错流流动效果；通过调节蠕动泵(8-2)、 (8-3)调控脱氨相(1-6)和氨回收相(1-7)的液体流动速度，在脱氨相 实现较好的脱氨效果，在氨回收相实现较好的回收效果。
优选地，所述电流密度为5A/m2-50 A/m2。
优选地，所述导电膜上的压力为0.3-1.2bar。
进一步，所述的酸吸收液为稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸中的一种；
优选地，所述酸吸收液浓度为0.05-0.5mol/L。
优选地，所述阴极出水的pH范围为10-12。
本发明利用两膜三相集成装置及方法来进行氨氮废水的处理，其原理 是：
将氨氮废水打入到电絮凝槽，电絮凝槽接通电源后进行电絮凝过程，阳 极电解产生的铁、铝离子形成絮体，废水中的有机物经过絮凝后形成沉淀， 经由阴极导电膜过滤，膜滤出水进入脱氨相。导电膜作为阴极，一方面由于 静电排斥作用以及产生的纳米微气泡冲刷膜表面，具有较好的抗污染效果； 另一方面，由于阴极水的电解使得导电膜的出水呈碱性，在脱氨相中将铵根 离子转化为游离态的氨气分子，再经疏水膜在脱氨相进行脱氨，产水被收集， 氨气分子通过疏水膜进入到氨回收相被酸液吸收，实现氨的回收。
与已有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明首次将电絮凝反应器与疏水膜脱氨进行集成来处理氨氮废水。与 传统电絮凝反应器相比，用导电膜作为阴极，可实现有机污染物的同步絮凝 和过滤截留，避免了电絮凝后再膜过滤的二次处理，而且导电膜作为阴极， 具有更好的抗污染功能；与单独的膜脱氨过程相比，本发明不用外加碱性药 剂，过程简单且经济环保。本发明可同时实现氨氮废水中有机物的高效去除 和氨的绿色回收，无需外加药剂，易于控制，操作灵活，占地面积小，适合 工业化推广应用。
发明人 （王军;徐莉莉;刘烈;张勇;）
