公布日：2023.09.05
申请日：2023.06.19
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)N;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/42(2023.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种基于渗析‑脱氮的废水处理系统，包括原水池、碱液罐、酸液罐以及向碱液罐内补充强碱的碱液补充管，原水池和碱液罐之间设有道南渗析组件，原水池和道南渗析组件之间连接有第一管道；碱液罐和酸液罐之间设有渗透蒸馏组件，碱液罐、道南渗析组件和渗透蒸馏组件之间连接有第二管道，酸液罐和渗透蒸馏组件之间连接有第三管道；碱液罐中设有搅拌轴，搅拌轴上固定设有多个叶片，叶片位于碱液罐内部。本方案在向碱液罐中补充强碱溶液时，降低pH检测计的检测误差，能够将废水中的氨氮富集后再回收利用，达到氨氮资源化的目的，并且降低了回收氨氮的成本，解决了次生产物二次污染的可能。
权利要求书
1.一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：包括原水池、碱液罐、酸液罐以及向碱液罐内补充强碱的碱液补充管，所述原水池和碱液罐之间设有道南渗析组件，原水池和道南渗析组件之间连接有第一管道；碱液罐和酸液罐之间设有渗透蒸馏组件，所述碱液罐、道南渗析组件和渗透蒸馏组件之间连接有第二管道，所述碱液罐中液体沿第二管道依次进入道南渗析组件和渗透蒸馏组件后又回到碱液罐中；所述酸液罐和渗透蒸馏组件之间连接有第三管道；所述第一管道、第二管道、第三管道上均设有泵；所述碱液罐内壁安装有pH检测计，所述碱液罐中设有搅拌轴，搅拌轴上固定设有多个叶片，所述叶片位于碱液罐内部，所述碱液罐的外侧设有驱动搅拌轴转动的驱动机构，驱动机构包括电机；所述搅拌轴的内部设有腔室，叶片的内部也设有腔室，所述叶片的腔室和搅拌轴上的腔室连通，所述叶片上设有出液孔；所述碱液补充管和搅拌轴的腔室连通；所述碱液罐的外壁固定连接有电磁铁，电磁铁围绕碱液罐周向布置；叶片的出液孔的内壁倾斜设置，叶片的出液孔上插有堵块，堵块的形状为圆台形状，堵块插入到出液孔中，堵块位于叶片中的一端为小端，堵块位于叶片外侧的一端为大端；堵块的斜面和出液孔的内壁相匹配并滑动配合；所述叶片的外侧固定连接杆架，堵块的外侧固定连接有滑动杆，滑动杆包括横向部位和竖向部位，滑动杆的横向部位滑动连接在杆架上；滑动杆远离堵块的一端固定连接有固定块，固定块和杆架之间连接有压簧；所述堵块端部为含有磁性的材质制成，电磁铁和堵块相互相对的面之间具有吸引力；基于渗析-脱氮的废水处理系统还包括控制系统，控制系统的输入端和pH检测计电连接，控制系统的输出端和电机、电磁铁电连接；pH检测计检测的pH值信号传递给控制系统，控制系统根据pH值控制电机的转速和电磁铁的磁力大小。
2.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：所述原水池上连接有集水池，所述原水池和集水池之间设有保安过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：还包括用于对道南渗析组件、渗透蒸馏组件进行清理的清水箱。
4.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：所述碱液罐上连接有废碱液外排泵，所述酸液罐上连接有硫酸铵外排泵。
5.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：还包括碱液补充罐、酸液补充罐，所述碱液补充罐和碱液补充管连接，所述酸液补充罐和酸液罐连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：所述搅拌轴的侧壁上设有连通孔，所述连通孔将叶片的腔室和搅拌轴的腔室连通。
7.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：所述搅拌轴的顶部转动连接有旋转接头，所述碱液补充管和旋转接头连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：所述第一管道、第二管道或者第三管道上安装设有流量计。
9.根据权利要求1所述的一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，其特征在于：所述泵为计量泵。
发明内容
本发明意在提供一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，以设计一种低能耗、低成本的氨氮处理和回收的废水处理系统。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于渗析-脱氮的废水处理系统，包括原水池、碱液罐、酸液罐以及向碱液罐内补充强碱的碱液补充管，原水池和碱液罐之间设有道南渗析组件，原水池和道南渗析组件之间连接有第一管道；碱液罐和酸液罐之间设有渗透蒸馏组件，碱液罐、道南渗析组件和渗透蒸馏组件之间连接有第二管道，碱液罐中液体沿第二管道依次进入道南渗析组件和渗透蒸馏组件后又回到碱液罐中；酸液罐和渗透蒸馏组件之间连接有第三管道；第一管道、第二管道和第三管道上均设有泵；碱液罐中设有搅拌轴，搅拌轴上固定设有多个叶片，叶片位于碱液罐内部，碱液罐的外侧设有驱动搅拌轴转动的驱动机构。
本方案的原理及优点是：原水池中的废水通过第一管道进入到道南渗析组件中，碱液罐中的碱液溶液通过第二管道进入到道南渗析组件中，道南渗析组件中设有阳离子交换膜，废水和碱液溶液分别位于阳离子交换膜的两侧，废水中的铵离子与碱液溶液中的驱动离子在浓差作用下跨阳离子交换膜置换，铵离子与碱液溶液中的氢氧根离子发生反应生成氨气。然后道南渗析组件中的氨气沿第二管道进入到渗透蒸馏组件中，酸液罐中的酸液溶液通过第三管道进入到渗透蒸馏组件中，渗透蒸馏组件中设有透气疏水膜，带有氨气的碱液溶液、酸液分别位于透气疏水模的两侧，氨气在透气疏水膜两侧气压差的作用下跨透气疏水膜与酸液进行混合，氨气和酸液混合后通过第三管道进入到酸液罐中，氨气和酸液混合后转化成铵盐，以便于后续进行回收利用。通过本系统，整个过程均在自然浓差驱动下进行，无需额外能源输入，可将污水中氨氮持续削减，脱氮效率高，运行稳定，能够同时实现废水中氨氮的去除与回收,并且耦合工艺比单独工艺的处理效率更佳。此外，系统中的驱动力均为浓差（压差）驱动,无需外加能源,是一种低能耗、低成本的氨氮处理和回收系统。并且整个系统无需复杂的操作和管理,适用于无人管理模式和在偏远地区运行。
本方案对氨氮进行回收的核心思路是在系统中加入一种DD-OD新技术，该技术基于膜分离强化不同形态氮素的迁移转化过程，首先利用道南渗析零能耗从氨氮污水中富集氨氮，以降低后续处理的物耗，再通过渗透蒸馏零能耗将氨氮回收，同时渗透蒸馏可以提高道南渗析对氨氮的富集率，最终氮素以产品的形式再利用，体现出可持续发展的理念。通过该系统对废水中的氨氮进行回收处理，降低了回收氨氮的成本，氨氮的回收率高、投资小，二次污染小。
另外，该系统中的碱液罐随着不断使用，碱液罐中的pH值会发生变化，因此需要补充强碱溶液以维持碱液罐中的碱性环境。为此发明人在碱液罐内壁安装有pH检测计，通过pH检测计对碱液罐中的溶液的pH值进行检测，当pH值低于一定值时，通过碱液补充管道向碱液罐中补充强碱。但是，强碱溶液补充的位置固定，当强碱溶液从碱液罐的一侧补充入到碱液罐中后，强碱溶液不会立刻与碱液罐中的液体混合并分散开，强碱溶液缓慢在碱液罐中分散混合，从而使得pH检测计对pH值检测具有一定的延迟误差，pH检测计对pH值检测不准，pH检测计检测值会低于实际值。而当pH检测计检测到pH值符合要求后，此时仍有一定量的强碱溶液已经加入到碱液罐中，从而会造成强碱溶液加入过量的现象。由于离子铵-氨气在不同的pH值环境下分布不同，碱液罐中的碱液需要进入到道南渗析组件以及渗透蒸馏组件中发生反应，碱液罐中的pH值会影响两个组件中的反应，因此碱液罐中pH值检测、控制较为重要，碱液罐中的碱液pH值检测不准确会影响整个系统对废水中氨氮回收处理的效果。
故本方案中在向碱液罐中补充强碱溶液时，通过驱动机构驱动搅拌轴转动，搅拌轴带动叶片转动，从而对碱液罐中的碱液进行搅拌，这样实现了强碱溶液的边加入边搅拌边混合，使得加入的强碱溶液能够较快的在碱液罐中分散开，相比强碱溶液在碱液罐中自然缓慢分散，这样碱液罐内壁的pH检测计能够较为快速的检测到pH值的变化，减小了pH检测计的检测的延迟，减小了pH检测计对pH值的检测误差，使得pH检测计对pH值的检测更加的精准，能够对碱液罐中的pH值更加精准的控制，从而更容易精准的控制加入的强碱量。这样能够更为精准的控制碱液罐中碱液的pH值，使得离子铵-氨气处于较为适宜的pH值环境下中，保证整个系统对废水中氨氮回收处理的效果。
另外，即便在不补充强碱溶液时，搅拌轴也可处于持续转动的状态，因为碱液罐中的液体不断的流向道南渗析组件以及渗透蒸馏组件中，道南渗析组件以及渗透蒸馏组件中也不断有液体流回碱液罐中，这样通过搅拌轴对碱液罐中流回的液体进行搅拌，能够使得碱液罐中的液体持续处于混合搅动的状态，从而保证了从碱液罐中进入到道南渗析组件以及渗透蒸馏组件的液体成分较为均匀，保证氨氮处理的效果。
优选的，作为一种改进，原水池上连接有集水池，原水池和集水池之间设有保安过滤器。由此，通过保安过滤器能够对进入到原水池之前的液体进行过滤，去除水中杂质，避免对道南渗析组件、渗透蒸馏组件和整个系统造成损坏。
优选的，作为一种改进，还包括用于对道南渗析组件、渗透蒸馏组件进行清理的清水箱。由此，清水箱中盛装清水，当两个膜组件及整个系统需要清洗时，可使清水箱中的水进入到两个膜组件中流动，从而对两个膜组件和系统进行清洗使用。
优选的，作为一种改进，碱液罐上连接有废碱液外排泵，酸液罐上连接有硫酸铵外排泵。由此，系统运行一定周期后，碱液罐和酸液罐中的液体需要相应的排出，因此通过分别打开废碱液外排泵、硫酸铵外排泵的方式，可实现碱液罐或者酸液罐中的废液排出。
优选的，作为一种改进，还包括碱液补充罐、酸液补充罐，碱液补充罐和碱液补充管连接，所述酸液补充罐和酸液罐连接。由此，碱液补充罐和酸液补充罐中分别装有需要补充的碱液和酸液，当需要补充碱液或者酸液时，可将碱液补充罐或者酸液补充罐中的液体补充到相应的碱液罐或者酸液罐中。
优选的，作为一种改进，搅拌轴的内部设有腔室，叶片的内部也设有腔室，叶片的腔室和搅拌轴上的腔室连通，叶片上设有出液孔；碱液补充管和搅拌轴的腔室连通。
由此，在补充强碱溶液时，强碱溶液通过碱液补充管进入到搅拌轴的腔室中，强碱溶液进入到叶片的腔室中，并从不同的叶片的出液孔中流出，这样加入到碱液罐中的强碱溶液从不同的叶片上流出，因此强碱溶液流出的位置不固定，强碱溶液是从搅拌轴的四周流出并向四周流动，从而更有利于强碱溶液和碱液罐中的液体的混合搅拌、分散，避免了强碱溶液加入的位置固定而不利于快速扩散，进而提高了pH检测计的检测的准确程度，减少了检测的误差。
优选的，作为一种改进，搅拌轴的侧壁上设有连通孔，连通孔将叶片的腔室和搅拌轴的腔室连通。由此，通过连通孔实现了叶片的腔室和搅拌轴的腔室的连通。
优选的，作为一种改进，搅拌轴的顶部转动连接有旋转接头，碱液补充管和旋转接头连接。由此，通过旋转接头，使得碱液补充管不会跟随搅拌轴一同转动，碱液补充管能够处于静止的状态。
优选的，作为一种改进，第一管道、第二管道或者第三管道上安装设有流量计。由此，通过流量计，能够对第一管道、第二管道、第三管道上的液体流量进行检测。
优选的，作为一种改进，泵为计量泵。计量泵可以在0-100%范围内无级调节，用来输送液体(特别是腐蚀性液体)一种特殊容积泵，因此计量泵可以对酸碱液体、废水进行输送，同时还可根据实际需求调节输送量。
（发明人：孙通;李果;李明星;徐君;姚海军）
